透水性混凝土抗压性能影响因素研究

王震，丁健宇，朱畅畅

（江苏大学，江苏镇江212000）

1 引言

近年来，海绵城市建设在各地如火如荼地进行，我们对于用于海绵城市建设的透水混凝土进行了深入研究，发现其仍然存在有待完善的地方。目前的透水混凝土最多只能承受4吨的持续荷载，这大大限制了透水混凝土的推广运用。本文将从多个角度分析透水混凝土的抗压性能，旨在深入了解影响透水混凝土抗压强度的因素。

2 透水性混凝土的主要性能

2.1 透水性

透水混凝土是用水泥作为胶凝材料，使用单一或不连续级配的粗骨料并含有少量或不含细骨料配制而成的多孔混凝土，孔隙率较高，透水性良好。透水混凝土路面一般含有15%～25%的贯通孔隙，透水量一般能达到200L/(m3.min)[1]。透水性是衡量透水性混凝土透水性能的主要指标，同时也是其在施工运用中首要考虑的因素。

2.2 抗压性

当下对透水混凝土的研究，大致集中在兼顾透水性与抗压强度的问题上。高强高透水是透水混凝土未来的发展趋势。受限于透水性的要求，透水混凝土在抗压强度上要明显弱于其他类型的混凝土，主要受孔隙率、骨料粒径、水灰比等因素影响，且大致随着孔隙率的下降，抗压强度会随之提高。综合现有的研究我们发现，当粗骨料粒径为5～10mm，砂率为3.5%～4.0%，水灰比在0.29～0.31之间以及硅灰掺量为11%-13%并掺入适量的透水混凝土专用增强剂，此时制作的透水混凝土在透水性与抗压性两方面均具有较好的性能。[2]

2.3 耐冻性

冻融循环是破坏混凝土的常见因素。透水混凝土因其结构的特殊性，对耐冻性要求较高。根据《透水性混凝土路面技术要求》，透水混凝土要达到预期性能，需满足25次冻融循环后抗压强度损失率不高于20%、质量损失率不高于5%。研究发现，掺入一定量的SR-3添加剂或橡胶对混凝土的耐冻性能有明显改善。粒径为3～4mm的橡胶粉作用与引气剂相近[3]，当用质量相等的橡胶粉替代10%～15%的水泥用量时可提高其约60%的耐久性，且10%～15%为最佳比例。

3 影响抗压性的主要因素

3.1 胶凝材料

透水混凝土中常使用的硅酸盐水泥属于水硬性胶凝材料。胶凝材料会对混凝土强度产生较大的影响，水胶比一定时，增加胶凝材料用量，混凝土拌合物流动幅度会随之增大。研究表明，42.5的普通硅酸盐水泥，能较好地保证透水混凝土的抗压强度。此外，若在混凝土中掺入硅灰、粉煤灰等掺合料，不仅可以提高混凝土后期性能，还能够节约水泥，具有经济和环境双重效益[4]。

3.2 细骨料

根据相关文献和实验，我们得出图1。可以看到提高砂率的时候混凝土强度呈正相关提升，但透水系数呈负相关下降，可见适当加入细骨料可以提高透水混凝土的抗压强度，从而改善透水混凝土易碎、整体性差的劣势。

3.3 粗骨料

综合自身实验及相关研究文献后我们得到图2和图3。可以看到，当骨料粒径小于强度极大值对应的骨料粒径时，卵石优于碎石；当大于此值时，碎石优于卵石。且就强度来讲粗骨料最佳粒径为4.8～9.5mm，在考虑透水性后，我们分析出最佳粗骨料粒径为9.5mm。

图2 骨料粒径与抗压强度的关系

图3 骨料粒径与透水系数的关系

3.4 水灰比

根据相关研究，得到图4所示折线图。当水灰比为0.28时，透水混凝土抗压强度达到极大值，水灰比为0.25时达到最小值。水灰比从0.25增大到0.28，透水混凝土的强度不降反升，抗压强度有约55.7%的提高。但当水灰比达0.31时，28d抗压强度又降低22.4%。可见在一定范围内，透水混凝土的抗压强度随着水灰比的增加先增大后减小，这是由透水混凝土高孔隙率的结构特点造成的。水灰比过小或过大均不利于强度的提高，所以对于透水混凝土而言，选择合适的水灰比至关重要[5]。

图4 水灰比与抗压强度的关系

4 结语

如何在使用透水混凝土的过程中兼顾抗压性、透水性和抗冻性一直以来困扰着诸多学者。综合分析后我们发现，采用42.5的普通硅酸盐水泥，同时混入一定量的硅灰或粉煤灰等掺和料，采用9.5mm碎石粗骨料并将砂率控制在2.5%～3.5%，水灰比控制在0.26～0.31，掺入一定的透水混凝土专用增强剂，在此条件下能使透水性混凝土具有较好的综合性能。