水灰比、设计孔隙率和骨料粒径对透水混凝土的影响

朱乐，陈征征 （宿州学院资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000）

0 前言

伴随着城市化的加快，基础设施逐渐增多，对于混凝土的需求日益增加[1]。我国大多数地方基本上都是采取密实性铺装的混凝土路面，虽然满足实际应用的强度和耐久性，但导致混凝土路面透气性和透水性较差，给生态环境带来了一些不良影响[2]。与普通混凝土相比透水混凝土具有透水性和透气性的优越性，能够排除道路积水，可以达到净化雨水、缓解城市热岛效应效果[3]。在市政绿化、轻型道路、污水净化及生态护坡等领域得到广泛应用。在刘宁宁等[4]的透水混凝土的力学性能研究中，了解到透水混凝土的力学性能受到设计孔隙率和水灰比的影响；王贤成等[5]在透水混凝土的性能研究中，得知透水混凝土的性能受到水灰比、设计孔隙率和骨料配级的影响；陈春等[6]在有关透水混凝土的研究中，得出在一定的范围内透水混凝土的抗压性能与渗透性能呈负相关。赵翎亦[7]等研究发现，当水灰比为 0.27，骨料粒径为 4.75mm～9.5mm 与骨料粒径为2.36mm～4.75mm的比值为3:2设计孔隙率20%时，透水混凝土综合性能达到最佳。虽然有不少学者对透水混凝土进行研究，但对透水混凝土的原材料和原材料用量的研究各有不同，并且透水混凝土在工程应用中没有明确的规范，仍需不断地对透水混凝土进行研究，完善透水混凝土在不同要求下的性能。本实验中，为了探究设计孔隙率、水灰比和骨料粒径对透水混凝土的影响因素，在实验的目标下进行配合比设计，通过改变不同变量来研究对透水混凝土性能的影响。

1 实验

1.1 原材料

①水泥：采用宿州海螺水泥厂生产的 P.O.42.5 级普通硅酸盐水泥，符合GB175标准。

②粗骨料：采用5～10mm和10～15mm两种粒径的粗骨料

③水：本实验所采用的水均来自宿州市宿州学院地下水。

1.2 配合比设计

本文研究需要控制骨料粒径、设计孔隙率和水灰比来研究透水混凝土的抗压强度性能，因此控制了骨料用量相同和适当的水泥用量来研究其他配合比对透水混凝土的影响。配合比设计结果如表1。

配合比设计结果 表1

1.3 实验制备方法

将骨料和水泥均匀混合后边搅拌加水，将搅拌后的水泥浆体均分3次入模（实验采用的模具尺寸均为70.7mm×70.7mm×70.7mm），入模后采用振动机振动，边振动边插捣，每次均匀插捣不下于15次，最后用工具抹平表面，制作成型的透水混凝土试件，在19℃～21℃下成型一天后脱模。

2 实验结果

2.1 透水混凝土透水性的影响

根据实验数据如图1，结果表明，随着水灰比的增加，透水混凝土的透水系数逐渐减小，其透水性逐渐下降。在水灰比为0.25时透水性最佳；但在水灰比大于0.32时透水混凝土的透水系数下降较大，因为此时制拌形成的水泥浆体流动性较大，在振动插捣时水泥浆体流动到试件模具容器下方使试件底部孔隙较少，透水系数急剧减小，导致透水混凝土透水性能急剧降低。

骨料粒径比例不同透水混凝土的透水系数数据如表2。

不同比例下的透水系数和抗压强度 表2

由表2中的实验数据可得，随着大粒径骨料掺量的增加，透水混凝土的渗透系数增大，其透水性能更加明显。由图1分析可知，骨料粒径为10～15mm的透水混凝土的透水性高于骨料粒径为5～10mm的透水混凝土，这是由于透水混凝土内部孔隙空间增大，集料间接触面积减小，导致孔隙率增大，透水系数增大。

图1 水灰比对透水系数的影响

2.2 透水混凝土抗压强度的影响

通过混凝土标准试验方法，对透水混凝土试块14d的抗压强度做探究。

水灰比在设计孔隙率为25%时对透水混凝土的影响，如图2。水灰比在0.25到0.32之间，制备的水泥浆体粘稠度较为适合，均匀覆着在骨料表面，且骨料内部之间的作用力较为稳定，其抗压强度逐渐增大。水灰比逐渐增大，水泥浆体粘稠度更合适更加均匀覆着在骨料表面，因此，透水混凝土的强度不断增大，表现出力学性能抗压强度不断增大；在水灰比超过0.32时，水泥浆体的流动性较大，在振动的过程中流动到模具底部，导致水泥浆体包裹骨料不均匀，使得透水混凝土的抗压强度较低，同时试块底部的水泥浆体凝结硬化，相比之下底部较为密实，透水性较差，如图1。

图2 水灰比对抗压强度的影响

透水混凝土在不同设计孔隙率下的抗压强度，如图3。透水混凝土的抗压强度会随着设计孔隙率的增加逐渐减小，这是因为设计孔隙率增加实际孔隙率也随之增加（如表3），导致试块内部孔隙增大，相互作用力减小，摩擦阻力减小，从而使得抗压强度减小。

水灰比为0.32时的实际孔隙率 表3

图3 设计孔隙率对抗压强度的影响

在骨料用量不变的情况下，改变5～10mm：10～15mm的骨料用量的比值，研究其对透水混凝土的力学影响。由表2和图4分析得，骨料比值在4:1～1:4时，透水混凝土的抗压强度逐渐减小。因为10～15mm的骨料用量增加，使试块内部的孔隙增加，摩擦阻力削弱，导致抗压强度减低，对透水混凝土的力学性能有极大的弊处。因此在实践中应适当选择骨料比例，以保证透水混凝土的力学性能。

图4 不同骨料粒径用量比例对抗压强度的影响

3 结论

①综合水灰比和设计孔隙率分析，水灰比为0.28，设计孔隙率为25%时透水混凝土的抗压强度的综合性能最佳；在水灰比和设计孔隙率确定的情况下，在施工过程中选择良好的骨料级配有助于提高透水混凝土的抗压强度。

②实际结果分析得，在控制变量的条件下，实验在一定的范围内，改变水灰比，透水混凝土的抗压强度与水灰比呈正相关。超过一定的范围，可能不利于研究透水混凝土的抗压强度，如实验中水灰比达到0.32以后，抗压强度下降，在工程应用过程中，根据实际要求确定透水混凝土的配合比，使抗压性在工程应用中达到最优。

4 展望

透水混凝土作为生态环保型使用，对城市水涝起到一定的改善作用。

虽然国内对透水混凝土的使用不广泛，但在一些沿海地区城市的带领下透水混凝土正在逐步推广使用，透水混凝土的特点在建设使用过程中将会慢慢体现出来。