C30透水混凝土配合比参数选择及其设计研究

陈培莉（潮州市建筑工程质量检测站）



C30透水混凝土配合比参数选择及其设计研究

陈培莉
（潮州市建筑工程质量检测站）

【摘要】在体积法的基础上，考虑了孔隙率、骨料级配和粒径、水胶比、外加剂掺量这些设计参数，并以C30配合比设计为例进行了计算并试验，结果表明该配合比符合透水混凝土性能要求，希望在透水水泥混凝土配合比设计方面能够为同行提供参考。

【关键词】透水混凝土配合比；体积法；水胶比

1　引言

透水混凝土是将水泥、掺合料、一定粒径的骨料、水、外加剂等按比例配制成的多孔混凝土，与普通混凝土比较，具有透水、吸声降噪、消除城市热岛效应，改善所在土壤的生态环境的优点，属于一种生态型的混凝土。在可持续发展道路理念的指导下，透水混凝土具有的生态优点，得到许多国家重视并对其性能进行了研究与开发。欧美、日韩等一些发达国家对透水混凝土的研究处于领先地位，经过50多年的发展，透水混凝土已经广泛应用于城市建设的各项工程，并取得了良好的生态效益和社会效益。而在我国，关于透水混凝土的理论研究还处于起步阶段，虽取得了一定成果，但许多机理有待研究和阐明。由于透水混凝土的多孔性使得其配合比设计与普通混凝土配合比设计有所不同，CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》提出了以孔隙率为目标的配合比设计，但是考虑的设计参数较少，配合比设计人员按其设计的配合比进行试配时经常要进行调试，耗费大量的精力，因此有必要选择适合的设计参数对其进行配合比优化。本文在CJJ/T135-2009配合比设计基础上考虑了孔隙率、骨料级配和粒径、水胶比、外加剂掺量这些设计参数，并以C30配合比设计为例进行了计算并试验，结果表明该配合比符合透水混凝土性能要求，希望在透水混凝土配合比设计方面能够为同行提供参考。

2　配合比设计

2.1配合比设计原则

透水混凝土的一大特点是多孔性，在进行配合比设计优先要考虑孔隙率，当前配合比设计主要有三种：质量法、体积法、比表面积法。这三种方法有各自的优缺点。质量法利用经验得到图表，可根据图表计算出原材料的用量，简化了配合比设计的计算过程，方便现场拌合施工；缺点是填浆量大小无可供依循的目标。体积法以孔隙率为目标，经过计算可控制填浆体积，有利于控制拌合后的孔隙率；缺点是填浆量增大时，实测孔隙率与目标孔隙率有较大差距。比表面积法通过计算骨料的表面积与浆体厚度的乘积，得出填浆量，在计算前必须先得到骨料比表面积和浆膜厚度，而浆膜厚度需要经过多次试验得到，工作量大。透水混凝土在拌合时坍落度为0，为干硬性混凝土，通常以骨料被浆体包裹、没有较多水泥浆流出为恰当。根据透水混凝土特点，为了更好地与工程实际相结合，优化配合比方案，本文采用了体积法，其主要思想如下：1m3混凝土的表观体积由骨料体积、桨体体积、孔隙率组成。

2.2配合比参数选择

采用体积法进行透水混凝土配合比设计的关键是对主要参数的确定。

2.2.1孔隙率

透水混凝土的特性很大部分来源于其自身结构的多孔性，而且目标孔隙率与透水混凝土实际测得的孔隙率是直接关联的。在路面设计中，要求混凝土透水性高，需要的孔隙率就要高，但是不能一味追求高的孔隙率，太高的孔隙率会影响混凝土强度，反之，若混凝土强度要求高，设计的孔隙率就要低些。

2.2.2骨料粒径

相关研究表明，骨料的粒径越小，透水混凝土的强度越大，这是因为小粒径的骨料的堆积表面积大，颗粒之间相互接触面广，增加了水泥浆的粘结力，表面积大，所需包裹的水泥浆也就增多，粗骨料之间的空隙就会被填充，这结果是混凝土强度变大但是透水能力下降，因此为了兼顾强度和透水性，一般选用粒径较小的单一粒径作为粗骨料。

2.2.3水胶比

在孔隙率一定的情况下，较小的水胶比对拌合物的流行性不好，水泥浆不能完全包裹骨料，骨料之前的空隙也相应增多，这对透水性能有好处，但是对强度不利，反之，水胶比过大，拌合物的和易性好，超出的水泥浆量填充了骨料之间的空隙，水泥浆甚至有可能流入至拌合物底部，造成成型后的试件发生封底现象，这时对混凝土的透水性和强度都不利。根据前人的研究成果，透水混凝土的水胶比在0.25～0.40之间。

2.2.4外加剂掺量

为了得到一个合适的外加剂掺量，可以在配合比设计前选取同配合比的原材料，在骨料、水泥用量一定的情况下按从小到大的水胶比（在固定的水胶比变化± 0.05内）进行透水混凝土的试拌，在拌制时观察拌合物状态，以水泥浆均匀地包裹骨料表面且不出现下滴现象，拌合物颗粒有类似金属的光泽，此时的水胶比可认为是最佳水胶比，按最佳水胶比状态确定胶凝材料体系的流动度。当考虑到混凝土强度需要变化水胶比时，可通过调整外加剂的掺量使流动度与最佳水胶比状态下的流动度一致，此时的掺量就为配合比设计外加剂掺量

2.3配合比设计步骤

步骤一：将水泥、粉煤灰、骨料、水、减水剂的质量相加可得到为单位体积的透水混凝土重量，通过试验可测得各原材料的密度，进而求出各材料的体积，就可以通过体积法来计算出透水混凝土的配合比。具体如式（1）所示：

mG、ρS分别为碎石质量和表观密度；mw、ρw分别为水质量和密度；mJ、ρJ分别为胶凝材料质量和密度，可根据掺合料的品种展开；mk、ρk分别为外加剂质量和密度；P为设计目标孔隙率，其中可将Vj定义为浆体体积：

因外加剂体积较小，本文不将其计入浆体体积，式2可简化为为：

每立方米混凝土中粗骨料的用量为紧密堆积状态下的质量，考虑到实际情况一般乘以折减系数a，具体如下：

一般a取0.98，ρG为碎石的紧密密度。

为了得到外加剂掺量，选取固定的水胶比按公式（3）（4）计算得到的骨料、胶凝材料用量，再按第2.2.4条的要求进行流动度试验，得到最佳水胶比和外加剂的掺量，根据水胶比、各材料的密度、骨料、胶凝材料用量、粉煤灰掺量代入公式计算可得出各材料的质量，最终得到混凝土配合比。

2.4设计实例

设计强度等级为C30，透水系数≥0.5mm/s的透水混凝土。选用原材料如下：石子作为粗骨料，考虑到骨料级配的影响选取骨料粒径范围为5～10mm，其表观密度为2700kg/m3，紧密堆积密度为1500kg/m3；水泥为P.042.5R普通硅酸盐水泥，密度为3130kg/m3；粉煤灰的密度为2300kg/m3，粉煤灰替代10%水泥；减水剂为萘系减水剂，密度为1120kg/m3。参数选择：设计孔隙率为18%，水胶比0.33。

配合比设计步骤为：

mc，mf，ρc，ρf分别为水泥和粉煤灰质量和密度，忽略外加剂的体积，代入上式有

因本次设计强度为C30，兼顾混凝土强度，水胶比选择为0.30，

粉煤灰替代10%水泥，mc=9mf（式8），将式（7）（8）代入式（6）可得：

通过计算可得：

mf=43.6kg/m3，mc=392.4kg/m3，mw=130.8kg/m3。

外加剂掺量的确定：

选取水胶比为0.25、0.30、0.35、0.40、0.45，胶凝材料用量mc=392.4kg/m3，mf=43.6kg/m3进行拌和，以拌合物状态达到第2.2.4条的要求确定最佳水胶比，通过试验得出最佳水胶比为0.40，以最佳水胶比测试胶凝材料基准的流动度，再以0.30为水胶比，通过调整外加剂的掺量使流动度与最佳水胶比流动度一致，得到外加剂掺量为1.1%，即外加剂用量为4.796kg/m3。

即最终配合比为水泥392.4kg/m3，粉煤灰43.6kg/m3，骨料1470kg/m3，水130.8kg/m3，外加剂4.796kg/m3。

3　配合比试验

3.1试验方法

3.1.1成型方式

采用压力成型，将混凝土拌合物装入专用静压成型模具中，然后将模具置于压力机下施加压力至试验值并维持5s后卸荷，最后取下试模套具，用抹刀将成型面抹平，试块尺寸为150mm×150mm×150mm。

3.1.2孔隙率的测定

将试件在水中浸泡24h后，在水中测试试件的质量m1，然后将试件风干24h，测其质量m2，根据公式计算混凝土的孔隙率：

V——试件的体积。

3.1.3抗压强度的测定

透水混凝土的抗压强度按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行试验。

3.1.4透水系数的测定

透水系数按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0730-2011进行试验。

3.2试验结果

孔隙率为12.9%，透水系数为1.85mm/s，7d抗压强度为26.8MPa、28d抗压强度为33.6MPa。

4　结论

试验证明，在体积法的基础上，考虑孔隙率、骨料级配和粒径、水胶比、最佳水胶比下的外加剂掺量为设计参数的透水混凝土配合比设计方法能够配制出满足设计要求的透水混凝土，可有效地指导透水混凝土的配合比设计。●

【参考文献】

［1］张贤超，尹健，池漪.透水混凝土性能研究综述［J］.混凝土，2010，（12）∶47-50.

［2］CJJ/T135-2009，透水水泥混凝土路面技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.