透水水泥混凝土透水性能及強度的影響因素研究分析

羅金靈

（福建省永正工程質量檢測有限公司， 福建 福州 350012）

1 概述

透水水泥混凝土是由粗集料、細集料（少加或不加）及水泥基膠結材料經拌合均勻后澆筑成型并經水化硬化后形成具有連續孔隙結構的混凝土[1]，其可以將道路結構中的水分進行高效清除，并可承受適當的荷載[2]。因此，在環境噪聲保護、減小路面水損害、水工等方面的應用越來越廣泛[3]。

2 原材料

本試驗中采用P·O42.5 水泥，其比表面積檢測結果為339m2/kg，28d 抗壓強度檢測結果為48.4MPa；骨料采用兩種粒徑的碎石，拌和用水采用普通飲用水。

3 試件制備及試驗方法

3.1 試件制備方法

透水水泥混凝土試件制備分為攪拌、成型、養護三個過程，其中攪拌及成型試驗環境溫度為20℃±5℃，相對濕度≥50%。

透水系數試件采用內徑100mm、高50mm 的圓柱體，有效孔隙率及抗壓強度試件采用邊長為150mm 的立方體。拌和料裝入試模后，將試件按品字形放于水平地面上，用尺寸約為600mm*600mm 的不透水覆膜膠合板放在試件上，平板振動器放于膠合板中間，啟動平板振動器振動30s，然后用抹刀將試件表面抹平。

3.2 試驗方法

3.2.1 透水系數

本試驗中透水系數測試方法依據CJJ/T 135-2009[4]，試驗過程大致如下：將四周密封好的試樣抽真空并在水中浸置20min 后裝入試驗裝置，控制水流保持穩定的水位差，測量300s 的出水量（Q），按公式計算透水系數。

3.2.2 有效孔隙率

本實驗中有效孔隙率測試方法依據DBJ/T 13-274-2017[5]，采用的試驗設備如圖1。試驗方法如下：將水倒入至0mm 刻度水位，將烘干并冷卻后的試件放入，待試件無氣泡且水位穩定后記錄刻度值。

圖1 有效孔隙率試驗設備結構圖

式中：P——有效孔隙率（%）；

S——有效孔隙率測試儀計量筒底面積（mm2）；

A——試件底面積（mm2）；

h——試件高度（mm）；

△——試件放入水中水位穩定后水位高度變化增加值（mm）。

4 配合比設計及相關性能評價指標結果分析

4.1 配合比設計試驗方案的確定

本試驗配合比設計分別采用（5～10）mm 和（10～20）mm 兩種不同公稱粒徑的粗骨料，選擇目標孔隙率和水膠比作為兩個關鍵影響要素，分別選取四個水平進行全面試驗。試驗方案如表1。

表1 （5～10）mm 和（10～20）mm 碎石粒徑的配合比試驗方案表

4.2 性能評價指標試驗結果

試驗結果如表2。

表2 性能評價指標試驗結果匯總表

4.3 試驗結果性能指標分析

4.3.1 透水系數分析

通過表2 中檢測結果可以分析表明，透水系數和有效孔隙率及水膠比的大小有著一定的關系。

1）有效孔隙率

圖2 有效孔隙率與透水系數關系圖（骨料粒徑5mm～10mm）

由圖2 表明，在不同水膠比情況下，透水系數均隨著有效孔隙率增大而增大。因為有效孔隙率越大，說明內部結構中連通的孔隙越多，水流通過的水量和流速則會變大，透水系數也相應變大。

2）水膠比

圖3 水膠比與透水系數關系圖（骨料粒徑5mm～10mm）

由圖3 表明，相同的目標孔隙率且滿足拌合料和易性的情況下，水膠比越大則透水系數也越大。由于在目標孔隙率固定的情況下，水泥漿料的總體積是固定的，水膠比越大則說明使用膠凝材料用量越小，而在和易性良好的情況下，結構內部連通孔隙率會越大，故透水系數也會越大。

4.3.2 強度分析

通過表2 中檢測結果分析表明，抗壓強度與有效孔隙率、水膠比及骨料粒徑的大小有著一定的關系。

1）有效孔隙率

圖4 有效孔隙率與抗壓強度關系圖（水膠比W/C=0.35）

圖5 有效孔隙率與抗壓強度關系圖（水膠比W/C=0.40）

由圖4 和圖5 表明，在不同骨料粒徑和不同水膠比的情況下，抗壓強度均隨著有效孔隙率的增大而減小。這主要是孔隙率的增加，導致試件承壓和抵御變形的受力面積大幅降低，使抗壓強度降低。

2）水膠比

圖6 水膠比與抗壓強度關系圖（骨料粒徑5mm～10mm）

圖7 水膠比與抗壓強度關系圖（骨料粒徑10mm～20mm）

由圖6 和圖7 可以看出，在未使用減水劑的情況下，水膠比的變化對強度影響比較大。當水膠比太小，混合料因干燥不易拌合，漿液無法均勻地包裹在骨料表面，且水化反應不充分，對強度的增長不利；當水膠比太大，水泥漿較稀容易從骨料上滑下，且水化反應后剩余水量在混凝土硬化后形成孔隙，也會對強度的增長造成不利。因此存在一個最佳的水膠比，對于不同的骨料粒徑，其最佳水膠比不同，對于5mm～10mm 的骨料，最佳水膠比接近0.40，對于10mm～20mm 的骨料，最佳水膠比接近0.35。

3）骨料粒徑

圖8 骨料粒徑與抗壓強度關系圖（目標孔隙率20%）

圖9 骨料粒徑與抗壓強度關系圖（目標孔隙率25%）

由圖8 和圖9 表明，對于一定粒徑范圍內的不同骨料粒徑，在目標孔隙率和水膠比相同時，抗壓強度并非都是骨料粒徑大的大。

4.3.3 抗壓強度分析

圖10 7d 與28d 抗壓強度關系圖（骨料粒徑5mm-10mm）

圖11 7d 與28d 抗壓強度關系圖（骨料粒徑10mm-20mm）

由圖10 和圖11 可以表明，7 天與28 天抗壓強度存在一定的線性關系，通過計算建立相關公式可以由7 天強度推導出28 天強度，和實際上標準養護至28 天試件強度誤差很小，應用在實際工程項目上有一定的便利性，能保障質量也能加快施工進度。

5 結論

本文通過對不同參考配合比下透水水泥混凝土透水性能和強度進行了相關試驗研究, 得出了以下結論:

1）在不同骨料粒徑和不同水膠比的情況下，透水系數均隨有效孔隙率增大而增大，而抗壓強度則隨有效孔隙率的增大而減小。

2）相同的目標孔隙率且滿足拌合料和易性的情況下，水膠比越大則透水系數也越大。

3）透水水泥混凝土存在著最佳水膠比，水膠比的變化對混凝土抗壓強度影響比較大，對于不同的骨料粒徑，其最佳水膠比不同，對于5mm～10mm 的骨料，最佳水膠比接近0.40，對于10mm～20mm 的骨料，最佳水膠比接近0.35。

4）對于一定粒徑范圍內的不同骨料粒徑，在目標孔隙率和水膠比相同時，抗壓強度并非都是骨料粒徑大的大。

5）透水水泥混凝土7 天與28 天抗壓強度存在一定的線性關系，通過計算建立相關公式可以由7 天強度推導出28 天強度，和實際上標準養護至28 天試件強度誤差很小，應用在實際工程項目上有一定的便利性，能保障質量也能加快施工進度。