賀圖升 謝夢倩 劉洋 黎載波

（韶關(guān)學(xué)院 化學(xué)與土木工程學(xué)院）

透水混凝土作為一種功能性路面鋪裝材料，與其他傳統(tǒng)不透水路面鋪裝材料相比，透水混凝土可緩解城市抗洪排水和管道疏浚的壓力，及時消除路面積水并補(bǔ)充地下水資源[1]，減小地基下沉；另外，通過混凝土內(nèi)孔中水分的蒸發(fā)，可減少城市地面熱能吸收和緩解城市的“熱島效應(yīng)”，有效降低城市的噪音污染[2]。因此，混凝土透水混凝土具有顯著的生態(tài)環(huán)境效益，符合中國目前正在推行的“海綿城市”建設(shè)理念[3]。

透水混凝土屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)，是由集料表面包裹水泥基漿體而形成的統(tǒng)一整體，其內(nèi)部呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，具有高孔隙率、高透水性以及低抗壓強(qiáng)度等特點(diǎn)[4]?？箟簭?qiáng)度和透水系數(shù)是透水混凝土配合比設(shè)計(jì)的兩個重要指標(biāo)，其值相互關(guān)聯(lián)，相互制約，其值的大小直接影響到透水混凝土的使用性能[5-6]。研究表明[7-10]，透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)與水灰比、集灰比、集料級配、集料空隙率、混凝土表觀密度以及空隙率等因素密切相關(guān)。各因素對其性能的影響存在相互關(guān)聯(lián)、相互制約的關(guān)系，但各因素對其性能的影響程度有待進(jìn)一步探討?；疑P(guān)聯(lián)分析是通過灰色關(guān)聯(lián)度來分析計(jì)算各因素對系統(tǒng)主行為的影響程度的一種方法[11]，本文通過對多組不同配合比透水混凝土的試驗(yàn)，并運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，確定了各因素對透水混凝土抗壓強(qiáng)度與透水系數(shù)的影響程度，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供參考。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥采用PO42.5R普通硅酸鹽水泥，表觀密度3.05g/cm3，比表面積為385m2/㎏，3d和28d抗壓強(qiáng)度29.1MPa和49.1MPa；集料采用4.75～9.5mm與9.5～16mm單粒級石灰石碎石，密度2.733g/cm3。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 攪拌與成型工藝

攪拌成型工藝：集料與適量水混合攪拌，再加入膠凝材料攪拌，然后加入大部分水和全部減水劑攪拌，最后用剩余水調(diào)整拌合物狀態(tài)。將新拌透水混凝土拌合物裝入100mm×100mm×200mm的試模，成型時將拌合物分2層裝入模具，每層50mm，每層均采用振動加壓成型工藝，成型壓力為0.08～0.09MPa，成型后24h拆模，將試件濕養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，測試透水混凝土的28d抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)。

1.2.2 集料空隙率測定

按照J(rèn)TG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行集料空隙率的測定。

1.2.3 透水混凝土表觀密度和抗壓強(qiáng)度測定按照DL/T 5150-2017《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》測定透水混凝土的表觀密度和抗壓強(qiáng)度。

1.2.4 透水混凝土有效孔隙率測定

將試件完全浸泡在清水中24h后，測試水中試件的質(zhì)量（m1），然后把試件取出，在空氣中干燥24h后測量其質(zhì)量（m2），透水混凝土有效孔隙率可通過式⑴計(jì)算：

式中，

V——試件的體積，cm3；

ρw——水的密度，g/cm3。

試件的質(zhì)量用美國雙杰電子秤JJ2000Y，精確到0.1g；試件的尺寸采用游標(biāo)卡尺測量，精確到1mm。

1.2.5 透水混凝土透水系數(shù)測定

依據(jù)《透水路面磚和透水路面板》（GB/T 25993-2010）標(biāo)準(zhǔn)來測定透水混凝土的透水系數(shù)。

透水系數(shù)測試方法：透水混凝土試件采用尺寸為100mm×100mm×100mm的立方體，將試件裝入透水系數(shù)試驗(yàn)裝置（圖1），試件與透水圓筒的連接用塑料薄膜密封好。放入溢流水槽，打開供水閥門，使水進(jìn)入容器中，等溢流水槽的溢流口有水流出時，調(diào)整進(jìn)水量，使透水圓筒保持一定的水位H（約150mm），待溢流水槽的溢流口和透水圓筒的溢流口流出水量穩(wěn)定后，用量筒從出水口接水，記錄一分鐘流出的水量（Q）。再根據(jù)透水系數(shù)計(jì)算公式（式⑵）計(jì)算出透水系數(shù)：

式中，

kT——水溫為T℃時試樣的透水系數(shù)，cm/s；

Q——時間t秒內(nèi)的滲出水量，ml；

L——試樣的厚度，cm；

A——試樣的上表面面積，cm2；

H——水位差，cm；

t——時間，s。

2 結(jié)果與分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是基于行為因子序列微觀或宏觀的幾何接近，以分析和確定因子間的影響程度或因子對主行為的貢獻(xiàn)程度而進(jìn)行的一種分析方法。其目的在于尋求系統(tǒng)中各因素之間的主要關(guān)系，找出影響目標(biāo)值的重要因素，從而掌握事物的主要特征[11]。

首先確定系統(tǒng)行為特征X0=｛x0（k｝）為參考序列（又稱母序列），k=1,2,…，n；Xi=｛xi（k｝）為比較序列（又稱子序列），k=1,2,…，n，i=1,2,…，m。

對灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算按以下步驟：

⑴對各數(shù)據(jù)序列進(jìn)行初值化：

⑵計(jì)算被評價(jià)對象子序列與母序列對應(yīng)元素的絕對差值Δ0i（k），即：

⑷計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)：分別計(jì)算每個比較序列與參考序列對應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)

式中，ξ為分辨系數(shù)，通常ξ取0.5。

以28d抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)為母序列，以相應(yīng)各影響因素為子序列（見表1），并計(jì)算各影響因素與透水混凝土28d抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)之間的關(guān)聯(lián)度，分別見表2和表3。

表1 母序列與子序列

表2的計(jì)算結(jié)果顯示，各因素對透水混凝土28d抗壓強(qiáng)度的影響程度由大到小依次為：混凝土有效空隙率、混凝土表觀密度、集料空隙率、集灰比、水灰比、4.75～9.5mm質(zhì)量百分比。

表2 各因素對透水混凝土28d抗壓強(qiáng)度的灰色關(guān)聯(lián)分析

表3的計(jì)算結(jié)果顯示，各因素對透水混凝土透水系數(shù)的影響程度由大到小依次為：混凝土有效空隙率、集料空隙率、混凝土表觀密度、4.75～9.5mm質(zhì)量百分比、集灰比、水灰比。

表3 各因素對透水混凝土透水系數(shù)的灰色關(guān)聯(lián)分析

上述排序結(jié)果表明：

⑴有效空隙率是影響透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的最主要的因素；其原因主要是隨著空隙率的增大，混凝土內(nèi)部的連通孔增多，實(shí)際透水面積增大，透水受到的阻力相應(yīng)減少，導(dǎo)致單位時間內(nèi)通過的水量增加，因而透水系數(shù)增加。

⑵表觀密度反映了試件的密實(shí)程度，是與透水混凝土孔隙率密切相關(guān)的因素，是影響其抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的重要因素。

⑶集料在透水混凝土中起支架作用，其空隙率反映了集料的堆積密實(shí)度以及集料之間的嚙合度，對透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)具有較大影響。

⑷水灰比對透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)影響較小，主要原因是：與普通混凝土中水灰比決定混凝土的抗壓強(qiáng)度不同，透水混凝土屬于干硬性混凝土，空隙率是影響透水混凝土抗壓強(qiáng)度的最主要因素，而水泥漿體對集料的均勻性包裹也是決定透水混凝土抗壓強(qiáng)度的重要因素，但低水灰比易造成集料與水泥漿體間粘結(jié)力下降，削弱了水灰比下降對水泥漿體的增強(qiáng)作用；同時透水混凝土高空隙率也大大削弱了水灰比的下降對透水混凝土的增強(qiáng)作用。因此，水灰比降低時，透水混凝土的整體抗壓強(qiáng)度提高并不明顯。在此研究范圍內(nèi)，水灰比的改變對透水混凝土透水系數(shù)的影響最小。

⑸集灰比對透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)有一定影響。

在集料級配和用量一定的情況下，隨著集灰比的下降，水泥用量逐漸增加，集料表面包裹的水泥漿體越厚，集料之間的粘結(jié)面積以及粘結(jié)點(diǎn)的數(shù)量增加，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著集灰比的下降而增大。

隨著水泥用量的增大，粗集料之間原來連通的孔隙會逐漸減小，變得不連通，整個骨架透水通道的減少，使其透水系數(shù)降低。水泥用量的增大將使其更趨于采用填充集料之間空隙的方式來構(gòu)成結(jié)構(gòu)，因此使得透水混凝土的空隙率及透水系數(shù)顯著下降[12]。因此，集灰比對透水混凝土透水系數(shù)有一定影響。

3 結(jié)論

⑴由灰色關(guān)聯(lián)分析方法獲得各因素對透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響程度由大到小依次為：混凝土有效空隙率、混凝土表觀密度、集料空隙率、集灰比、水灰比、4.75～9.5mm質(zhì)量百分比；各因素對透水混凝土透水系數(shù)的影響程度由大到小依次為：混凝土空隙率、集料空隙率、混凝土密度、4.75～9.5mm顆粒質(zhì)量百分比、集灰比、水灰比。

⑵有效空隙率是影響透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)最主要因素；表觀密度反映了試件的密實(shí)程度，是與透水混凝土孔隙率密切相關(guān)的因素；空隙率反映了集料的堆積密實(shí)度以及集料之間的嚙合度，也是影響透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的重要因素。