王治山，張志鵬

(1.中交一航局第二工程有限公司，青島 266071；2.湖北工業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院 ，武漢 430068)

透水混凝土又稱(chēng)多孔混凝土，是由粗集料、水泥基膠結(jié)料經(jīng)拌合形成的具有連續(xù)孔結(jié)構(gòu)的混凝土，故具有透氣、透水和質(zhì)量輕等特點(diǎn)。最初由歐美、日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始研究并將其應(yīng)用于廣場(chǎng)、步行街、道路兩側(cè)和中央隔離帶、公園道路以及停車(chē)場(chǎng)等[1]。與采用普通混凝土鋪裝的路面相比具有明顯的綠色環(huán)保性能。

為了體現(xiàn)環(huán)保節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展，在北京2008年奧運(yùn)場(chǎng)館部分停車(chē)場(chǎng)、上海2010年世博會(huì)各主題公園、青島2014世界園藝博覽會(huì)園區(qū)內(nèi)的人行道以及嶗山路、勁松九路、勁松七路等市政項(xiàng)目上也大量使用了透水混凝土，并達(dá)到了良好的效果。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：山東山鋁水泥有限公司生產(chǎn)的PO 42.5R級(jí)水泥，密度3 150 kg/m3；硅灰：山東建科院提供；高效摻合料：山東建科院生產(chǎn)的NC-H型高效摻合料；碎石：5～10 mm玄武巖碎石，緊密密度1 540 kg/m3，表觀密度2 620 kg/m3；砂：威海乳山河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量1.8%，堆積密度1 510 kg/m3，級(jí)配區(qū)屬Ⅱ區(qū)；減水劑：山東宏仁生產(chǎn)的脂肪族系高效減水劑，減水率22%。

1.2 方法

1.2.1 試件的成型

采用GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的振實(shí)臺(tái)振實(shí)法，將拌合物一次性裝入試模，并使拌合物高出試模，振實(shí)20 s，再用抹刀抹平，并用合適的顆粒填入凹陷部分。

1.2.2 表觀孔隙率測(cè)試方法

用標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓試件，通過(guò)測(cè)定試件完全浸泡在水中的質(zhì)量m1與烘干后質(zhì)量m2以及試件的實(shí)測(cè)體積，采用以下公式計(jì)算試件的連續(xù)孔隙率P

式中,m1為試件完全浸泡在水中的質(zhì)量，kg；m2為試件烘干后質(zhì)量，kg ；V為試件實(shí)測(cè)體積，m3。

1.2.3 透水系數(shù)的測(cè)定

依據(jù)CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于透水系數(shù)的測(cè)定并參照J(rèn)C/T945—2005 透水磚的透水系數(shù)的測(cè)試方法，制作了一套簡(jiǎn)易的Darcy滲透試驗(yàn)裝置。制作φ100 mm×50 mm試件，通過(guò)測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)透過(guò)試件的水的體積測(cè)定透水系數(shù)。

透水系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算

式中,kT為水溫為T(mén)℃時(shí)試樣的透水系數(shù)(mm/s)；Q為時(shí)間t秒內(nèi)滲出的水量(mm3)；L為試樣的厚度(mm)；A為試樣的上表面積(mm2)；H為水位差(mm)；t為時(shí)間(s)。

1.3 試驗(yàn)路線

由于透水混凝土是采用單級(jí)配集料作為骨架，水泥漿體包裹在粗集料顆粒的表面，作為集料間的膠結(jié)層，形成一種類(lèi)蜂窩狀的骨架-孔隙結(jié)構(gòu)的多孔混凝土材料，如圖1所示，內(nèi)部含有較多的孔隙，且多為肉眼可見(jiàn)的大孔，透水性良好；透水混凝土的強(qiáng)度則主要由包裹在集料表面的硬化的水泥漿體將集料粘接以及存在在集料之間的鉗擠、機(jī)械咬合的作用而形成[2]。因此，一方面與普通混凝土相比，其強(qiáng)度的變化規(guī)律有明顯的不同；另一方面由于特殊的施工工藝要求，其工作性也不能用傳統(tǒng)的坍落度、保水性等來(lái)表征。

論文主要對(duì)強(qiáng)度、孔隙率、透水系數(shù)等性能指標(biāo)的影響因素及其相互關(guān)系進(jìn)行探討。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度的影響因素分析

試驗(yàn)主要從水膠比(W/C)、硅灰以及高效摻合料的摻量、齡期等幾個(gè)方面來(lái)探討透水混凝土的強(qiáng)度變化規(guī)律，具體配合比見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)配合比

不同水膠比下透水混凝土強(qiáng)度的變化趨勢(shì)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，透水混凝土的7 d強(qiáng)度與28 d強(qiáng)度的增長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致，在水膠比小于0.30時(shí)，隨著水膠比的增加，透水混凝土的7 d、28 d均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，當(dāng)水膠比超過(guò)0.30時(shí)，隨著水膠比的增加7 d、28 d強(qiáng)度又分別呈現(xiàn)了下降的趨勢(shì)，整體呈現(xiàn)出拋物線式的變化趨勢(shì)。

這是因?yàn)?透水混凝土的破壞過(guò)程與裂縫的發(fā)展有密不可分的關(guān)系[3]，裂縫的發(fā)展與普通混凝土的裂縫發(fā)展有一定的差別，普通混凝土可以看作是“破裂”，而透水混凝土則是“破碎”，因?yàn)槠胀ɑ炷猎嚰茐暮蟠嬖诤芏嗟钠屏衙?，破壞物多是片狀結(jié)構(gòu)，而透水混凝土破壞后的破壞物成松散顆粒狀[2]。所以，透水混凝土的強(qiáng)度主要取決于集料之間接觸點(diǎn)的粘結(jié)力，要提高其強(qiáng)度就是增加接觸的數(shù)量與接觸面積并提高粘結(jié)強(qiáng)度。

水膠比過(guò)小時(shí)，拌合物的漿體過(guò)于干燥，包裹在集料表面的漿體不均勻，且疏松，接觸點(diǎn)的粘結(jié)力較小，強(qiáng)度變低；水膠比過(guò)大時(shí)，雖然漿體均勻，結(jié)構(gòu)也變得致密，但是隨著膠凝材料水化反應(yīng)的進(jìn)行，不斷有水分經(jīng)毛細(xì)管道散失，增加了體系中的連續(xù)孔結(jié)構(gòu)的數(shù)量，降低了體系的整體強(qiáng)度。

由圖3、圖4可知，在摻加高效摻合料與硅灰后，透水混凝土的強(qiáng)度均出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢(shì)，同水膠比的影響類(lèi)似。摻加高效摻合料的透水混凝土28 d抗壓強(qiáng)度增幅達(dá)20%，摻加硅灰后28 d強(qiáng)度增幅達(dá)到25%。這是因?yàn)閾郊觾煞N摻合料后，水泥漿體的界面結(jié)構(gòu)得到改善，密實(shí)度得到提高，粘結(jié)骨料的漿體強(qiáng)度提高，從而提高了混凝土的強(qiáng)度。

然而由于兩者尤其是硅灰的比表面積較大，在水膠比一定的情況下，摻合料的增加使得透水混凝土拌合物的漿體變得干硬，包裹在集料表面的漿體反而更不均勻，也更為疏松，因此在摻量較大時(shí)透水混凝土的強(qiáng)度反而出現(xiàn)降低的情況。從圖3、圖4可知，NCH高效摻合料的最佳摻量為12%，硅灰的最佳摻量為4%。

2.2 孔隙率與透水系數(shù)的關(guān)系

采用5～10 mm單級(jí)配碎石，試驗(yàn)孔隙率為15%、20%、25%、30%時(shí)，孔隙率設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值、透水系數(shù)的關(guān)系，找出實(shí)測(cè)孔隙率與設(shè)計(jì)孔隙率的關(guān)系，透水系數(shù)與實(shí)測(cè)孔隙率的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示。

實(shí)測(cè)孔隙率為連通孔隙率與半封閉孔隙率之和，但對(duì)透水系數(shù)有貢獻(xiàn)的只有連通孔隙[4]。當(dāng)設(shè)計(jì)孔隙率較小時(shí)，配合比中膠凝材料用量相對(duì)增加，膠凝材料的增加提高了封閉孔隙形成的幾率，連通孔隙相應(yīng)變少；反之則連通孔隙與半封閉孔隙增加，即實(shí)測(cè)孔隙率增加。

從圖6可以看出，隨著實(shí)測(cè)孔隙率的增長(zhǎng)，透水系數(shù)也呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。同樣，當(dāng)設(shè)計(jì)孔隙率增加時(shí)，透水系數(shù)也隨之增加。

3 結(jié) 論

a.隨著水膠比的增加(0.26～0.38)，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加再降低的趨勢(shì)，當(dāng)水膠比為0.30時(shí)達(dá)到最佳。

b.摻加高效摻合料、硅灰，可以明顯提高透水混凝土的強(qiáng)度，但摻量要經(jīng)試驗(yàn)確定，兩者的合理區(qū)間宜為7%～10%、4%～6%，當(dāng)摻量低于或高于這個(gè)區(qū)間，抗壓強(qiáng)度均會(huì)降低。

c.對(duì)透水系數(shù)起作用的是連通孔隙，設(shè)計(jì)孔隙率越大，透水混凝土的透水系數(shù)也就越高；隨著孔隙率增大，孔隙率的實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值之間的偏差逐漸降低。

[1] 寒河江昭夫,和美廣喜.調(diào)濕性コンワリ-ト[J].コンワリ-ト工學(xué)，1998，36(1)：37-40.

[2] 程 娟.透水混凝土配合比設(shè)計(jì)及其性能的實(shí)驗(yàn)研究[D].浙江：浙江工業(yè)大學(xué)，2006.

[3] 馮乃謙.混凝土大全[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[4] 徐仁崇，桂苗苗，劉君秀,等.透水混凝土配合比參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)方法研究[J].混凝土，2011,262(8):109-112.