張建斌

（貴州電力建設(shè)第一工程公司土建試驗室，貴州 貴陽 550000）

混凝土透水性施工技術(shù)最早在西方國家發(fā)明使用，我國在這方面的研究及應用相對較晚。透水性混凝土是由特定級配的骨料、水泥、外加劑和水,按一定比例經(jīng)特殊成型工藝制成的制品,集料骨架間含有大量貫通性孔隙。在可持續(xù)發(fā)展思想引導的今天,研究透水性混凝土材料并廣泛應用于廣場、停車場、人行道等，減輕城市排水設(shè)施的壓力，利于大氣及熱量交換，增加城市的美感等方面起著重要作用。

透水性混凝土要求通孔隙率大 20%，相應表觀密度為1700-2200kg/m3，抗壓強度可達 15-35MPa、抗折強度可達3-5MPa，透水系數(shù)可達 1-15mm/s。以混凝土的抗壓強度、透水系數(shù)、連通孔隙率為指標,分析研究骨料粒徑、水灰比、單位體積水泥用量、單位體積減水劑用量及其不同水平對透水性混凝土各性能指標的影響，為透水性混凝土配合比設(shè)計提供分析方法，目前在國內(nèi)外應用廣泛，現(xiàn)將近年的工作經(jīng)驗報道如下。

1 配合比試驗研究

（1）原材料性能試驗：包括水泥的細度、稠度、凝結(jié)時間、安定性、強度等；黏土的比重、液塑限、顆分、礦物成分等；膨潤土的比重、液塑限、顆分、礦物成分等；砂子的細度模數(shù)和石子的顆分、堆積密度、含泥量等；外加劑的細度、減水率、抗壓強度比、凝結(jié)時間差等。

（2）配合比試驗：將水泥、黏土及膨潤土、砂子及石子、外加劑等四種材料進行不同配比組合，進行配合比試驗，并測試在不同情況下塑性混凝土的抗壓強度、彈性模量、滲透系數(shù)等。

（3）配合比物理力學性能驗證試驗：根據(jù)試驗成果，選取兩組推薦配合比材料進行測試，內(nèi)容包括坍落度、彈性模量、泊松比、滲透系數(shù)、內(nèi)摩擦角及凝聚力、容重等。

（4）提出影響塑性混凝土抗壓強度、彈性模量、滲透系數(shù)的因素及如何通過配合比的優(yōu)化設(shè)計來滿足塑性混凝土的各項指標，特別是抗?jié)B性能指標。

2 實驗設(shè)計

2.1 試驗原理

在滿足強度和透水性能前提下，利用正交試驗方法研究透水性混凝土配合比設(shè)計。根據(jù)影響混凝土強度的主要因素，逐一通過實驗討論各個因素對混凝土強度影響的程度和大小，即先固定其他因素在量上不變,在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，改變某一個因素的用量，用同樣的方法確定其最佳值。依次類推，得到每個影響因素的最佳值,最后將這組最佳值再進行一次復核實驗，該方法又叫逐漸收斂法。由于實驗室萬能實驗機最大試載壓力較小，為能測試混凝土試塊最大單軸抗壓強度，實驗配置混凝土標號不能太高，可采用 C15 混凝土為研究對象。為縮短實驗周期、減少實驗成本，根據(jù)相似原理要求，結(jié)合實驗條件，試塊均采用小尺寸非標準方形試件,以萬能實驗機承載托盤最大尺寸 70 mm為基準;自然養(yǎng)護, 時間不能太長，統(tǒng)一規(guī)定為 3d;C15 混凝土配合比規(guī)范規(guī)定:水灰比w/c為 0.59～0.67；水泥用量 mc 為 284～356kg/m3；水用量 mw為 190～210kg/m3；粗骨料用量 mg 為 1201～1157kg/m3。對透水系數(shù)的測定采用如圖1所示方法，從套筒的上端注入高為 H的水,水通過高為 L 的試件進入外套筒最后從溢水口流出。在測試時間段 △T 內(nèi),持續(xù)加水與溢出平衡時,用量筒計量通過橫截面為 A 的混凝土試塊的出水量為 Q,則透水系數(shù) K1為

式中: V 為試件外觀體積；m1為試件在水中的質(zhì)量;m2為試件在空氣中干燥 24h 后的質(zhì)量。

2.2 試驗材料

水泥使用 32.5 級硅酸鹽水泥;骨料采用人工碎石,粒徑r取6.0～10.0mm,10.0～15.0mm,15.0～20.0mm 的單一粒級;使用飲用自來水。

2.3 試驗方法

考慮到粗骨料表面要形成穩(wěn)定均勻的水泥漿層,攪拌時采用水泥包裹法,即先往骨料中加入 1/2 有效水,攪拌骨料使骨料表面被水全部濕潤,再加水泥拌和,形成包裹骨料表面的水泥粉,最后加入剩余水攪拌均勻,這樣攪拌就能形成骨料表面的均勻厚度的水泥包裹層,并且不使水泥漿下滴;采用機械振搗 20s,自然養(yǎng)護 1 天后脫模,先測量其空隙率,再在透水系數(shù)測定儀器中測定水系透數(shù),3 天后在萬能實驗機上測定其抗壓強度。每組試件預制 5 塊,選取 3 塊做測試試驗,分別測試其空隙率、水系透數(shù)和抗壓強度,取其平均值作為該組試件的測試值。

3 配合比設(shè)計

3.1 混凝土試配強度

混凝土試配強度 Rh 按式(3)確定：Rh=Rb+1.645δ (3)

式中:Rb 為設(shè)計標號(MPa)；R為混凝土的標準差(MPa)。

3.2 水泥用量

考慮到透水混凝土是由粗骨料為骨架，粗骨料之間的水泥交結(jié)面保證其強度，故使用漿體充填空隙體積的量占堆積空隙體積的 30%～70% 均可，骨料的堆積空隙率在0.50～0.58之間。結(jié)合標號為 C15，透水性混凝土水泥用量為300～348kg/m3。

3.3 水灰比

水灰比(w/C )既是影響強度又是影響透水系數(shù)的關(guān)鍵因素，目前最佳水灰比在 0.25～0.35 之間，可取 0.28，0.31，0.34 這三個水平。

3.4 粗集料用量

粗骨料是透水性混凝土的骨架,也是決定強度和透水性的主要指標。其強度的形成主要依靠粗集料表面的水泥漿體,保證集料表面接觸互相固結(jié),形成多空隙結(jié)構(gòu)體, 因此具有相當大的透水性。使用的水泥、 集料等要求見表 1。

表 1 粗集料要求

單位體積粗集料的含量 G 取集料堆積密度的 0.98 倍。于是初步得到骨膠比為 3.5～5.0 之間,試驗可取三個水平為 4.0，4.5，5.0。

4 正交試驗數(shù)據(jù)處理

4.1 正交試驗表

選定 3 因素、3 水平建立正交表（見表2)。

表 2 正交試驗表

4.2 正交試驗數(shù)據(jù)處理

在建立的正交試驗表基礎(chǔ)上按上述要求測試出試件規(guī)定的K1、K2、Rh 值后，對試件的 K1、K2、Rh 進行極差分析,并根據(jù)極差分析結(jié)果確定最優(yōu)的配合比方案。然后進行 K1、K2、Rh 的方差分析，根據(jù)方差大小利用 F 檢驗確定各因素的顯著性;或由正交試驗的結(jié)果利用求解超定方程的方法,分別對K1、K2、Rh 進行線性回歸分析,由線性回歸分析各函數(shù)的系數(shù)大小和正負,即可判斷各因素的顯著性 (包括影響大小和性質(zhì))。

5 結(jié)論

根據(jù)相似原理的正交試驗方法,提出了基于骨料粒徑、骨膠比、水灰比對透水混凝土的抗壓強度、透水系數(shù)和空隙率的影響；根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分別采用極差分析和方差分析，或根據(jù)正交試驗的結(jié)果利用求解超定方程和進行線性回歸分析的方法，確定各因素的顯著性。該方法也適合于研究多種因素、不同性質(zhì)和目的混凝土的最佳配合比,為實際工程中對混凝土的設(shè)計和施工提供理論和實驗依據(jù)。

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