姜男

（岫巖滿族自治縣水利事務服務中心，遼寧岫巖114300）

1 概況

隨著我國經濟的發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴張，城市路面和場地逐漸被水泥和瀝青等阻水材料鋪設[1]。這種鋪設方式雖然帶來了諸多便利，但是也存在諸多不足之處，主要是阻斷了降雨和地下水之間的關系，不僅會誘發(fā)更多的城市內澇，還會影響到區(qū)域內的水循環(huán)和生態(tài)環(huán)境[2]。透水混凝土的出現成為解決上述問題的有效措施，逐漸受到人們廣泛的關注，并在相關工程建設中大力推廣[3]。透水混凝土最早出現于建筑技術比較發(fā)達的西方國家，并在當地的地面鋪裝以及河道工程建設中得到了十分廣泛的應用。從國內的情況來看，受到各方面因素的影響，透水混凝土的研究和應用起步較晚，諸多工程技術問題也沒有得到有效的解決，特別是透水性和強度之間的矛盾，已經成為限制透水混凝土推廣應用的重要因素[4]。基于此，下文通過基于凈漿的透水混凝土配合比優(yōu)化試驗研究，為高強度透水混凝土的制備和應用提供支持和借鑒。

2 試驗設計

2.1 試驗材料

水泥是混凝土的重要組成部分和主要膠凝材料，對混凝土的性能存在顯著影響。此次試驗采用的是本溪市紅星水泥廠出品的P·O42.5 普通硅酸鹽水泥。試驗研究使用的粗骨料是石灰?guī)r人工碎石，鑒于骨料粒徑是透水混凝土強度和透水性的重要影響因素，粗骨料的粒徑越大混凝土的透水性就越好，但是強度也會隨之降低[5]。此次研究選用人工碎石粒徑為5～10 mm，經檢驗測定，試驗用粗骨料質地堅硬，具有良好的高溫穩(wěn)定性，滿足相關技術要求。

研究中，在水泥漿中摻入一定比例的硅粉，其目的是提高混凝土的強度，同時降低透水混凝土的制備成本[6]。此次試驗采用的是920U 半加密硅粉；試驗用礦粉為本鋼集團有限公司出品的高爐礦渣礦粉；試驗用膠粉為唐山宏光建材科技有限公司出品的防水膠粉；試驗用減水劑為聚羧酸高效減水劑。

2.2 試驗方案

為了提高混凝土的水化反應度和粘結性能，在混凝土中摻入一定量的礦粉、硅粉和膠粉[7]。因此，試驗中設計參數為水膠比、礦粉、硅粉和膠粉的摻量，減水劑的摻量暫定為0.3%，試驗中根據實際拌合狀態(tài)進行微調，并設計出如表1 所示的正交試驗方案。

2.3 試驗過程

試件制作使用的是內徑100 mm，高100 mm的圓柱形模具。在試件制作之前，首先對模具內部進行清理，并擦拭干凈，然后涂抹一層脫模劑。將按照表1 中的不同試驗方案制作的透水混凝土倒入模具，在高度達到模具一半時進行插搗，然后再倒入混凝土并插搗密實，最后抹平試件的上表面。將制作好的試件在常溫下靜置24 h 后脫模，然后放置于標準養(yǎng)護室養(yǎng)護28 d。為了提高試驗精度，每種試驗方案制作6 個試件，以其試驗結果的均值作為最終試驗結果。

表1 正交試驗設計表

2.4 試驗方法

將養(yǎng)護完畢的試件取出擦凈水分，進行滲透系數試驗，試驗利用上海東方試驗儀器廠生產的透水系數測定儀器測定；抗壓強度采用液壓萬能壓力機進行試驗測定，測定的依據主要是GB 50010《混凝土結構設計規(guī)范》。

3 試驗結果與分析

3.1 配合比試驗綜合分析

顯然，透水混凝土的透水系數和抗壓強度是評價其性能最重要的兩個指標。因此，研究中通過上述指標進行配合比的優(yōu)選和確定，使凈漿透水混凝土在保持較高強度的前提下，具有一定的透水率。根據試驗過程中獲得的數據，整理出如圖1、圖2和圖3 所示的不同水膠比、礦粉摻量和硅粉摻量條件下的試件抗壓強度和透水系數變化曲線。

由圖1 可知，隨著水膠比的增大，試件的抗壓強度呈不斷減小的趨勢，而試件的透水系數呈現出先增大后減小的變化特征。因此，從抗壓強度的角度來看，最佳水膠比為0.25，從透水系數來看，最佳水膠比應為0.30。兩者相比，水膠比為0.25 時試件的抗壓強度值明顯偏大，且透水性能夠滿足一般工程設計的要求，因此最佳水膠比應該為0.25。

圖1 水膠比影響曲線

圖2 礦粉摻量影響曲線

圖3 硅粉摻量影響曲線

由圖2 可知，隨著礦粉摻量的增大，試件的抗壓強度呈不斷增大的變化特征，而試件的透水系數呈現出不斷減小的變化特征。從增加變化的速率上看，隨著礦粉摻量的增大，透水系數略有降低，但是強度的提升幅度較大。因此，兩者綜合考慮，最佳礦粉摻量應該為30%。

由圖3 可知，隨著硅粉摻量的增大，試件的抗壓強度呈現出先增大后減小的變化特征，而試件的透水系數呈現出先減小后增大的變化特征。總體來看，5%水平硅粉摻量滲透系數雖然相對較低，但完全可以滿足透水工程要求，同時抗壓強度明顯較高。因此，兩者綜合考慮，最佳硅粉摻量應該為5%。

綜上，凈漿透水混凝土的最佳組合為水膠比0.25、礦粉摻量30%、硅粉摻量5%。其對應的透水混凝土最優(yōu)配合比為：水泥272.5 kg/m3，石子1 557.0 kg/m3，礦粉125.8 kg/m3，硅粉21.0 kg/m3，水104.8 kg/m3，減水劑0.84 kg/m3。

3.2 抗壓強度和透水系數之間的關系擬合

擬合與回歸分析是試驗研究中十分常用的兩種方法，特別是其獲得的經驗公式對指導應用具有重要的價值。研究中利用試驗獲取的數據，對透水混凝土的抗壓強度和透水系數之間的關系進行擬合分析，結果如圖4 所示。結果顯示抗壓強度y 和透水系數x 之間的關系可以用二次函數表達，其表達式如下，相關系數R2=0.768 7。

圖4 抗壓強度和透水系數之間的擬合曲線

雖然擬合結果并不是特別理想，但是仍可以驗證隨著透水系數的增大，混凝土的抗壓強度就越小的理論推定。究其原因，混凝土透水系數增大，孔隙率就必然增大，而混凝土本身的密實度必然會降低，因此抗壓強度就會變小。所以，在實際工程應用過程中，需要在兩者之間進行兼顧和選擇。當然，在透水混凝土的工程制備過程中，影響透水系數的因素是多方面的。例如，漿體能夠均布于骨料的表面，不僅會增加漿體材料和骨料的粘結力，同時也會減少多余漿液對孔隙的堵塞，進而可以獲得強度高、透水性能好的混凝土材料。

4 結論

此次研究以正交試驗的方法，對基于凈漿的透水混凝土最佳配合比設計展開試驗研究，獲得的主要結論如下：

1）透水混凝土的抗壓強度隨著水膠比的增大而減小，而透水系數隨著水膠比的增大呈現出先增大后減小的特征；

2）透水混凝土的抗壓強度隨著礦粉摻量的增大而增大，而試件的透水系數隨著礦粉摻量的增大而減小；

3）透水混凝土試件的抗壓強度隨著硅粉摻量的增大呈現出先增大后減小的變化特征，而試件的透水系數則呈現出先減小后增大的變化特征；

4）凈漿透水混凝土的最佳組合為水膠比0.25，礦粉摻量30%，硅粉摻量5%；

5）抗壓強度和透水系數之間的關系擬合結果顯示，透水混凝土的抗壓強度隨著透水系數的增大而減小。