水灰比、設計孔隙率和骨料粒徑對透水混凝土的影響

朱樂，陳征征 （宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000）

0 前言

伴隨著城市化的加快，基礎設施逐漸增多，對于混凝土的需求日益增加[1]。我國大多數地方基本上都是采取密實性鋪裝的混凝土路面，雖然滿足實際應用的強度和耐久性，但導致混凝土路面透氣性和透水性較差，給生態環境帶來了一些不良影響[2]。與普通混凝土相比透水混凝土具有透水性和透氣性的優越性，能夠排除道路積水，可以達到凈化雨水、緩解城市熱島效應效果[3]。在市政綠化、輕型道路、污水凈化及生態護坡等領域得到廣泛應用。在劉寧寧等[4]的透水混凝土的力學性能研究中，了解到透水混凝土的力學性能受到設計孔隙率和水灰比的影響；王賢成等[5]在透水混凝土的性能研究中，得知透水混凝土的性能受到水灰比、設計孔隙率和骨料配級的影響；陳春等[6]在有關透水混凝土的研究中，得出在一定的范圍內透水混凝土的抗壓性能與滲透性能呈負相關。趙翎亦[7]等研究發現，當水灰比為 0.27，骨料粒徑為 4.75mm～9.5mm 與骨料粒徑為2.36mm～4.75mm的比值為3:2設計孔隙率20%時，透水混凝土綜合性能達到最佳。雖然有不少學者對透水混凝土進行研究，但對透水混凝土的原材料和原材料用量的研究各有不同，并且透水混凝土在工程應用中沒有明確的規范，仍需不斷地對透水混凝土進行研究，完善透水混凝土在不同要求下的性能。本實驗中，為了探究設計孔隙率、水灰比和骨料粒徑對透水混凝土的影響因素，在實驗的目標下進行配合比設計，通過改變不同變量來研究對透水混凝土性能的影響。

1 實驗

1.1 原材料

①水泥：采用宿州海螺水泥廠生產的 P.O.42.5 級普通硅酸鹽水泥，符合GB175標準。

②粗骨料：采用5～10mm和10～15mm兩種粒徑的粗骨料

③水：本實驗所采用的水均來自宿州市宿州學院地下水。

1.2 配合比設計

本文研究需要控制骨料粒徑、設計孔隙率和水灰比來研究透水混凝土的抗壓強度性能，因此控制了骨料用量相同和適當的水泥用量來研究其他配合比對透水混凝土的影響。配合比設計結果如表1。

配合比設計結果 表1

1.3 實驗制備方法

將骨料和水泥均勻混合后邊攪拌加水，將攪拌后的水泥漿體均分3次入模（實驗采用的模具尺寸均為70.7mm×70.7mm×70.7mm），入模后采用振動機振動，邊振動邊插搗，每次均勻插搗不下于15次，最后用工具抹平表面，制作成型的透水混凝土試件，在19℃～21℃下成型一天后脫模。

2 實驗結果

2.1 透水混凝土透水性的影響

根據實驗數據如圖1，結果表明，隨著水灰比的增加，透水混凝土的透水系數逐漸減小，其透水性逐漸下降。在水灰比為0.25時透水性最佳；但在水灰比大于0.32時透水混凝土的透水系數下降較大，因為此時制拌形成的水泥漿體流動性較大，在振動插搗時水泥漿體流動到試件模具容器下方使試件底部孔隙較少，透水系數急劇減小，導致透水混凝土透水性能急劇降低。

骨料粒徑比例不同透水混凝土的透水系數數據如表2。

不同比例下的透水系數和抗壓強度 表2

由表2中的實驗數據可得，隨著大粒徑骨料摻量的增加，透水混凝土的滲透系數增大，其透水性能更加明顯。由圖1分析可知，骨料粒徑為10～15mm的透水混凝土的透水性高于骨料粒徑為5～10mm的透水混凝土，這是由于透水混凝土內部孔隙空間增大，集料間接觸面積減小，導致孔隙率增大，透水系數增大。

圖1 水灰比對透水系數的影響

2.2 透水混凝土抗壓強度的影響

通過混凝土標準試驗方法，對透水混凝土試塊14d的抗壓強度做探究。

水灰比在設計孔隙率為25%時對透水混凝土的影響，如圖2。水灰比在0.25到0.32之間，制備的水泥漿體粘稠度較為適合，均勻覆著在骨料表面，且骨料內部之間的作用力較為穩定，其抗壓強度逐漸增大。水灰比逐漸增大，水泥漿體粘稠度更合適更加均勻覆著在骨料表面，因此，透水混凝土的強度不斷增大，表現出力學性能抗壓強度不斷增大；在水灰比超過0.32時，水泥漿體的流動性較大，在振動的過程中流動到模具底部，導致水泥漿體包裹骨料不均勻，使得透水混凝土的抗壓強度較低，同時試塊底部的水泥漿體凝結硬化，相比之下底部較為密實，透水性較差，如圖1。

圖2 水灰比對抗壓強度的影響

透水混凝土在不同設計孔隙率下的抗壓強度，如圖3。透水混凝土的抗壓強度會隨著設計孔隙率的增加逐漸減小，這是因為設計孔隙率增加實際孔隙率也隨之增加（如表3），導致試塊內部孔隙增大，相互作用力減小，摩擦阻力減小，從而使得抗壓強度減小。

水灰比為0.32時的實際孔隙率 表3

圖3 設計孔隙率對抗壓強度的影響

在骨料用量不變的情況下，改變5～10mm：10～15mm的骨料用量的比值，研究其對透水混凝土的力學影響。由表2和圖4分析得，骨料比值在4:1～1:4時，透水混凝土的抗壓強度逐漸減小。因為10～15mm的骨料用量增加，使試塊內部的孔隙增加，摩擦阻力削弱，導致抗壓強度減低，對透水混凝土的力學性能有極大的弊處。因此在實踐中應適當選擇骨料比例，以保證透水混凝土的力學性能。

圖4 不同骨料粒徑用量比例對抗壓強度的影響

3 結論

①綜合水灰比和設計孔隙率分析，水灰比為0.28，設計孔隙率為25%時透水混凝土的抗壓強度的綜合性能最佳；在水灰比和設計孔隙率確定的情況下，在施工過程中選擇良好的骨料級配有助于提高透水混凝土的抗壓強度。

②實際結果分析得，在控制變量的條件下，實驗在一定的范圍內，改變水灰比，透水混凝土的抗壓強度與水灰比呈正相關。超過一定的范圍，可能不利于研究透水混凝土的抗壓強度，如實驗中水灰比達到0.32以后，抗壓強度下降，在工程應用過程中，根據實際要求確定透水混凝土的配合比，使抗壓性在工程應用中達到最優。

4 展望

透水混凝土作為生態環保型使用，對城市水澇起到一定的改善作用。

雖然國內對透水混凝土的使用不廣泛，但在一些沿海地區城市的帶領下透水混凝土正在逐步推廣使用，透水混凝土的特點在建設使用過程中將會慢慢體現出來。