水流作用下多孔透水混凝土抗壓性能研究

潘龍陽 梁 杰

（1.四川大學(xué) 水利水電學(xué)院， 四川 成都 610065）

0 引言

透水混凝土是由一系列相連通的孔隙和水泥漿與骨料形成的多孔材料，其組成成分不含或者含少量細(xì)骨料。通過攪拌使得粗骨料表面包裹一層水泥漿，薄層水泥漿相互黏結(jié)形成孔穴多且均勻分布并滿足一定強(qiáng)度要求的蜂窩狀結(jié)構(gòu)[1]。近期，董星海等人通過試驗(yàn)得到提高過水速度會降低透水混凝土的污染物去除率[2]；劉遠(yuǎn)祥等人的試驗(yàn)表明摻入硅灰可以大幅度提高透水混凝土骨料的掛漿厚度，且隨著硅灰摻量的增加，骨料掛漿厚度隨之增大，但增長速率有所減小[3]。多孔混凝土主要應(yīng)用于海綿城市透水路面，利用其優(yōu)良的透水性和較大的孔隙率形成的較大吸附面積解決城市面源污染，加快城市排水；同時(shí)可以應(yīng)用于河道、庫區(qū)護(hù)岸、邊坡防護(hù)中。工作過程中長期受到水流作用，會影響到混凝土的抗壓強(qiáng)度和滲透效果。因此，需要研究水流作用對多孔透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響程度和抗壓強(qiáng)度的變化情況。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

水泥：42.5級普通硅酸鹽水泥

粗骨料：20-25mm碎石，要求無粉塵、含泥量低，其基本物理性能見表1

表1 粗骨料的物理性能指標(biāo)

水：普通干凈水

外加劑：新型透水砼專用增強(qiáng)劑，用量約為水泥用量的4%-5%

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用普通硅酸鹽水泥、粗骨料、水、外加劑等材料制成多孔透水混凝土，具體的配合比如表2。

1.2.2 多孔透水混凝土的制備

本次試驗(yàn)中采用造殼法[4]人工制作多孔透水混凝土試件。按照前面確定的配合比進(jìn)行原材料的準(zhǔn)備，先將粗骨料、水泥和外加劑放在一起攪拌均勻，然后加入一半的水量進(jìn)行攪拌使混合物整體濕潤，最后將剩余水量加入攪拌至粗骨料表面漿體包裹均勻。攪拌完成后，在實(shí)驗(yàn)室的150mm*150mm*150mm的立方體模具內(nèi)部刷上適量的潤滑油，先加入一半的混凝土利用振搗棒進(jìn)行人工插搗，繼續(xù)加混凝土至充滿試件并再次插搗，插搗完成并保證試件頂部混凝土平整將混凝土試件放在事先準(zhǔn)備好的平地上放置24h，之后進(jìn)行脫模。將脫模后的混凝土立方體試件放入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱，并分別將溫度值和濕度值設(shè)為20和95，養(yǎng)護(hù)28天。將試件取出分成兩部分，每天對其中一部分試件進(jìn)行灑水和試件浸泡處理。試驗(yàn)所用的混凝土養(yǎng)護(hù)箱和制成的試件分別如圖1、圖2。

圖2 混凝土試件

1.2.3 抗壓強(qiáng)度測定

養(yǎng)護(hù)完成以后，利用學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供的壓力機(jī)，每隔 7天分別取三個(gè)正常狀況下的透水混凝土試件和三個(gè)經(jīng)過水流處理的試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的測定，根據(jù)規(guī)范確定每組試件強(qiáng)度的代表值。由于多孔透水混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造與傳統(tǒng)混凝土相比有很大的不同，故為了更好的分析多孔透水混凝土的破壞機(jī)理，對于抗壓強(qiáng)度測試值有明顯波動的強(qiáng)度值進(jìn)行記錄同時(shí)記錄下相應(yīng)的破壞情況以便后續(xù)分析。抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

式中：p為多孔透水混凝土的抗壓強(qiáng)度測試值，MPa；F為混凝土破壞時(shí)的荷載值，KN；A為混凝土的受壓面積，mm2，可在試件受壓之前測出。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

按照GB/T50081-2002進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，加載裝置為華龍YA-2000C型電液式壓力試驗(yàn)機(jī)，測定混凝土抗壓強(qiáng)度。并分別將水流處理組與未處理組的混凝土抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況繪制成折線圖，并繪制出數(shù)據(jù)的線性分析圖，記錄混凝土具有代表性的破壞形式和抗壓強(qiáng)度有明顯變化的試件情況。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖3：

圖3 抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)圖

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 抗壓強(qiáng)度結(jié)果分析

采用水泥、粗骨料、外加劑制成的多孔透水混凝土，由于使用粗骨料，混凝

土孔隙率大，水泥包漿效果有所降低，導(dǎo)致多孔透水混凝土強(qiáng)度較普通混凝土強(qiáng)度有所下降。水流作用下，一方面利于水泥的水化硬化，增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度；另一方面，水流作用會影響混凝土內(nèi)部骨料之間的黏結(jié)強(qiáng)度，最終水流作用對混凝土的強(qiáng)度影響會由這兩方面作用疊加而成。在本試驗(yàn)中，根據(jù)折線圖以及線性分析圖可以得到水流作用會使多孔透水混凝土的強(qiáng)度有所增加。

2.2.2 混凝土破壞情況分析

在試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)多孔透水混凝土主要出現(xiàn)兩種破壞情況：第一種，在受壓情況下，混凝土內(nèi)部或者表面出現(xiàn)較大的裂縫，導(dǎo)致混凝土失去承載能力，如圖4；第二種，多孔透水混凝土由于使用粗骨料，在混凝土外部會出現(xiàn)大量粗骨料顆粒脫落，從而導(dǎo)致混凝土無法繼續(xù)承受荷載，如圖5。

圖4 第一種破壞形式

圖5 第二種破壞方式

3 結(jié)論

1.利用42.5級普通硅酸鹽水泥、20-25mm粒徑的粗骨料、水、外加劑制成的多孔透水混凝土抗壓強(qiáng)度低于普通混凝土，在使用過程中務(wù)必要確定是否滿足工程項(xiàng)目所需要的強(qiáng)度要求。

2.多孔透水混凝土在實(shí)際應(yīng)用中會經(jīng)常受到水流作用的影響，本試驗(yàn)表明當(dāng)水位升降或者透過混凝土的水流速度較小時(shí)，水流作用會增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度。這一結(jié)論對于多孔透水混凝土在堤壩項(xiàng)目、邊坡和透水路面的應(yīng)用有所幫助，在使用過程中要根據(jù)具體的使用環(huán)境對混凝土進(jìn)行定期的檢查。

3.多孔透水混凝土使用粗骨料，內(nèi)部孔隙率偏高，會出現(xiàn)兩種主要的破壞情況：由于混凝土粗骨料脫落導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化失去承載力；由于受壓混凝土內(nèi)部或者表面出現(xiàn)較大的裂縫失去承載力。