高强透水混凝土的试验研究

胡新军，李松，张可可，胡胜雄

（湖北省城市地质工程院武汉华强新型建筑材料有限公司，湖北 武汉 430035）

高强透水混凝土的试验研究

胡新军，李松，张可可，胡胜雄

（湖北省城市地质工程院武汉华强新型建筑材料有限公司，湖北 武汉 430035）

本文利用体积法进行透水混凝土的配合比设计，通过改变水胶比、粗骨料粒径和矿物掺合料开展对比试验，配制出了高强透水混凝土；对透水混凝土的性能进行分析。

透水混凝土；配合比设计；透水系数

0 前言

透水混凝土是一种新型生态环保混凝土，能够与环境共生，是经过特殊工艺制成的具有连续孔隙的混凝土，既有一定的强度，又有一定的透气、透水性。透水混凝土是海绵城市建设的绝佳材料，可以用于公园及住宅小区道路、人行道、广场、停车场等路面结构中。透水混凝土作为一种生态环保新型混凝土，因此透水混凝土在国内的研究开发利用逐渐受到重视。

1 透水混凝土配合比体积法设计的不同之处

参照 CJJT 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》，可以看出透水混凝土采用体积法进行配合比设计和普通混凝土的不同之处主要以下三个方面：

（1）透水混凝土一般是采用单一粒径的粗骨料，不掺或少掺细集料，所以设计时就没必要重点考虑砂率的问题。集料的用量基本只要考虑集料的紧密堆积密度即可。

（2）由于透水混凝土的强度受孔隙率影响很大，所以配合比设计的关键是确定水泥用量或水胶比值。

（3）配合比设计时，要兼顾强度和透水性。

因此，根据透水混凝土所要求的孔隙率和结构特征，可以认为 1m3混凝土的表观体积由骨料堆积而成。因此配合比设计的原则是将骨料颗粒表面用水泥浆包裹，并将骨料颗粒互相粘结起来，形成一个整体。1m3透水混凝土的重量应为骨料的紧密堆积密度和单方水泥用量及用水量之和，大约在 1800～2100kg 的范围之内。根据这个原则，可以初步确定透水混凝土的配比。

2 透水混凝土的试验方案

2.1 原材料

透水混凝土的强度与水泥等胶结料的活性、品种、数量至关重要。所以，透水混凝土应采用强度较高、混合材料掺量较少的水泥，本试验选用亚东水泥 P·O42.5级水泥、武新 S95 矿粉、硅灰等，水泥的具体性能见表 1。矿粉烧失量为 0.1%，7d 和 28d 活性指数分别为82% 和 99%。硅灰 7d 和 28d 活性指数分别为 110% 和119%。

表 1 水泥物理力学性能

骨料粒径大小是根据透水混凝土结构的厚度和强度来决定的，通常所选粒径不可以很大。粗骨料粒径较小时，颗粒间的接触点增多，透水混凝土的强度就会提高。骨料粒径愈小，骨料的比表面积愈大，需用的水泥浆数量增多，混凝土内的连通空隙就会被填充密实，透水性能降低。为保证透水性和一定的强度，选择的骨料粒径为：2.36～5mm、5～10mm 和 10～16mm 三类的骨料，且要求低含泥量和低的针片状含量。本试验选用后两种优质骨料。

水一般采用清洁的自来水。

其它原材料需要选用聚羧酸减水剂等。

2.2 试验方法

制作尺寸为 150mm×150mm×150mm 的立方体试件 3 组进行透水系数和抗压强度试验。搅拌方法：将骨料和 70% 的拌合水预搅拌 1min，然后加入 50% 的胶凝材料和 100% 高效减水剂，继续搅拌 1min，最后将剩余的 50% 胶凝材料和 20% 的拌合水加入搅拌机，搅拌2min，最后 10% 的水用来调浆直至混凝土表面呈现金属色泽，整个过程共搅拌 4～6min；振动成型，振动时间为 20s。

试件成型后，用湿布覆盖表面，在室温 (20±2)℃、相对湿度大于 50% 的情况下，静放 1 昼夜，然后拆模并编号，放在温度为 (20±2)℃、相对湿度为90% 以上的标准养护室中养护。混凝土到期后进行透水系数和抗压强度试验。

2.3 透水混凝土的配合比设计

通过改变水胶比、碎石粒径和矿物掺合料，安排10 组试验方案（见表 2），测定透水混凝土的透水系数、7d 和 28d 抗压强度。

表 2 透水混凝土配合比

3 透水混凝土的透水性能和力学性能结果分析

对透水混凝土的透水系数、7 天抗压强度和 28 天抗压强度进行了测定，试验的结果如表 3 和图 1、2。

从表 2、表 3 和图 1、图 2 中 A～E 和 F～J 可以看出，当用水量一致，碎石粒径也一致时，随着水胶比的降低，胶凝材料用量降低，透水混凝土的孔隙率增加，透水混凝土的透水系数逐渐增加，而 7d 和 28d 强度则逐渐降低；当碎石粒径有 10～16mm 变小为 5～10mm时，同样胶凝材料用量的透水混凝土的透水系数和强度都在同比增加，其原因是对于采用碎石配制的透水混凝土，骨料粒径越小，其强度越高，这主要是由于骨料粒径小，增加了颗粒之间的咬合点，由此产生的咬合摩擦力及其与水泥浆体的粘结力增加所致。同时，混凝土的孔隙增加，透水系数也会相应提高。

表 3 透水混凝土试验结果

图 1 混凝土透水系数

图 2 混凝土抗压强度

当保持水胶比恒定时，掺加了矿物掺合料的比纯水泥配制的混凝土透水率和强度均有提高，特别是早期强度增长明显，且当矿粉掺量恒定为 20%，硅灰由 4% 提高至 6% 时，混凝土强度增长较为明显。但硅灰掺量不宜过大，其原因是硅灰的颗粒微细，表面积很大，掺入过量之后加剧了絮凝结构，不仅起不到微填充作用，反而使胶凝体系内部含有更多的孔隙达不到密实，试验同时表明，硅灰必须和高效减水剂同时使用，且减水剂用量要适当提高，才能发挥其致密增强效果。

根据表 5 的抗压强度试验结果，选取了 E 和 J 进行了混凝土抗折试验，试验结果分别为 4.1MPa 和4.5MPa，虽然低于普通混凝土的抗折强度，但远远超过了 CJJT 135—2009 标准中的 3.5MPa 要求。

从以上结果可以得出，采用双掺技术和优质骨料在保证透水系数的前提下可以配制出用于轻载路面的强度高于 35MPa 以上的高强透水混凝土。高强透水混凝土的后期强度增长、透水率及长期性能等还有待进一步试验研究。

4 结论

（1）随着水胶比的增加，孔隙率减小，透水系数有先减小后增加的趋势。在水胶比较小时，水泥浆少，填充的骨料的孔隙少，试件的孔隙率会较大；但是随着水胶比的增加，水泥浆数量增加，填充的空隙会增加，形成有效孔隙率会减少，透水性能会有所下降；水胶比到一定值后，试件中自由水的数量会增加，导致形成连通的孔隙，透水性能又会增加。

（2）当掺入适当的矿物掺合料和高效减水剂时可以配制出高强透水混凝土，同时保证混凝土透水系数。

（3）骨料粒径对透水混凝土具有较大影响。对于采用碎石配制的透水混凝土，骨料粒径越小，其强度越高，透水系数也提高。

Experimental study of high strength permeable concrete

Hu Xinjun, Li Song, Zhang Keke, Hu Shengxiong
(Hubei Instiute of Urban Geological Engineering Wuhan Huaqiang New Building Materials Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430035)

In this paper, the method of volume method was used to design the mixture ratio of water permeable concrete,and the comparison test was conducted with the ratio of W/C, coarse aggregate size and mineral admixtures, the high strength permeable concrete was put in place. The performance of permeable concrete is analyzed.

permeable concrete; proportion design; permeable coefficient

胡新军（1976—），男，高级工程师，硕士学位，无机非金属材料专业，主要从事混凝土技术研究与质量管理。湖北省城市地质工程院武汉华强新型建筑材料有限公司副总工程师。

［通讯地址］湖北省武汉市硚口区长丰大道 118 号武汉华强新型建筑材料有限公司（430035）