C30透水混凝土性能影响因素研究*

石莹，杨善顺，徐仁崇

（厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361004；厦门天润锦龙建材有限公司，福建 厦门 361027）

C30透水混凝土性能影响因素研究*

石莹，杨善顺，徐仁崇

（厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361004；厦门天润锦龙建材有限公司，福建 厦门 361027）

透水混凝土是一种环境友好型建筑材料，但强度普遍较低限制了其应用。为配制出强度高于 30MPa 并满足透水要求的透水混凝土，本试验分别从目标孔隙率、水灰比、砂率和掺合料掺量几个方面研究了这些因素对透水混凝土强度和透水系数的影响，为透水混凝土的应用提供一定的参考。

透水混凝土；配合比；性能；影响因素

0 引言

混凝土是现今工程领域中应用最多也是最为广泛的一种建筑材料，一直以来，混凝土在应用时总是要求密实、不透水，这种观念在工程建设领域存在了很久[1]，但是随着城市化与工业化的发展，环境负荷不断增大，城市道路、广场、停车场、公园等公共场所大都采用密实不透水的石材或混凝土铺设路面或地面，这些地面对城市环境造成了一定的危害，增加了城市热岛效应[2]，因此，建设海绵城市的理念应运而生。

透水混凝土是海绵城市建设的重要组成部分，是一种有利于促进水循环，改善城市生态环境的环境友好型建筑材料，由骨料、水泥、掺合料、水、外加剂等拌制而成，骨料表面包裹浆体粘结形成孔隙均匀分布的蜂窝状结构，又称多孔混凝土，具有以下优点：（1）保护地下水；（2）降噪吸声；（3）缓解城市热岛效应；（4）改善土壤生态环境；（5）缓解地表径流，净化水体等。

20 世纪 90 年代以来，国内开始研究透水混凝土，在保证一定透水性能的前提下，透水混凝土的强度普遍较低，通常不超过 20MPa，严重影响了其应用范围[3]。本文通过调整目标孔隙率、水灰比、砂率、掺合料用量几方面因素，配制出强度 30MPa 以上，并满足透水要求的透水混凝土。

1 试验设备、原材料与方法

1.1 试验设备及原材料

试验用搅拌机为 SJD60 型单卧轴强制式混凝土搅拌机，电机功率为 2.2kW，搅拌轴转速 47r/min，出料容量 60L。

水泥：华润水泥有限公司润丰牌 P·O42.5 水泥，其物理性能见表 1。

粗骨料：天然碎石，粒径 5～10mm。

细骨料：天然河砂，中砂。

掺合料：透水混凝土增强剂。

外加剂：透水混凝土专用减水剂，掺量 0.6%。

水：自来水。

表 1 水泥的物理性能

1.2 试验方法

（1）成型方法

透水混凝土中水泥浆体较少，若采用机械振捣方式，易将水泥浆体振到底部，封闭混凝土底部，导致无法透水。因此采用“压力成型法”，将拌合物装入 150mm×150mm× 150mm 的成型模具中，然后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Φ40mm 的铁棒“滚压”成型面至平整，并用抹刀抹平[4]。

（2）抗压强度测试方法

透水混凝土拆模后养护至 28d 龄期测试抗压强度，测试方法按照 GB/T 50081—2001《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

（3）透水系数测试方法[5]

采用固定水量法测试透水系数。具体步骤为：（1）将试块的四个侧面用净浆（或石蜡）密封，成型面和底面作为测试表面；（2）按照图 1 安装测试装置，将透明套筒底部与试块顶部边缘密封，保证水只能通过试块，并从下方排水筒排出；（3）向套筒内注满水，记录套筒中水位由 h 降至0mm 所用时间t；（4）依据公式 (1) 计算透水系数 v，其中h=155mm。

图 1 固定水量法

2 配合比设计

配合比设计常用的方法有质量法、比表面积法和绝对体积法。对比分析几种方法的优缺点[2]，如表 2 所示。

表 2 三种配合比设计方法的对比[2]

本试验依据行业标准 CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》和厦门市地方标准 DB3502/Z 5006—2015《透水水泥混凝土应用技术规程》的规定采用绝对体积法来设计透水混凝土配合比，基准配合比如表 3 所示。

表 3 基准配合比

3 结果与讨论

3.1 目标孔隙率对透水混凝土性能的影响

采用基准配合比，选择不同的目标孔隙率，透水混凝土强度和透水系数试验结果如表 4 和图 2 所示。由试验结果可知，随着孔隙的增多，透水混凝土的抗压强度降低，而透水系数则逐渐增大。这与透水混凝土内部结构有很大的关系。透水混凝土内部结构存在很多孔隙，在目标孔隙率较小的情况下，内部结构密实度会有所增加，因此强度也会相应增加；而目标孔隙率较大的情况下，强度则相应降低[6]。透水系数的变化规律正好与强度相反，而对于透水混凝土，首先要保证的就是透水系数，然后以此为前提获得最大强度。

表 4 配合比及试验结果

图 2 目标孔隙率对透水混凝土性能的影响

3.2 水灰比对透水混凝土性能的影响

选取目标孔隙率 20%，选择不同水灰比进行试验，得到透水混凝土性能结果如表 5 和图 3 所示。可以看出，随着水灰比的增大，抗压强度先增大后减小，透水系数则逐渐减小。水灰比较小时，透水混凝土会因干硬而搅拌不均匀，骨料表面包裹不完全，降低了颗粒间的粘结[7]，也相应增加了骨料间的孔隙，这样影响了强度的提高，却有利于透水性能；而水灰比较大时，透水混凝土的和易性比较好，水泥浆量过多，多出的水泥浆有可能填堵孔隙，这样对强度和透水性能都有不利影响[6]。因此，应选择最优水灰比，以保证透水混凝土性能。

表 5 配合比及试验结果

图 3 水灰比对透水混凝土性能影响

3.3 砂率对透水混凝土性能的影响

选取目标孔隙率 20%，水灰比 0.28，通过调整砂率得到砂率对透水混凝土性能影响，试验结果如表 6 和图 4 所示。随着砂率的增加，透水混凝土的强度逐渐增加，透水系数则逐渐降低。这是由于细骨料增加了粗骨料之间的接触点与包裹在骨料外的砂浆厚度，增强了骨料间的粘结力，使内部结构更加密实，提高了强度[3]，但是细骨料不能加入过多，若超过一定范围，内部结构将变得密实，对透水性能影响不利[8]。

表 6 配合比及试验结果

图 4 砂率对透水混凝土性能影响

3.4 掺合料对透水混凝土性能的影响

选取目标孔隙率 20%，水灰比 0.28，砂率 5%，因对透水混凝土强度要求较高，试验选择透水混凝土增强剂作为掺合料，通过调整掺量研究对透水混凝土性能的影响，试验结果如表 7 和图 5 所示。由试验结果可知，随着增强剂掺量增加，抗压强度和透水系数都是先增后减。当增强剂掺量超过2.5% 时，强度变化趋势较为平缓；透水系数虽然也是先增后减，但总体相差不大，可能是由于增强剂掺量比较少，对内部结构的影响较小。

图 5 掺合料对透水混凝土性能影响

表 7 配合比及试验结果

4 结语

（1）透水混凝土的透气、透水性能良好，是海绵城市建设的重要组成部分，作为环境友好型建筑材料具有广阔的应用前景。

（2）设计透水混凝土配合比时，应采用以目标孔隙率为指标的绝对体积法，以便能较好的控制透水性能，同时调整水灰比、砂率、掺合料掺量等因素，得到最佳配合比，制备出透水性能良好且强度较高的透水混凝土，扩大其应用范围。

（3）从上述研究可以看出，影响透水混凝土性能的因素很多，本文仅研究了配合比设计时几个主要的因素，其他还有骨料级配、原料种类、搅拌方式、成型方式、养护方式等，都会对透水混凝土性能有一定的影响，虽然影响程度各不相同，但在制备透水混凝土时，尤其是制备强度较高的透水混凝土时，应充分考虑。

[1] 李书阳．影响透水混凝土性能因素试验分析[J]．水利科技，2017(2)∶220．

[2] 孟刚，张凯峰，李预奇，等．C30 透水路面混凝土性能试验研究[J]．广东建材，2014 (5)∶8-10．

[3] 张巨松，张添华，宋东升．影响透水混凝土强度的因素探讨[J]．沈阳建筑大学学报（自然科学版），2006,22(5)∶759-763．

[4] 徐仁崇，桂苗苗，龚明子．不同成型方法对透水混凝土性能的影响研究[J]．混凝土，2011(11)∶129-131．

[5] 徐仁崇，桂苗苗，刘君秀．透水混凝土抗压强度及透水系数试验方法研究[C]．特种混凝土与沥青混凝土新技术及工程应用[A]，2012．

[6] 甘冰清．透水混凝土的配合比设计及其性能研究[D]．安徽∶安徽理工大学，2015．

[7] 张朝辉，王沁芳，杨娟．透水混凝土强度和透水性影响因素研究[J]．混凝土，2008(3)∶7-9．

[8] 吴冬，刘霞，吴小强．成型方式和砂率对透水混凝土性能的影响[J]． 混凝土，2009(5)∶100-102．

Study on performance inf l uence factors of C30 pervious concrete

Shi Ying, Yang Shanshun, Xu Renchong
(Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., Fujian Xiamen 361004; Xiamen Tianrun Jinlong Building Materials Co., Ltd., Fujian Xiamen 361027)

The pervious concrete is an environment friendly building materials, but the generally lower strength limits its application. In order to prepare pervious concrete which has the higher strength(more than 30MPa) and the excellent permeable capability, the experiments respectively study the inf l uence of goal porosity, water cement ratio, sand ratio and admixture dosage to performance of pervious concrete, then providing a certain reference to the application of pervious concrete.

pervious concrete; mix proportion; performance; inf l uence factors

石莹，女，硕士，研发工程师。主要研究建筑材料与工程。

厦门海沧区科技计划资助项目（350205Z20161020）。

［通讯地址］厦门市海沧区东孚镇凤山村凤美四路 39 号（361027）