透水混凝土強度與透水系數影響因素分析

宋璐逸

摘要：采用正交試驗研究骨料級配、灰集比、水灰比對透水混凝土7d抗壓強度和滲透系數的影響，極差分析結果表明，骨料級配和灰集比對7d抗壓強度和滲透系數的影響較大。以7d抗壓強度和滲透系數為指標，選取合適的配合比為骨料級配3，灰集比1：5，水灰比0.32，據此制備的透水混凝土7d抗壓強度不小于23MPa，滲透系數不小于4mm/s。

關鍵詞：透水混凝土;力學強度;滲透系數;影響因素;正交試驗

前言

透水混凝土是一種由水泥、骨料、添加劑和水伴制而成的多孔隙混凝土，常被用在人行道、停車場、廣場等區域的透水鋪裝中。透水混凝土的多孔結構在保證其擁有良好的透水性能的同時也限制了強度的提升，因此在制備過程中要通過選擇合適的原材料、配合比和制備工藝使透水混凝土既有較高的強度又有較大的滲透系數。

本文采用正交試驗研究骨料級配、灰集比和水灰比三個因素對透水混凝土抗壓強度和透水系數的影響，并在此基礎上確定合適的配合比。

1材料與方法

1.1原材料

試驗用水泥為P·042.5普通硅酸鹽水泥，初凝時間為155min，終凝時間為205min，3d和28d抗壓強度分別為30MPa和50MPa。粗骨料采用質地堅硬、棱角分明、未風化的玄武巖，壓碎值控制在15%以內，含泥量小于1%，試驗采用的3種骨料級配見表l。拌合水為自來水，并添加PRC-II型增強劑。

1.2正交試驗設計

采用三因素三水平正交試驗，分析骨料級配、灰集比和水灰比對透水混凝土7d抗壓強度和透水系數的影響，因素水平見表2，正交設計見表3。

1.3性能測試方法

采用插搗成型法制備邊長為150mm的立方體試塊，用于7d抗壓強度測試，具體測試方法參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）。制備直徑和高均為100mm的圓柱體試塊，用于滲透系數測試，測試方法參照《透水水泥混凝土路面技術規程》（CJJ/T135-2009）。

2結果與分析

正交試驗結果如表4所示，不同配合比條件下，透水混凝土7d抗壓強度和滲透系數相差較大。采用極差分析法對正交試驗結果進行進一步分析，極差計算表5中K1、K2、K3分別表示各因素取水平1、水平2和水平3時所對應的試驗結果的算術平均值，R表示某個因素下K1、K2、K3三者中最大值與最小值之差，即為極差。通過比較各因素的極差大小可以得到各因素對抗壓強度和滲透系數影響的主次順序。

極差計算結果見表5，各因素對透水混凝土7d抗壓強度影響的主次關系為灰集比>骨料級配>水灰比。由此可以看出，灰集比對7d抗壓強度的影響最大，同時骨料級配對強度的影響也較大，故為了滿足強度要求，在透水混凝土配合比設計中應首要考慮灰集比和骨料級配兩個因素。將各因素在K值最大時所對應的水平設為最優水平，可獲得針對透水混凝土抗壓強度的最優水平組合：骨料級配3、灰集比1：4、水灰比0.32。

各因素對透水混凝土滲透系數影響的主次關系為骨料級配>灰集比>水灰比。當希望獲得較大的滲透系數時，可選用的最優組合為骨料級配1，灰集比為1：6，水灰比為0.35。由極差分析可知，骨料級配和灰集比對透水混凝土的性能有較大的影響，水灰比的影響則相對較小，因此為了滿足強度和透水要求，在透水混凝土配合比設計時應優先考慮骨料級配和灰集比這兩個因素。分析各因素下的K1、K2、K3值可知，隨著級配中小粒徑骨料占比增加，抗壓強度增大，滲透系數減小。這主要是由于骨料粒徑減小，形成的骨架結構中空隙減少，從而滲透效果減弱。同樣隨著灰集比的增大，抗壓強度增大，滲透系數減小。原因在于灰集比增大，單位體積內水泥用量增加，骨料間的膠結力增強。隨著水灰比的增加，7d抗壓強度先增大后減小，這是因為當水灰比過小時，漿體偏干硬，硬化后膠結力偏低;當水灰比過大時，漿體流動性偏大，導致漿體不能很好的包裹住集料，顆粒間粘結不理想。根據上述分析，為了能同時滿足透水混凝土的抗壓強度和滲透系數，建議配合比取骨料級配3，灰集比為1：5，水灰比為0.32，據此制備的透水混凝土7d強度不小于23MPa，滲透系數不小于4mm/s。

3結論

通過設計正交試驗，采用極差分析法分析了骨料級配、灰集比、水灰比對透水混凝土7d抗壓強度和滲透系數的影響。結果表明，各因素對7d抗壓強度的影響的主次順序為灰集比>骨料級配>水灰比，各因素對滲透系數的影響的主次順序為骨料級配>灰集比>水灰比。以7d抗壓強度和滲透系數為指標，建議配合比取骨料級配3，灰集比為1：5，水灰比為0.32。