透水性混凝土配合比试验探讨

张建斌

（贵州电力建设第一工程公司土建试验室，贵州 贵阳 550000）

混凝土透水性施工技术最早在西方国家发明使用，我国在这方面的研究及应用相对较晚。透水性混凝土是由特定级配的骨料、水泥、外加剂和水,按一定比例经特殊成型工艺制成的制品,集料骨架间含有大量贯通性孔隙。在可持续发展思想引导的今天,研究透水性混凝土材料并广泛应用于广场、停车场、人行道等，减轻城市排水设施的压力，利于大气及热量交换，增加城市的美感等方面起着重要作用。

透水性混凝土要求通孔隙率大 20%，相应表观密度为1700-2200kg/m3，抗压强度可达 15-35MPa、抗折强度可达3-5MPa，透水系数可达 1-15mm/s。以混凝土的抗压强度、透水系数、连通孔隙率为指标,分析研究骨料粒径、水灰比、单位体积水泥用量、单位体积减水剂用量及其不同水平对透水性混凝土各性能指标的影响，为透水性混凝土配合比设计提供分析方法，目前在国内外应用广泛，现将近年的工作经验报道如下。

1 配合比试验研究

（1）原材料性能试验：包括水泥的细度、稠度、凝结时间、安定性、强度等；黏土的比重、液塑限、颗分、矿物成分等；膨润土的比重、液塑限、颗分、矿物成分等；砂子的细度模数和石子的颗分、堆积密度、含泥量等；外加剂的细度、减水率、抗压强度比、凝结时间差等。

（2）配合比试验：将水泥、黏土及膨润土、砂子及石子、外加剂等四种材料进行不同配比组合，进行配合比试验，并测试在不同情况下塑性混凝土的抗压强度、弹性模量、渗透系数等。

（3）配合比物理力学性能验证试验：根据试验成果，选取两组推荐配合比材料进行测试，内容包括坍落度、弹性模量、泊松比、渗透系数、内摩擦角及凝聚力、容重等。

（4）提出影响塑性混凝土抗压强度、弹性模量、渗透系数的因素及如何通过配合比的优化设计来满足塑性混凝土的各项指标，特别是抗渗性能指标。

2 实验设计

2.1 试验原理

在满足强度和透水性能前提下，利用正交试验方法研究透水性混凝土配合比设计。根据影响混凝土强度的主要因素，逐一通过实验讨论各个因素对混凝土强度影响的程度和大小，即先固定其他因素在量上不变,在规范规定的范围内，改变某一个因素的用量，用同样的方法确定其最佳值。依次类推，得到每个影响因素的最佳值,最后将这组最佳值再进行一次复核实验，该方法又叫逐渐收敛法。由于实验室万能实验机最大试载压力较小，为能测试混凝土试块最大单轴抗压强度，实验配置混凝土标号不能太高，可采用 C15 混凝土为研究对象。为缩短实验周期、减少实验成本，根据相似原理要求，结合实验条件，试块均采用小尺寸非标准方形试件,以万能实验机承载托盘最大尺寸 70 mm为基准;自然养护, 时间不能太长，统一规定为 3d;C15 混凝土配合比规范规定:水灰比w/c为 0.59～0.67；水泥用量 mc 为 284～356kg/m3；水用量 mw为 190～210kg/m3；粗骨料用量 mg 为 1201～1157kg/m3。对透水系数的测定采用如图1所示方法，从套筒的上端注入高为 H的水,水通过高为 L 的试件进入外套筒最后从溢水口流出。在测试时间段 △T 内,持续加水与溢出平衡时,用量筒计量通过横截面为 A 的混凝土试块的出水量为 Q,则透水系数 K1为

式中: V 为试件外观体积；m1为试件在水中的质量;m2为试件在空气中干燥 24h 后的质量。

2.2 试验材料

水泥使用 32.5 级硅酸盐水泥;骨料采用人工碎石,粒径r取6.0～10.0mm,10.0～15.0mm,15.0～20.0mm 的单一粒级;使用饮用自来水。

2.3 试验方法

考虑到粗骨料表面要形成稳定均匀的水泥浆层,搅拌时采用水泥包裹法,即先往骨料中加入 1/2 有效水,搅拌骨料使骨料表面被水全部湿润,再加水泥拌和,形成包裹骨料表面的水泥粉,最后加入剩余水搅拌均匀,这样搅拌就能形成骨料表面的均匀厚度的水泥包裹层,并且不使水泥浆下滴;采用机械振捣 20s,自然养护 1 天后脱模,先测量其空隙率,再在透水系数测定仪器中测定水系透数,3 天后在万能实验机上测定其抗压强度。每组试件预制 5 块,选取 3 块做测试试验,分别测试其空隙率、水系透数和抗压强度,取其平均值作为该组试件的测试值。

3 配合比设计

3.1 混凝土试配强度

混凝土试配强度 Rh 按式(3)确定：Rh=Rb+1.645δ (3)

式中:Rb 为设计标号(MPa)；R为混凝土的标准差(MPa)。

3.2 水泥用量

考虑到透水混凝土是由粗骨料为骨架，粗骨料之间的水泥交结面保证其强度，故使用浆体充填空隙体积的量占堆积空隙体积的 30%～70% 均可，骨料的堆积空隙率在0.50～0.58之间。结合标号为 C15，透水性混凝土水泥用量为300～348kg/m3。

3.3 水灰比

水灰比(w/C )既是影响强度又是影响透水系数的关键因素，目前最佳水灰比在 0.25～0.35 之间，可取 0.28，0.31，0.34 这三个水平。

3.4 粗集料用量

粗骨料是透水性混凝土的骨架,也是决定强度和透水性的主要指标。其强度的形成主要依靠粗集料表面的水泥浆体,保证集料表面接触互相固结,形成多空隙结构体, 因此具有相当大的透水性。使用的水泥、 集料等要求见表 1。

表 1 粗集料要求

单位体积粗集料的含量 G 取集料堆积密度的 0.98 倍。于是初步得到骨胶比为 3.5～5.0 之间,试验可取三个水平为 4.0，4.5，5.0。

4 正交试验数据处理

4.1 正交试验表

选定 3 因素、3 水平建立正交表（见表2)。

表 2 正交试验表

4.2 正交试验数据处理

在建立的正交试验表基础上按上述要求测试出试件规定的K1、K2、Rh 值后，对试件的 K1、K2、Rh 进行极差分析,并根据极差分析结果确定最优的配合比方案。然后进行 K1、K2、Rh 的方差分析，根据方差大小利用 F 检验确定各因素的显著性;或由正交试验的结果利用求解超定方程的方法,分别对K1、K2、Rh 进行线性回归分析,由线性回归分析各函数的系数大小和正负,即可判断各因素的显著性 (包括影响大小和性质)。

5 结论

根据相似原理的正交试验方法,提出了基于骨料粒径、骨胶比、水灰比对透水混凝土的抗压强度、透水系数和空隙率的影响；根据试验数据分别采用极差分析和方差分析，或根据正交试验的结果利用求解超定方程和进行线性回归分析的方法，确定各因素的显著性。该方法也适合于研究多种因素、不同性质和目的混凝土的最佳配合比,为实际工程中对混凝土的设计和施工提供理论和实验依据。

[1]张朝辉，王沁芳，杨江金等.透水混凝土配合比研究与设计[J].混凝土，2008（6）：120-122.

[2]蒋正武,孙振平.若干因素对多孔透水混凝土性能的影响[J].建筑材料学报,2005,8(5):513-519.

[3]王发平,邓立明.透水混凝土技术应用[J].青海交通科技,2006(2):54-57.

[4]苏明.透水混凝土技术应用探讨[J].山西建筑,2007,23(4):190-191.