关于透水混凝土透水性与强度的研究

徐杰，张双艳

（武汉源锦商品混凝土有限公司，湖北 武汉 430082）

0 引言

透水混凝土是针对原城市道路的路面的缺陷，开发使用的一种能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等等的一些城市环境问题的混凝土。并能有效的消除地面上的油类化合物等对环境污染的危害；同时，是保护地下水、维护生态平衡、能缓解城市热岛效应的优良的铺装材料；其有利于人类生存环境的良性发展，在城市雨水管理与水污染防治等工作上具有特殊的重要意义。透水混凝土以其良好的透水、透气性，在日益重视生态环境的今天越来越受到关注，在国家大力发展“海绵城市”的进程中有着不可或缺的重要地位，海绵城市是指城市能够像海绵一样，下雨时能够吸水、蓄水、渗水、净水。透水混凝土正是符合“海绵城市”理念的一种重要的绿色建筑材料[1-2]。但由于透水混凝土内部孔隙率较大，其强度、耐磨性和透水性能无法很好结合，现在仍是限制透水混凝土不能广泛应用的技术难点。本文章根据透水混凝土的组成，分别针对骨料粒径、胶凝体系和成型方式专项研究了这三种影响因素对透水混凝土透水性能和抗压强度的作用，通过试验得到透水混凝土在良好的透水性能基础上最优抗压强度下的三种影响的参数。

1 透水混凝土透水性能和抗压强度的决定因素

透水混凝土主要组成材料为水、外加剂、胶凝材料和骨料。透水混凝土骨料采用骨架—空隙型级配，水泥净浆或加入少量细骨料或增强材料的浆体薄层包裹在骨料颗粒表面形成骨料颗粒间胶结层，骨料颗粒通过硬化的水泥（砂）浆薄层堆聚形成多孔“拱架”结构，其内部存在着大量连通孔隙，且多为直径超过 1mm 的孔隙结构[3-4]。

透水混凝土的透水性能主要取决于其内部的连通孔隙率及孔径大小；力学强度取决于骨料强度、胶结层强度、胶结层与骨料的界面胶结质量和胶结点数量、骨料颗粒相互嵌挤形成的“拱架”结构的质量；表面耐磨性能主要取决于骨料粒径大小和骨料的表观颗粒形貌。当透水混凝土的内部联通孔隙结构较多时，水能够流通的通道就会多，其透水性能就会很好，但是其致密性将会越差，导致抗压强度会大幅下降；而当内部空隙结构少、孔进小、胶结层强度很高时，其内部联通的孔隙通道就会很少，透水混凝土会比较致密，其抗压强度会大幅提高，然而透水性能会严重下降。所以只有通过试验寻求最佳的骨料粒径和最佳的胶凝体系搭建合适的“拱架”结构来保证较多的有效孔隙通道和合适的胶结层强度，从而保证透水混凝土的透水性能和抗压强度的平衡，满足实际工程应用中的需要。

2 原材料与试验仪器

2.1 原材料

骨料：采用实际生产经常能使用到的粒型较好的咸宁 5～10mm、5～16mm、5～25mm 的石灰岩破碎碎石（分别记为石 1，石 2，石 3），压碎值为 10。

胶凝材料：采用安徽海螺 P·O42.5 的水泥，28d 抗压强度为 54MPa，抗折强度为 9.4MPa 和武汉赛普森硅灰，硅灰中细度小于 1μm 的占 80% 以上，比表面积为25000m2/kg。

外加剂：采用武汉源锦建材科技有限公司 PC-300的高效减水剂，减水率为 35%。

2.2 试验仪器

（1）无锡建仪 HJW-60 混凝土试验用搅拌机。

（2）无锡建仪 TYE-2000A 液晶显示混凝土压力机。

（3）上海建立机电单相混凝土平板振动器。

（4）水泥试块养护盒。

（5）透水性能测定仪。

3 对透水混凝土影响因素的试验分析

3.1 不同骨料粒径对透水混凝土性能的影响

从理论上分析，骨料粒径越小，骨料的表面积越大，则骨料的胶结点相对就会越多，胶结效果也会越好，其抗压强度就会越高；但是骨料粒径越小，骨料的空隙率会越小，则其透水性能就会越差。经过实际的试验分析，当骨料粒径为 5～10mm 时，透水试件 T1的抗压强度最高，但是透水性能较差；当骨料粒径为5～25mm 时，透水试件 T3 的透水性能最优，但是抗压强度很差；当骨料粒径为 5～16mm 时，透水试件 T2 的抗压强度相对 T1，透水性能相对 T3 相差不大，两种性能相对达到了最佳，具体试验配比和试验结果如表 1 所示。

表 1 不同骨料粒径的透水混凝土性能

3.2 不同水胶比对透水混凝土性能的影响

水胶比是影响透水混凝土性能的一个重要因素，一般介于 0.25～0.40 之间。若水胶比过小，胶结浆体过于干稠，混凝土拌合物和易性太差，胶结浆体无法充分包裹骨料表面，对透水混凝土的性能产生不良影响；若水胶比过大，稀的胶结浆体可能将内部孔隙通道堵塞，并且影响胶结界面质量，这既不利于混凝土透水也不利于强度提升[5-7]。因此，如何选择最佳水胶比成为制备透水混凝土的关键。经过实际的试验分析，当水胶比为0.3 时，其抗压强度和透水性能相对能达到最优，具体试验配比和试验结果如表 2 所示。

表 2 不同水胶比和胶凝材料的透水混凝土性能

3.3 掺入硅灰对透水混凝土性能的影响

透水混凝土因胶结界面质量较差的原因一直制约着其强度，掺入一定量的硅灰能够显著改善其胶结界面质量，从而提高透水混凝土的抗压强度[8]。因为硅灰密度比水泥小，等质量取代水泥后，胶凝材料的体积增大，填充了大量孔隙，并且硅灰中含有大量的非晶态活性 SiO2，能与水泥水化生成的 Ca(OH)2，反应生成水化硅酸钙凝胶，即二次水化，从而加强骨料与浆体的粘结力[9]。经过翻阅相关文献和大量试验数据表明，当掺入6% 的硅灰时，透水混凝土抗压强度和透水性能相对达到最优，具体试验配比和试验结果如表 3 所示。

表 3 掺入硅灰对透水混凝土性能的影响

3.4 不同成型方式对透水混凝土性能的影响

透水混凝土属于一种干硬性混凝土，为了保证其内部良好的孔隙率从而保证其优异的透水性能，故透水混凝土的成型方式不能沿用普通混凝土的插捣或振捣成型的方式。通过插捣方式成型时，因为透水混凝土无砂低流态的性能，导致插捣无法充分，透水混凝土的粘结界面会比较薄弱，骨料胶结界面质量较差，导致透水混凝土的强度会极低而无法满足实际工程要求；通过普通振捣成型时，往往振动频次过高，会导致水泥浆体下沉堵塞透水混凝土孔隙，导致透水混凝土透水性能大幅下降而达不到透水混凝土透水要求。试验发现，当采用对其表面进行低频平板振动器振动后再通过加压 1.5MPa 加压成型[10]，其抗压强度和表面耐磨性能会得到极大的改善，并且其内部孔隙率不会明显降低，透水性能能够满足实际工程需要，此时透水混凝土的抗压性能、耐磨性能和透水性能相对达到最优。

4 结束语

透水混凝土是具有拱架结构的多孔混凝土，只有在保证基本透水性能的情况下提高其抗压强度和耐磨性能，才能更好的解决透水混凝土在实际生活应用中的需求，才能更好的为国家倡导的绿色环保的“海绵城市”提供服务。

研究表明：

（1）选取最适合的骨料粒径会显著提高透水混凝土的透水性能和抗压强度，骨料粒径宜选取 5～16mm的破碎碎石。

（2）水胶比是影响透水混凝土性能的一个重要因素，研究表明存在一个最佳水胶比，会使透水混凝土的抗压强度和透水性能相对达到最优，这个最佳水胶比宜为 0.30。

（3）透水混凝土因胶结界面质量较差的原因一直制约着透水混凝土强度，当掺入一定量的硅灰能够显著改善其胶结界面质量，透水混凝土的强度会有显著提升，并且对其透水性能无明显影响。

（3）透水混凝土的成型方式对透水混凝土的抗压强度和透水性能有着显著影响，经试验发现采用低频平板振动器加压力机低压加压成型时透水混凝土的抗压强度和透水性能达到最优。

[1] 张国强，赖俊．透水混凝土的研究进展综述[J]．广东：广东建材，2016,32(8): 72-75．

[2] 王玥，闫滨，李成林．透水混凝土制备及性能研究综述[J]．硅酸盐通报，2017,36(3): 864-869．

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

[4] 王瑞燕，吴国雄，郭鹏，等．路面透水水泥混凝土性能研究[J]．重庆交通大学学报，2009,28(4): 698-701.[5] 喻静．浅析影响透水混凝土强度的相关因素[J]．山东工业技术，2017(12): 134．

[6] 刑晓明．浅谈新型透水混凝土强度的影响因素[J]．科技风，2009(11): 19．

[7] HUANG Bao-shan, WU Hao, SHU Xiang, et al.Laboratory evaluation of permeability and strength of polymer-pervious concrete[J]. Construction and Building Materials,2010(24):818-823.

[8] YANG Jing, JIANG Guo-liang. Experimental study on properties of pervious concrete pavement materials[J].Cement and Concrete Research,2003.33(3): 381-386.

[9] 蒋勇，牛云辉，贾陆军，等．高强度透水混凝士实验研究[J]．新型建筑材料，2017,44(3): 16-19．

[10] 张勇，贾文文，徐长科，等．不同因素对透水混凝土性能影响的研究[J]．山东华森建材，2017(11): 25-28.