C20透水混凝土配合比設計及應用探討

代凌云

(江西省水利水電開發有限公司，南昌 330000)

1 配合比設計試驗

1.1 試驗材料

1.1.1 水泥

C20透水混凝土是粗骨料顆粒和水泥漿體膠結而成的多孔堆聚結構，其配置應少用或不用細骨料，水泥漿體的強度及其粗骨料界面與水泥漿體的黏結強度直接關系著透水混凝土性能。本次試驗主要采用性能穩定的P.O42.5R級水泥材料，其標準黏稠度需水量為25%，結構密度3760kg/m3，比表面積376m2/kg，3d和28d抗折強度為5.7MPa和8.1MPa，3d和28d抗壓強度為25.5MPa和46.8MPa。

1.1.2 礦物摻合料

采用打磨拋光、表面光滑的人造卵石礦物摻合料所拌制的透水混凝土包裹性不良，振動后漿體更容易下沉并堵塞下部孔隙，影響結構透水性，上部漿體量的減少使骨料黏結性減弱。可見，卵石型透水混凝土對黏聚性和保水性有較高要求，所以選擇礦物摻合料時，應選擇保水性、黏聚性良好的超細礦物摻合料，改善透水混凝土保水性、黏聚性的同時提升后期材料強度[1]。本試驗采用超細礦物摻合料比表面積1200m2/kg，密度2490kg/m3。

1.1.3 骨料

作為C20透水混凝土結構骨架的骨料粒徑應根據透水混凝土結構強度與厚度而確定，粒徑>20mm的骨料應≤5%，最大粒徑應<25mm。骨料粒徑越小，則其堆積孔隙率越大，粒料間接觸點越多，透水混凝土強度也越高。透水混凝土強度和透水性能主要受顆粒級配影響，為提升透水性能與材料強度，本試驗中粗骨料采用粒徑5-10mm、表觀密度2680kg/m3、堆積密度1550kg/m3的石灰碎石，細骨料則選用細度模數2.7、表觀密度2640kg/m3、堆積密度1500kg/m3的水中砂。

1.1.4 減水劑

由于透水混凝土對用水量較為敏感，為降低材料敏感性、增強性能可控性，本試驗采用RH-5型聚羧酸高性能減水劑，并摻加一定設計比的保坍成分以降低減水劑組分濃度，提升透水混凝土性能保持能力。摻量0.5%時減水率10%，減水劑摻量2.5%時減水率為25.5%。

1.2 配合比設計試驗

1.2.1 參數選取

1)水灰比。水灰比對透水混凝土強度和透水性有較大影響，水灰比應根據骨料粒徑、顆粒形狀等合理確定，與普通混凝土不同，透水混凝土水灰比應控制在0.25-0.35。

2)水泥用量。水泥漿體的黏稠度和用量主要影響透水混凝土骨料周圍漿體厚度和骨料黏結強度，在確保用水量的情況下，通過增加水泥用量能使透水混凝土強度提高，但隨著水泥用量的增加，透水混凝土孔隙率會逐漸下降，透水性能不斷降低。此外，水泥用量主要與骨料粒徑相關，對于粒徑較小的情況應增加水泥用量，本試驗透水混凝土水泥用量應控制在300-450kg/m3。

3)骨料。單位透水混凝土所使用骨料量根據骨料緊密堆積密度確定，本試驗骨料用量應在1200-1550 kg/m3。

1.2.2 配合比設計

透水混凝土配合比設計必須符合其強度及性能要求，為此其配合比設計應采用水泥漿包裹骨料顆粒表面，將骨料黏結成整體后具有足夠的強度與透水性能，骨料間孔隙無需填充密實。單位透水混凝土重量應為骨料堆積密度與水泥、水用量之和，一般為1600-2100kg/m3.據此原則并采用體積法[2]進行透水混凝土配合比設計，計算公式為：

(1)

式中：mc為單位體積透水混凝土中水泥用量，kg/m3；mf為體積透水混凝土中礦物摻合料用量，kg/m3；mg為單位體積透水混凝土中粗骨料用量，kg/m3；mw為單位體積透水混凝土中用水量，kg/m3；ma為體積透水混凝土中減水劑用量，kg/m3；ρc為水泥表觀密度，kg/m3；ρf為礦物摻合料表觀密度，kg/m3；ρg為水表觀密度，kg/m3；ρw為粗骨料表觀密度，kg/m3；ρa為減水劑表觀密度，kg/m3；p為目標孔隙率。

透水混凝土孔隙率、黏聚性、保水性、透水性必須符合設計技術要求外，還應符合美觀性、技術質量要求和綜合實施效果，通過試驗調整其膠凝材料的組成與用量，選用高性能減水劑、表明清洗劑、超細礦物摻合料，并通過反復試驗與驗證，最終確定的透水混凝土設計配合比。透水混凝土設計配合比，見表1。

表1 透水混凝土設計配合比

本次配合比設計試驗結果表明，C20透水混凝土黏聚性、保水性良好，骨料表漿體裹覆性均勻，透水混凝土內部均質性較好，材料出機塌落度40mm，性能優良且振動后漿體不會發生下沉。沖洗后表面干凈且無漿體殘留和表層粒料脫落，28d抗壓強度和抗折強度最高達33.2MPa和4.1MPa，力學性能較優，混凝土孔隙率16%，透水系數最高3.25mm/s。該透水混凝土性能指標均符合設計技術要求。

2 工程應用

2.1 工程概況

會昌縣湘水系統治理工程(一期工程)站塘段水安全系統工程和水生態修復工程地處會昌縣站塘鄉，距縣城24km，位于贛江水系貢水一級支流湘水中下游站塘鄉河段。該段湘水河道綜合治理長度17.3km，主要建設內容為：清淤切灘1.4km、拆除水陂1座、護岸6.915km(其中干砌石護岸4.868km、親水平臺護岸1.975km、墻式護岸采用C15混凝土擋墻護岸0.072km)、設計接長18座排水涵管、1座景觀拱橋、設置下河踏步30座、巡河道5.45km及巡河道K站巡4+045小橋，治理范圍從圍內村至站塘鄉新村。工程區主要為侵蝕構造丘陵和河流沖積堆積地貌。湘水屬于贛江水系貢水一級支流，河道較彎曲，河流流向總體自南向北流，最后匯入貢水，河流兩岸Ⅰ級階段地較發育，心灘、漫灘均較發育。

站塘巡河道工程施工總長度5204.9m，岸線較長，瀝青路面寬5.5m，鋪設瀝青路面20099.60m2，芝麻灰花崗巖路緣石7123.8m，透水性混凝土主要用于花崗巖路面鋪裝前的澆筑，透水性混凝土強度等級C20，透水系數3.19mm/s，孔隙率25.5%，28d強度為28.5MPa，符合設計技術要求。

2.2 質量控制要點

本工程站塘巡河道透水混凝土施工質量控制主要包括原材料生產過程控制、運輸控制、澆筑振搗、攤鋪、表面處理等，全部過程都應使用專定設備，保證施工過程無污染及施工質量。

2.2.1 透水混凝土生產與運輸

本工程采用水泥裹石法投料次序，將水泥、混合料、集料投入拌和機攪拌1min后按設計比摻加外加劑以及1/2水量再攪拌1min，最后加入剩余水量，拌合均勻，通過自卸車輛運輸至澆筑施工面后直接入倉。透水混凝土水泥漿黏稠度較高，石子用量大，為確保水泥漿均勻裹覆集料，拌合時間應至少為3min。本工程透水混凝土采用現場攪拌，拌合設備及運輸車輛在使用和裝料前必須徹底清洗，加強透水混凝土漿體黏稠度控制，以漿體裹覆骨料表面的均勻性檢驗合格為拌合料出機標準。透水混凝土材料無流動性，故其材料性能不能用塌落度指標反映，在拌合完成后應采用目測法，透水混凝土材料表面應具有金屬光澤，且粗骨料顆粒被水泥漿均勻包裹，無水泥漿下淌現象。

透水混凝土屬干性材料，初凝快，運輸時間的確定必須根據施工環境、溫度情況和運輸距離予以控制，運輸過程中不得停留，澆筑后連續攤鋪振搗密實。考慮到施工環境溫度及運距，站塘巡河道工程透水混凝土出機后的運輸時間應≤30min。

2.2.2 攤鋪、澆筑及表面處理

本工程透水混凝土攤鋪厚度系數應為1.05-1.15，混合料攤鋪后先采用撥料器將其撥平，并及時進行缺陷、攤鋪不均等部位的補料。透水面層整平施工通過收光機勻速完成，并修整表面麻面、缺料等部位，施工后透水面層密實度、平整度必須符合設計技術要求。透水混凝土澆筑施工不能采用高頻振動器強烈振搗和夯實，采用平板振動器輕振鋪平，以提升密實性并降低透水性，并防止水泥漿與骨料表面發生離析。

待透水混凝土面層施工完畢，應立即在其上噴灑厚度1-2mm的清洗劑，噴灑量具體根據施工環境溫度及設計要求確定，噴灑過程中要保證良好的霧化效果。

3 結 論

站塘巡河道工程施工結束后現場取樣檢測結果表明，透水混凝土黏聚性與保水性較好，28d抗折強度與抗壓強度分別達3.5MPa和24.3MPa，孔隙率16.9%，透水系數1.3mm/s，性能均符合設計技術要求。本工程應用結果表明，必須加強透水混凝土配合比設計試驗，保證其保水性、黏聚性等性能，并加強混凝土制備、運輸、澆筑振搗等施工過程控制，以充分發揮透水混凝土材料性能。