基于海綿城市理念的透水混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

朱永祥，梁冠軍，林祖宏 （滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，安徽 滁州 239000）

1 引言

透水混凝土又稱多孔混凝土，是一種特殊類型的混凝土，具有孔隙率高、透水性強(qiáng)的特性，目前主要用于混凝土綠化道路面工程、停車場(chǎng)、區(qū)塊街道、人行道等，如圖1所示。透水混凝土是用大骨料或含少量細(xì)骨料制成的，其最突出的特點(diǎn)是雨水能夠從空隙里直接通過，減少場(chǎng)地徑流。另外，透水混凝土還具有其他環(huán)境效益，如減少輪胎——路面相互作用產(chǎn)生的噪音、降低城市熱量、減少道路飛濺、提高防滑性、地下水回灌、限制污染物滲入地下水和保護(hù)原生態(tài)系統(tǒng)。盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但與普通混凝土相比，透水混凝土也有一定的缺點(diǎn)和病害，如抗壓和抗拉強(qiáng)度較低、使用一段時(shí)間后易堵塞、表面剝落和凍融破壞等，部分病害見圖2。

本文針對(duì)透水混凝土強(qiáng)度不足和病害現(xiàn)象，在研究過程摻入了少量中砂，細(xì)骨料百分比為15%，分別做了塌落度試驗(yàn)、抗壓試驗(yàn)、抗拉試驗(yàn)和透水性試驗(yàn)。

圖1 透水混凝土和普通混凝土試塊

2 試驗(yàn)研究

圖2 透水混凝土常見病害

2.1 研究目標(biāo)

本研究的主要目標(biāo)是通過不同類型的集料和不同質(zhì)量的細(xì)集料進(jìn)行組合配制，開發(fā)一種堅(jiān)固耐用的透水混凝土混合料。其次，研究透水混凝土組分的變化對(duì)其抗壓強(qiáng)度的影響，使得在不影響透水混凝土路面滲透特性的情況下，達(dá)到最大抗壓強(qiáng)度。

2.2 研究過程

組成透水混凝土的主要原材料有水泥、碎石和中砂，在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，查找各原材料的基本性能數(shù)據(jù)，調(diào)制出坍落度良好的混合料，然后制備出邊長(zhǎng)為150mm的透水混凝土立方體試件，接下來分別進(jìn)行了抗壓試驗(yàn)、抗拉試驗(yàn)和透水性試驗(yàn)。具體試驗(yàn)過程如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)研究過程

2.3 材料、性能及配合比設(shè)計(jì)

材料：普通硅酸鹽水泥、碎石、中砂、水。

配合比：配合比設(shè)計(jì)如表1所示。

透水混凝土配合比設(shè)計(jì) 表1

3 研究結(jié)果

3.1 坍落度試驗(yàn)

坍落度試驗(yàn)結(jié)果 表2

3.2 抗壓強(qiáng)度

邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件養(yǎng)護(hù)7、14、28d后進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，立方體抗壓強(qiáng)度計(jì)算如下：

抗壓強(qiáng)度fc單位為MPa，其中P是極限壓力（N）。

抗壓強(qiáng)度結(jié)果 表3

3.3 劈裂抗拉試驗(yàn)

圓柱體劈裂抗拉強(qiáng)度計(jì)算如下：

P為作用在圓柱界面的集中力（N），d是圓柱直徑，l是圓柱長(zhǎng)度。

劈裂抗拉強(qiáng)度結(jié)果 表4

3.4 滲透性試驗(yàn)

滲透性試驗(yàn)采用在一定的水力梯度下，測(cè)試出在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)流過已知混凝土塊橫截面積的水量。

試驗(yàn)過程：

①恒定水頭布置；

②打開底部出口；

③形成穩(wěn)定水流；

④收集一定時(shí)間間隔的水流流量。

透水性試驗(yàn)結(jié)果 表5

4 試驗(yàn)分析

4.1 強(qiáng)度分析

普通混凝土立方體試塊是按C10混凝土標(biāo)準(zhǔn)配制，如圖4所示，透水混凝土和普通混凝土28天后的抗壓強(qiáng)度分別為11.28MPa和16.32MPa，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度比普通混凝土降低了31%，而抗拉強(qiáng)度也相應(yīng)的降低了10%。

圖4 透水混凝土與普通混凝土28d強(qiáng)度比較

4.2 滲透性分析

與普通混凝土相比，降低了細(xì)骨料的比例，增加了透水混凝土的空隙率，因此滲透性也相應(yīng)地提高了，如圖5所示，與普通混凝土相比，透水混凝土7d和28d的滲透性分別提高了51%和52%。

圖5 透水混凝土與普通混凝土7d和28d透水性比較

5 總結(jié)

在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)透水混凝土的力學(xué)性能和透水性進(jìn)行了研究，從試驗(yàn)結(jié)果中可以明顯看出，與普通混凝土相比，透水混凝土抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均有所下降，但是透水性能得到較大的提升，因而能夠更好地收集雨水，可以用于交通荷載較小的路面、小區(qū)街道，停車場(chǎng)等場(chǎng)所，因此采用透水混凝土技術(shù)有助于改善雨季路面積水問題，同時(shí)也能夠保持路面的清潔。