不同成型方法對透水混凝土性能影響研究

田青，周智，答宇樂

（中建西部建設湖南有限公司，湖南 長沙 410000）

0 前言

與其他普通混凝土路面相比，透水混凝土路面因具有較多較大孔隙，而具備良好的吸聲、透氣、排水等功能，這些功能對城鎮綠色生態發展是極其重要的[1-4]。目前國內眾多建材研究機構對透水混凝土磚的研究較多，已取得了一定的成效。張巨松[5]和趙晶[6]等分別對透水混凝土強度影響因素及其配合比設計進行了較多的研究。透水混凝土因其內部形態與普通混凝土相差較大，導致密實性不足，其滲透性能與抗壓強度成反比例關系[7-9]，因此，必須找到平衡以確保透水混凝土的多種良好性能。本課題研究采用不同成型方法進行試驗，旨在找出能夠兼顧透水混凝土滲透性能及抗壓強度的最佳成型方式。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

水泥：采用祁陽海螺水泥有限公司生產的 P·O42.5水泥，其比表面積為 350 m2/kg，密度為 3.20 g/cm3。具體化學分析及組成見表 1。

粗骨料：優選玄武巖碎石，兩種單一粒級 9.5～13.2mm、13.2～16.0mm。骨料基本性質見表 2。

粉煤灰：采用鞏義市大唐電廠所生產的 F 類 Ⅱ 級優質電廠灰。

減水劑：采用北京德昌偉業公司生產的聚羧酸系減水劑，減水率 26%。

水：采用普通城市自來水。

表 1 基準水泥熟料化學分析及礦物組成 %

表 2 碎石基本性質

1.2 配合比及成型方法

試驗用混凝土配合比見表 3。

表 3 多孔水泥混凝土試驗配合比 kg/m3

采用的成型方法分別為：人工插搗、振動成型、靜壓成型 3 種成型方法。其中對振動成型的最優時間范圍進行了進一步的探索，試驗設計振動時間分別為 4s、8s、12s、16s、20s 共 5 組；對壓力成型的最佳靜壓力范圍也進行試驗，壓力成型過程中達到試驗值需維持5s，而后卸載載荷，試驗設計壓力大小分別為 20kN、40kN、60kN、80kN、100kN。

（1）插搗成型法

為得到密實的混凝土試塊，混凝土拌合物分 3 次裝，先將部分混凝土拌合物放入 150mm 150mm 150mm 混凝土試模中，用搗棒表面由外向里均勻插搗16 下左右，使拌合物均勻覆蓋模具底部，繼續加部分混凝土拌合物重復前面操作，用混凝土拌合物把模具填滿再用搗棒插搗均勻，然后用直徑 40mm 的搗棒“滾壓”成型面，加少量的混凝土拌合物填補表面缺陷部位，再用抹刀往返抹面直至表面平整。

（2）振動成型法

新拌混凝土分兩次置于 150mm 150mm 150mm混凝土試模中，放在振動臺上振動至所需時間，然后用直徑 40mm 的搗棒“滾壓”成型面，加少量的混凝土拌合物填補成型面缺口，直至“滾壓”平整并用抹刀將成型面抹平。

（3）壓力成型法

將混凝土拌合物放入 150mm 150mm 150mm 混凝土試模中，然后先將模具置于壓力機下施壓力至試驗值并維持 5s 后卸荷，然后用直徑 40mm 的搗棒“滾壓”成型面，加少量的混凝土拌合物填補成型面缺口，直至“滾壓”平整并用抹刀將成型面抹平。

1.3 抗壓強度的測定

依據 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法》對透水混凝土進行抗壓強度試驗，標準立方體試塊（150mm 150mm 150mm），試驗齡期為 28d。

1.4 孔隙率的測定

試驗采用質量法[10]測定孔隙率，試驗前取標準試件置于水中浸泡 24h，然后稱量其在水中質量 m1，稱量后取出試件繼續風干 24h，再次測其質量得到 m2，其孔隙率 P 可根據公式 (1) 計算得出。

式中：ρ——試塊的體積，m3；

V水——水的體積，L。

1.5 透水系數的測定

透水混凝土系數測試國內尚未有統一標準，故試驗采用“固定水位高度法”來測試透水混凝土系數[11]，如圖 1 所示。

透水系數試驗方法：試驗前須采用密封膠將試件四周連同其上方塑料邊框一起密封，注入足夠水量觀察，以保證密封效果良好，水無法從四周流出，只從底部滲透而出。試驗開始時先向塑料容器中加水，使之刻度超過 200mm，水開始通過試件底部滲透，當水面刻度降至 120mm 瞬間開始計時，最終塑料容器中水徹底滲透完畢時間為 t，根據公式 (2) 就可計算出透水系數 K。

圖 1 透水系數測定裝置

2 結果與分析

2.1 振動時間對透水混凝土性能的影響

試驗結果見表 4 和圖 2、圖 3。

表 4 振動時間對透水混凝土性能的影響

圖 2 振動時間對透水混凝土透水系數的影響

圖 3 振動時間對混凝土 28d 強度的影響

由圖 2 和圖 3 可知，振動時間越長，所測得透水混凝土滲透系數越低，而其抗壓強度則呈現出先增長后降低的趨勢。分析該現象的原因，透水混凝土在成型過程中由于振動作用，骨料在重力作用下不斷擠壓運動，達到一定密實程度，所以振動時間越長越密實，抗壓強度持續增大，而水泥漿體則不斷下沉逐漸堵塞孔隙，但振動時間再延長，過多水泥漿體沉積在試件底部，甚至出現骨漿分離的現象，徹底堵塞試件底部，透水性能基本喪失，與此同時試件上表面由于漿體過少，無法包裹骨料形成良好的粘結作用，如圖 4(a) 和 (b)，最終導致試件抗壓強度急劇下降。因此，振動成型時間控制在8～12s 所得透水混凝土具有較高透水性能。

圖4 (a) 正常試塊 (b) 過振試塊

2.2 成型壓力對透水混凝土性能的影響

試驗結果見表 5 和圖 5、圖 6。

表 5 成型壓力對透水混凝土性能影響試驗結果

圖 5 成型壓力對透水混凝土 28d 強度的影響

觀察圖 5、圖 6，在靜壓荷載持續增加過程中，透水混凝土抗壓強度同樣出現先增大后急劇減小的趨勢，該過程中透水混凝土骨料的間移動分為 2 個階段：第一階段為骨料滑動階段，在壓力的作用下，骨料開始移動，填充了孔隙，此時其體積發生變化，骨料間距減小，骨料間的接觸點增多，密實性提高；第二階段，隨著成型壓力的增大，骨料間互相擠壓作用力增大，部分骨漿界面漿體被擠壓至孔隙，導致孔隙一定程度堵塞，透水性能下降，而且由于包裹骨料的漿體減少，試件內部骨料間的粘結作用減小，在承受荷載過程中易最先形成開裂，導致破壞，使抗壓強度降低。因此，為得到強度較高且透水性能較好的透水混凝土，靜壓成型壓力值應該控制在 60～80kN。

圖 6 成型壓力對透水混凝土透水系數的影響

表 6 不同成型方法對透水混凝土性能影響試驗配合比及其結果

2.3 不同成型方法的對比

試驗采用的 3 種成型方法。振動成型的最佳振動時間范圍和壓力成型的最佳壓力范圍由前面通過試驗得到，振動時間為 8～12s 該試驗設定的振動時間為 10s，壓力成型的成型壓力定為 80kN。不同成型方法對透水混凝土性能影響試驗配合比及其結果見表 6。

通過表 6 可知，插搗成型方式成型的試塊雖然透水系數較高，但 28d 強度過低，主要原因是人工插搗很難保證混凝土骨料表面的各個點受力均勻，這樣就造成骨料沒有完全的緊密堆積，導致空隙較大，強度不高。且插搗成型的插搗方式是人工插搗，不適合現實生活中施工要求。振動成型和壓力成型的效果差不多，使用機械成型可以保證混凝土骨料被水泥漿均勻包裹，并且使骨料之間的接觸面積增大，形成均勻的孔隙，一般試驗室以壓力成型為主。

3 結論

不同成型方法所制得的透水混凝土其滲透性能與力學性能差異顯著，通過試驗確定最佳成型方式的振動時間或者成型壓力大小，得出以下結論：

（1）隨振動時間的延長，透水混凝土的透水系數持續降低，其抗壓強度則出現先增長后降低的趨勢，因此為保證透水混凝土同時具備良好透水性能及力學性能，振動成型的時間范圍宜控制在 8～12s。

（2）隨著成型壓力的增大，透水混凝土的透水系數逐步降低，其抗壓強度則先增大后減小。故為得到具有良好透水性且有一定強度的透水混凝土，靜壓成型的適宜成型壓力值 60～80kN 之間。

（3）對比不同成型方法，插搗成型可以獲得透水系數較高的透水混凝土，但是其 28d 強度過低，振動成型與靜壓成型法在其一定的振動時間與成型壓力下均有較好的效果，試驗室采用靜壓成型較為適宜。