透水混凝土影响因素试验分析

刘俊瑞

（山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），山西 太原 030006）

近年来，随着我国城市进程的发展，城市表面被混凝土、沥青等大量不透水材料覆盖，这些材料给生活带来便捷的同时，也带来了一些生态环境问题，如地下水位下降，城市热岛效应等，因此需要一种能减少对生态破坏并与自然和谐相处的环保材料。透水混凝土是由粗集料、胶凝材料、水、掺合料、外加剂等按照一定的配合比拌和成的一种混凝土，由于其内部不含细集料，整体空隙率较大，又称大孔径混凝土。作为一种新型的环保材料，它能够改善道路排水情况，缓解城市中的热岛效应，保护城市地下水，维持城市生态平衡，同时也可以吸收汽车行车过程中及周围环境产生的噪声，改善交通环境等[1-2]。随着国家“海绵城市”政策的推进，透水混凝土被广泛应用，因此研究透水混凝土的性能具有重要意义[3]。本文主要分析水灰比、孔隙率、砂率对透水混凝土抗压强度、抗折强度、透水性能的影响，为透水混凝土的应用提供一定的参考。

1 原材料试验方案

本文中制作的透水混凝土的原材料主要有粗集料、细集料（少量）、水泥、水、减水剂及增强剂，透水混凝土以粗集料为骨架，水泥作为胶结材料，通过加入增强剂加强透水混凝土的黏结能力，最终形成具有连续空隙的骨架空隙结构。

1.1 水泥

试验用水泥采用青洲水泥（云浮）有限公司生产的金鹰牌P.O42.5R硅酸盐水泥，技术指标如表1所示，满足《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）P.O42.5R水泥的技术要求。

表1 水泥技术指标

1.2 粗集料

试验用集料来自广东中山梧州苍梧万隆石场，选取5～10 mm粗集料，集料的各项技术指标、筛分结果如表2、表3所示，满足规范《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52—2006）中碎石的技术要求。

表2 粗集料技术指标

表3 粗集料筛分结果

1.3 细集料

试验用细集料来自广东中山北江砂厂，各项技术指标、筛分结果如表4、表5所示，满足规范《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52—2006）中细集料的技术要求。

表4 细集料技术指标

表5 细集料筛分结果

1.4 增强剂

试验用增强剂为高效透水混凝土专用增强剂SBT-PRC(Ⅱ)，能有效增强水泥浆与粒料之间黏结能力，提高透水混凝土的力学性能与耐久性能。

1.5 外加剂和水

试验用外加剂为高效能聚羧酸减水剂，减水率25%，含固量为20%，能有效减少用水量，改善透水混凝土和易性，提高工作性。水选用自来水。

1.6 透水混凝土试验方案

为了研究透水混凝土的影响因素，相关文献[4]选取混凝土砂率、水灰比、设计孔隙率为试验变量进行透水混凝土试件制作。本文中混凝土砂率选取0%、2%、4%，水灰比选取0.25、0.30、0.35，设计孔隙率选取15%、20%、25%三种，减水剂用量为1%，增强剂用量为5%，试验方案采用单一变量控制法，基准配合比选取水灰比0.30，孔隙率20%，砂率2%，配合比设计依据《透水混凝土路面技术规程》（CJJ/T135—2009），采取体积法进行配合比设计，依据规范计算出各原材的用量，用拌锅进行搅拌，分别制作对应的（150×150×150）mm立方体抗压试件和（150×150×550）mm抗折试件，试验参数见表6所示。

表6 透水混凝土试验方案设计

2 透水混凝土性能影响因素分析

依据试验方案，分别分析各因素对透水混凝土透水系数、抗压强度、抗折强度的影响，透水系数采用《透水混凝土路面技术规程》（CJJ/T135—2009）中的定水头法来测定。

2.1 砂率对透水混凝土性能的影响

依据方案一得出砂率对透水混凝土的影响见图1、图2，结果表明透水混凝土中掺入适量的细集料可以使透水混凝土更加密实，使其强度增加，掺加过量将影响混凝土的透水性能。从图1中可以看出，随着细集料掺量由0%到4%的增加，透水混凝土的抗压、抗折强度均呈现增长趋势，强度值分别增加了38%和23.5%，这是由于河砂的增加填充了混凝土内部骨架之间的孔隙，增加了粗集料之间的接触点数，使集料之间黏结力增强，密实性更好，从而使透水混凝土强度提高。而从图2可以得出，随着砂掺量的增加，混凝土的透水性能逐渐减小，细集料过多，将会使混凝土密实性过高，从而失去透水性能，故应该控制细集料的掺量。

图1 砂率对透水混凝土力学性能的影响

图2 砂率对透水混凝土透水性能的影响

2.2 设计孔隙率对透水混凝土性能的影响

依据方案二得出孔隙率对透水混凝土的影响见图3、图4，结果表明透水混凝土透水性能随孔隙增大而提高，力学性能随孔隙增大而降低。力学性能从图3中可以得出，随着设计孔隙率的增大，抗压和抗折强度逐渐降低，设计孔隙率从15%增加到25%，抗压强度和抗折强度分别降低61.6%和51.6%。从图4中得出，设计孔隙率增大，导致水泥浆体相对减少，孔隙增多，使透水系数增大。

图3 设计孔隙率对透水混凝土力学性能的影响

图4 设计孔隙率对透水混凝土透水性能的影响

2.3 水灰比对透水混凝土性能的影响

依据方案三得出水灰比对透水混凝土的影响见图5、图6，结果表明，透水混凝土的力学强度随着水灰比增加先增大后减小，透水性能随着水灰比增加呈减小的趋势。

图5 水灰比对透水混凝土力学性能的影响

图6 水灰比对透水混凝土透水性能的影响

从图5中可以得出随着水灰比的增加，透水混凝土的抗压强度先增大后减小，这是由于当水灰比较小时，水泥浆体干硬，流动性差，使得集料之间黏结力不足，导致透水混凝土强度降低，而随着水灰比的增加，水泥浆体流动性提高，使得集料间的黏结力增加，当水灰比过大时，水泥浆体过厚，反而使集料之间的嵌挤作用减弱，导致强度下降。

从图6可以得出，水灰比的增加会使透水混凝土透水系数呈现出下降的趋势，同样是由于水泥浆体流动填充到集料孔隙中，使集料内部孔隙变小，导致透水性能下降。

3 结论

本文分析了砂率、孔隙率、水灰比对透水混凝土的力学性能、透水性能的影响，得出了以下结论：

a）随着孔隙率的增加，会导致透水混凝土强度显著降低，但透水混凝土的透水性能明显提高。

b）随着砂率的增加，透水混凝土内部更加密实，透水混凝土强度提高，但透水性能呈下降趋势，所以细集料掺量不易过高。

c）随着水灰比的增加，透水混凝土的强度呈先增大后减少的趋势，透水性能降低。

d）对透水混凝土的力学性能、透水性能产生影响的因素中，目标孔隙率对透水混凝土性能影响最大，其次是砂率，水灰比影响最小。