透水混凝土的制備及抗壓性能的試驗研究

汪沁彧 ，劉發明 （宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000）

0 前言

國民經濟飛速發展帶動了城市化建設規模的不斷擴大，城市道路建設是城市化建設中的重要方面，而路面硬化則是城市道路建設過程中的關鍵一環。由于鋪設在城市土地上的大部分路面基本上是由阻水材料構成，當降水量較大或城市排水系統跟不上城市化步伐時，雨水就可能會聚集在地表產生內澇現象[1-2]。傳統的城市路面的鋪裝通常致密，不利于緩解噪音污染，而且下雨天路面濕滑，安全性能也不高。因透水混凝土不含細骨料，孔隙率一般在15%～45%之間，其內部形成許多連通的孔隙，故透水性能較好，雨水能夠透過孔隙及時排向地下，從而緩解路面積水狀況和地下水資源匱乏的現象，同時，透水混凝土結構內孔隙可以對雨水起到過濾和凈化作用。

美國混凝土協會在報告中提出，透水混凝土的性能主要與其空隙體積、空隙尺寸和水泥用量有關。透水混凝土強度比較低，韌性差，只能應用于人行道、公園道路以及非機動車道等領域，相關的研究發展仍然處于初級階段。因此，提高力學性能是透水混凝土研究最重要的一環。

1 試驗原材料與試驗方案

1.1 原材料

①水泥：安徽海螺水泥股份有限公司生產的普通硅酸鹽水泥，強度等級32.5。

②粗骨料：安徽省淮南市八公山區盛世陶粒廠生產的輕型陶粒，其主要物理性能如表1所示。

輕型陶粒的物理性能指標 表1

③水：當地自來水。

1.2 試驗方案

本試驗采用水泥裹石法進行拌和，投入一半總量的骨料和水，攪拌1min使骨料全部潤濕，再倒入一半總量的水泥和粉煤灰，攪拌1min，使水泥包裹在濕潤的骨料表面，最后加入剩余的水泥、粉煤灰和水，攪拌2min。用于抗壓強度試驗的試件均采用100mm×100mm×100mm的立方體，混凝土漿體攪拌完成后裝進立方體模具中，再將試件放在振動臺上充分振動，使骨料自然下落緊密接觸，過程中不破壞骨料的形狀和粒徑[3]。共制作成型12組混凝土試塊，每組3塊，拆模后放入標準養護室中養護至7d、14d、21d不同齡期。

1.3 試驗配合比

本試驗采用水灰比分別為0.25、0.28、0.31、0.34；骨料選擇規格為 700級的輕質陶粒，粒徑為5～10mm；摻合料粉煤灰量占膠凝材料總量的10%。透水混凝土配合比設計如表2所示。

2 試驗結果與分析

選取粉煤灰摻量為10%的透水混凝土作為研究對象，研究它們在不同齡期和不同水灰比情況下的抗壓強度變化，分析齡期和水灰比2個因素對透水混凝土抗壓力學性能的影響，優選最佳配合比并為陶粒的綜合應用提供理論依據。

2.1 養護齡期的影響

在保證養護條件相同的情況下，7d、14d、21d三種不同齡期的透水混凝土抗壓性能結果如圖1所示。

圖1 齡期對抗壓強度的影響

透水混凝土配合比設計 表2

由圖1可知，隨著齡期的增長，透水混凝土的抗壓強度曲線呈上升趨勢，其中水灰比為0.25的透水混凝土（PCA組）的抗壓強度增長最大，增幅近50%，其次是PCC組。整體上來看，4組試件的14d至21d抗壓強度值增長速度較快，21d時基本上可以達到設計強度。這主要是因為粉煤灰取代部分水泥會對透水混凝土的早期強度造成不良影響，后期因粉煤灰的火山灰活性效應，微骨料效應和形態效應的充分發揮，透水混凝土后期強度增長較為速度[4]。

2.2 水灰比的影響

在保證養護條件相同的情況下，0.25、0.28、0.31、0.34 四種不同水灰比的透水混凝土抗壓性能結果如圖2所示。

從圖2可以看出，透水混凝土的抗壓強度呈現隨著水灰比的增大先上升后下降的趨勢，其中水灰比為0.31的透水混凝土（PCC組）的抗壓強度最大，在21d齡期時，其抗壓強度值超出水灰比為0.25的透水混凝土（PCA組）強度的5%。從圖2中還可以發現，水灰比的降低并沒有使透水混凝土的抗壓強度有所提高，反而存在不同程度的降低。這是因為陶粒作為粗骨料加入混凝土中，受到陶粒本身孔隙率高、強度低缺陷影響，當其所能承受的抗壓強度達到極限時，水灰比的降低對于抗壓強度的增長作用不明顯[5]。

圖2 水灰比對抗壓強度的影響

3 結論

①由于陶粒本身存在缺陷，水灰比的降低對于透水混凝土抗壓強度的增長作用不明顯，但粉煤灰的摻入可以有效加速透水混凝土后期強度的發展。

②養護齡期與透水混凝土的抗壓強度成正比，水灰比小于0.34時，21d齡期的抗壓強度值基本上接近設計強度。

③經過試驗現象觀察和數據分析，綜合進行比較，水灰比為0.31的PCC組試件的抗壓性能最為優良。