劉 建，楊建永，李 俊，婁建新

(江西理工大學(xué) 土木與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

0 前 言

我國南方地區(qū)主要位于亞熱帶地區(qū)，有著太陽曝曬、高溫、多雨的地域特征，現(xiàn)行城市道路路面主要為普通混凝土或者瀝青混凝土。隨著城市地面的硬化，生態(tài)綠化面積也在不斷地減少，大量的熱島現(xiàn)象、城市的內(nèi)澇、行駛噪音等也愈來愈影響著人們的日常生活，在海綿城市建設(shè)的大背景下，于是具有一定力學(xué)強度且透水性好的透水混凝土應(yīng)運而生[1-3]。研究表明，影響透水混凝土透水性和強度的因素很多，本文將從試驗的角度進行深入研究，但由于影響因素過多，并且每個因素都需要對該水平進行多次選擇才能探索規(guī)律，為了使試驗方便和科學(xué)，使用正交方法來進行試驗研究。在本文中，設(shè)置了4個因素：目標(biāo)孔隙率、粉煤灰的量、硅粉的量和納米SiO2的量，以及每個因素設(shè)置3個變化水平的正交試驗，分別對這些因素進行組合，進行極差分析，找出目標(biāo)孔隙率、粉煤灰的量、硅粉的量和納米SiO2的量這4個因素對透水混凝土相關(guān)性能的影響程度，并最終確定最優(yōu)配合比。

1 試 驗

1.1 原材料選取

粗骨料選擇使用贛州本地產(chǎn)的4.75～9.5 mm碎石，表觀密度為2 732 kg/m3,堆積密度為1 493 kg/m3；水泥：江西錦溪塑料制品有限公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥；摻和料：細度模數(shù)為45 m的Ⅱ級粉煤灰；硅灰平均粒徑0.1～0.3 m；納米SiO2采用泰鵬金屬材料有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，性能參數(shù)見表1；外加劑：FDN-C萘系高效減水劑;水：自然水。

表1 納米SiO2性能參數(shù)

1.2 試驗方法

1)按照《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2019)規(guī)范進行透水混凝土的抗壓強度和抗折強度試驗;參照規(guī)范《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 135—2009)對透水混凝土配合比進行設(shè)計；掃描電鏡:諾賽德自動化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的EVO18型掃描電子顯微鏡。

2)透水系數(shù)的測定:參照規(guī)范《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 135—2009)，透水性系數(shù)的計算公式改編為：

(1)

式中，K為試樣的透水系數(shù)，mm/s;Q為時間t秒內(nèi)滲出的水量，mL;A為試塊的透水面面積，mm2;t為時間，s。

3)有效孔隙率測試：按照孔隙率測試公式進行計算：

(2)

式中，P為孔隙率；m1為試塊在水中的質(zhì)量，g；m2為試塊在烘箱中烘24 h后的質(zhì)量，g；V為試塊的體積，m3。

養(yǎng)護28 d后的透水混凝土試詳見圖1。

圖1 養(yǎng)護28 d后的透水混凝土試件

1.3 試驗配合比

本試驗確定了4個因素：目標(biāo)孔隙率、粉煤灰的量、硅粉的量和納米SiO2的量，每個因素有3個變化水平，試驗前期，進行了大量的水灰比適配工作，通過設(shè)置不同的水灰比進行試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)合理的水灰比應(yīng)控制在0.32左右，減水劑的摻量為0.5%。在該試驗中發(fā)生變化的4個因素是目標(biāo)孔隙率、粉煤灰的量、硅粉的量和納米SiO2的量，分別計為A、B、C、D，針對每個因素，設(shè)置合適的百分比，試驗的各因素以及各因素選取的水平如表2所示。

表2 因素與水平情況表 %

試驗選用4因素、3水平的試驗設(shè)計表，根據(jù)正交試驗表格的設(shè)計原則，本正交試驗選用的為L9(34)正交試驗表，總共需進行9組試驗，其具體表示方法如表3所示。

表3 正交試驗設(shè)計表

按照上面列出的正交試驗設(shè)計表，根據(jù)配合比計算方法就可以計算出制備單位體積透水混凝土各原材料的用量，如表4所示。

表4 單位體積透水混凝土正交試驗配合比 單位：kg/m3

2 結(jié)果與分析

下列將抗壓強度、孔隙率和透水系數(shù)試驗結(jié)果分類成3個表，目的是讓其更直觀和方便地進行分析，然后再進行極差分析計算。表中的符號K1、K2、K3和K4分別顯示了4個不同水平因素對性能的影響程度，也能判斷出最佳水平。每個因素在不同水平下的平均值ki的極差R的大小，反映的是這個因素在不同的水平下對透水混凝土的影響情況，如果極差值越大的話，這就意味著這個因素的水平變化對混凝土影響程度大，這個因素就是主要的而不是次要因素。

2.1 抗壓強度性能分析

通過使用極差分析的方法對透水混凝土抗壓強度的結(jié)果進行分析，這能很好得到各因素對試驗指標(biāo)影響的主次關(guān)系，能通過數(shù)據(jù)分析表示出各因素的重要性，這對找到各因素對其性能的影響規(guī)律有很大的幫助，計算結(jié)果如表5所示。

表5 抗壓強度試驗結(jié)果極差分析表

2.2 有效孔隙率性能分析

通過使用極差分析的方法對透水混凝土孔隙率的結(jié)果進行分析，這能很好得到各因素對試驗指標(biāo)影響的主次關(guān)系，計算結(jié)果如表6所示。

表6 抗壓強度試驗結(jié)果極差分析表 %

2.3 透水系數(shù)性能分析

通過使用極差分析的方法對透水混凝土透水系數(shù)的結(jié)果進行分析，這能很好得到各因素對試驗指標(biāo)影響的主次關(guān)系，計算結(jié)果如表7所示。

表7 透水系數(shù)試驗結(jié)果極差分析表

3 結(jié) 論

通過以上正交試驗分析可知：①影響透水混凝土抗壓強度的因素主次順序為目標(biāo)孔隙率、硅灰摻量、粉煤灰摻量、納米SiO2摻量，其最優(yōu)的因素水平組合是目標(biāo)孔隙率取16%、硅灰摻量為8%、粉煤灰摻量取10%、納米SiO2摻量為0.5%；②影響透水混凝土孔隙率的因素主次順序為：目標(biāo)孔隙率、粉煤灰摻量、硅灰摻量、納米SiO2摻量，最優(yōu)的因素水平組合是目標(biāo)孔隙率取24%、粉煤灰摻量取10%、硅灰摻量為2%、納米SiO2摻量為1%；③影響透水混凝土透水系數(shù)的因素主次順序為：目標(biāo)孔隙率、硅灰摻量、粉煤灰摻量、納米SiO2摻量，最優(yōu)組合是目標(biāo)孔隙率取24%、硅灰摻量為8%、粉煤灰摻量取20%、納米SiO2摻量為1%。

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