透水混凝土配合比設(shè)計(jì)及力學(xué)性能試驗(yàn)研究

潘芳祿

（廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

0 引言

透水混凝土材料是一種新型的綠色生態(tài)環(huán)保透水混凝土,可與生態(tài)環(huán)境資源共存。它不僅是對我國的生活方面，還是我國的自然生態(tài)方面都有著巨大的影響。它不僅是一種直接采用特殊材料技術(shù)加工制造的，并且具有連續(xù)孔隙的混凝土,它不僅具有一定的抗震強(qiáng)度,還具有一定的防水滲透性。透水鋼筋混凝土主要是應(yīng)用于城市公園、住宅區(qū)、道路、人行道、廣場、停車場等處的路面透水結(jié)構(gòu)。

1 透水混凝土的市場發(fā)展趨勢現(xiàn)狀

透水混凝土材料目前可廣泛應(yīng)用于我國城市軌道輕軌鐵路交通快速道路、公園、廣場、停車場、人行道、體育場館、地下建筑、綠化、污水處理凈化和空氣吸聲等多種領(lǐng)域。透水混凝土在我國軌道交通建筑領(lǐng)域也一直有著廣闊的商業(yè)應(yīng)用發(fā)展前景,如今它解決了在現(xiàn)代工業(yè)城市中和有軌電車的地下排水管道問題。目前,海綿生態(tài)城市已逐漸成為今年全國海綿城市總體發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃研究中的高頻詞和關(guān)鍵詞。發(fā)展起來海綿土在城市的應(yīng)用重要性不言而喻,但目前我國對于水滲透改性混凝土的深入研究和推廣應(yīng)用還只是處于技術(shù)起步初的階段。在此一大背景下,透水混凝土作為海綿城市建設(shè)和發(fā)展所必需的功能材料,具有十分重要的現(xiàn)實(shí)研究意義。

2 透水混凝土材料配合比設(shè)計(jì)研究

2.1 混合設(shè)計(jì)指數(shù)為了提高普通混凝土的強(qiáng)度,要盡量使其密實(shí)。然而,為了達(dá)到透水的目的,透水混凝土在滿足其強(qiáng)度的同時(shí)應(yīng)保持一定的孔隙。因此,透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)是孔隙率和強(qiáng)度。

2.1.1 孔隙率

為了快速排出雨水,有必要確保透水性混凝土具有足夠的孔隙。然而,太多或幾乎太大的孔誤差會(huì)直接導(dǎo)致建筑材料機(jī)械強(qiáng)度顯著降低和材料耐久性差。收縮性就是說泛指主體扣除原有實(shí)體建筑骨架后混凝土總建筑體積的剩余一小部分,由三個(gè)小部分結(jié)合組成:連通孔、半連通孔和半封閉孔。連通的孔隙是相互連的孔;而半封閉孔隙是與其他沒有孔隙、不連通相連的孔隙的孤立部分;半連通沒有孔隙的又稱半連死孔,一端與其它孔孔隙相連,另外的一端完全封閉。從地下水流體運(yùn)動(dòng)的力學(xué)角度分析來看,半連通孔隙管道中的截流水相對水體停滯和流動(dòng)無效,但它也可以作為水體排水的重要緩沖,因此它也是有效的。因此,有效封閉孔隙由連通孔隙和半連通孔隙兩個(gè)小部分孔隙組成,而其半封閉孔隙則正是因?yàn)闊o效孔隙。

2.1.2 強(qiáng)度

強(qiáng)度和半透水基層混凝土由不透水、水泥、粗料和骨料部分組成。采用單粒或顆粒粗粒細(xì)骨料砂漿作為在細(xì)骨架間的水泥層砂漿,或在粗粒細(xì)骨料間與顆粒間的表面預(yù)先包裹一層小薄層后再添加少量細(xì)粒粗骨料的骨架砂漿,作為在細(xì)骨料間與顆粒間的骨架膠水粘結(jié)保護(hù)層。骨料中的顆粒被一定的薄層使用硬化后的水泥或砂漿與橡膠層粘結(jié),形成多孔孔隙堆積整體結(jié)構(gòu),因此鋼筋混凝土中還存有大量孔隙連通的孔隙,大多數(shù)孔隙是一個(gè)直徑寬度大于1 毫米的大圓形孔隙。孔隙越多,接觸點(diǎn)越少,強(qiáng)度越低;如果孔隙數(shù)量很少,就會(huì)有更多的接觸,強(qiáng)度也會(huì)很高。然而,當(dāng)孔隙數(shù)量較少時(shí),連通孔隙的數(shù)量將不可避免地減少,從而影響混凝土的滲透性,這違背了透水混凝土的初衷。

3 透水混凝土的設(shè)計(jì)計(jì)算方法

3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原則特點(diǎn)

到目前為止,透水層與混凝土的透水配合比基礎(chǔ)設(shè)計(jì)還不是成熟的混合計(jì)算分析方法。根據(jù)新型透水混凝土設(shè)計(jì)要求的骨料孔隙率和骨料結(jié)構(gòu)特征,可以被確認(rèn)為1m3 混凝土的骨料表面積和體積大小是由整個(gè)骨料層的堆積過程形成的。因此,配合比例機(jī)設(shè)計(jì)的方法原則上就是要利用水漿或泥漿骨料包裹整體骨料整個(gè)顆粒整體表面,將整個(gè)骨料整體顆粒緊緊粘結(jié)在一起,形成一個(gè)具有一定粘合強(qiáng)度的骨料整體。骨料之間的鉆孔空隙不大則需要緊密進(jìn)行填充。透水混凝土的骨料重量比例應(yīng)為基層骨料的密實(shí)度和體積及其密度量再加上基層水泥的施用量和骨料用水量之和,范圍一般為1600-1800k,根據(jù)這一設(shè)計(jì)原則,可初步設(shè)計(jì)確定各種透水混凝土的重量比例。

(1)骨料用量Im3 混凝土中使用的骨料密度約為100～1400 千克。其中,以粗種細(xì)骨料使用為主,細(xì)種粗骨料的總使用量一般需要控制在所有骨料總使用質(zhì)量的30%以內(nèi)。

(2)土層水泥骨料用量控制試驗(yàn)結(jié)果表明,在完全保證最佳水泥用水量的必要前提下,適當(dāng)控制增加土層水泥骨料用量，不僅可以有效增加水泥骨料周圍土層水泥骨料漿液和土層的水泥稠度和防水厚度,并能有效率地提高骨料透水層和混凝土的防水強(qiáng)度。然而,過多的堿性水泥使用會(huì)大大增加了水泥漿,降低水泥孔隙度和影響透水性。因此,水泥的量受所用骨料的粒度影響。如果骨料的粒徑較小且骨料的比表面積較大,則應(yīng)適當(dāng)增加水泥用量。透水混凝土的水泥用量一般在50～350kg/m 之間。

(3)對于水灰比問題，水灰比不僅直接影響混凝土透水層和混凝土的防水強(qiáng)度,也直接影響其防水滲透性。透水混凝土的建筑水灰比一般都會(huì)隨建筑水泥土使用量的不斷增加而有所降低,但水灰波動(dòng)大的范圍較小。對于具有特定量的水泥骨料和鋼筋水泥,存在最佳的水灰比,此時(shí)相對滲透性好的混凝土骨料具有最大強(qiáng)度極限上的抗壓性和強(qiáng)度。

4 力學(xué)性性能試驗(yàn)研究

（1）固化8 天后,測試樣品的抗壓強(qiáng)度。具體步驟說明如下:將兩個(gè)試件水平放在下面的軸承板上。試件的支撐和承面高度應(yīng)完全垂直于試件成型的頂面。試件的各個(gè)中心焊點(diǎn)應(yīng)與自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)床上下壓板的各個(gè)中心焊點(diǎn)對齊。啟動(dòng)精度試驗(yàn)機(jī),選擇合適的位置測量精度范圍。選擇測量范圍時(shí),應(yīng)注意使讀數(shù)盡可能落在整個(gè)范圍的0%到80%之間,以使讀數(shù)更準(zhǔn)確。

（2）加壓時(shí),應(yīng)連續(xù)均勻加載,當(dāng)試件接近損傷和快速變形時(shí),停止試驗(yàn)機(jī)的加速器,直到試件損傷。試樣出現(xiàn)損壞后,立即及時(shí)關(guān)閉傳動(dòng)進(jìn)口出油閥,打開傳動(dòng)回路進(jìn)油閥,取出損壞的試樣。

(3)記錄損壞載荷。試樣損壞后,試驗(yàn)機(jī)的千分表讀取最大載荷(即損壞載荷),并記錄此時(shí)的讀數(shù)。

5 結(jié)束語

透水混凝土是針對現(xiàn)有城市路面的缺陷而開發(fā)和使用的一種優(yōu)良路面材料。滲透性好的混凝土可以有效讓城市雨水徹底流入城市地面,有效徹底補(bǔ)充城市地下水,緩解整個(gè)城市地下水位置的急劇下降等，整個(gè)城市的水環(huán)境污染問題,有效消除城市地面上石油類有機(jī)化合物對城市環(huán)境的嚴(yán)重危害。透水混凝土對我國的好處還有很多，如果我們對于透水混凝土的研究不斷加深,能夠促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)間接地維持我國的生態(tài)平衡。