透水混凝土强度与透水系数影响因素分析

宋璐逸

摘要：采用正交试验研究骨料级配、灰集比、水灰比对透水混凝土7d抗压强度和渗透系数的影响，极差分析结果表明，骨料级配和灰集比对7d抗压强度和渗透系数的影响较大。以7d抗压强度和渗透系数为指标，选取合适的配合比为骨料级配3，灰集比1：5，水灰比0.32，据此制备的透水混凝土7d抗压强度不小于23MPa，渗透系数不小于4mm/s。

关键词：透水混凝土;力学强度;渗透系数;影响因素;正交试验

前言

透水混凝土是一种由水泥、骨料、添加劑和水伴制而成的多孔隙混凝土，常被用在人行道、停车场、广场等区域的透水铺装中。透水混凝土的多孔结构在保证其拥有良好的透水性能的同时也限制了强度的提升，因此在制备过程中要通过选择合适的原材料、配合比和制备工艺使透水混凝土既有较高的强度又有较大的渗透系数。

本文采用正交试验研究骨料级配、灰集比和水灰比三个因素对透水混凝土抗压强度和透水系数的影响，并在此基础上确定合适的配合比。

1材料与方法

1.1原材料

试验用水泥为P·042.5普通硅酸盐水泥，初凝时间为155min，终凝时间为205min，3d和28d抗压强度分别为30MPa和50MPa。粗骨料采用质地坚硬、棱角分明、未风化的玄武岩，压碎值控制在15%以内，含泥量小于1%，试验采用的3种骨料级配见表l。拌合水为自来水，并添加PRC-II型增强剂。

1.2正交试验设计

采用三因素三水平正交试验，分析骨料级配、灰集比和水灰比对透水混凝土7d抗压强度和透水系数的影响，因素水平见表2，正交设计见表3。

1.3性能测试方法

采用插捣成型法制备边长为150mm的立方体试块，用于7d抗压强度测试，具体测试方法参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）。制备直径和高均为100mm的圆柱体试块，用于渗透系数测试，测试方法参照《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T135-2009）。

2结果与分析

正交试验结果如表4所示，不同配合比条件下，透水混凝土7d抗压强度和渗透系数相差较大。采用极差分析法对正交试验结果进行进一步分析，极差计算表5中K1、K2、K3分别表示各因素取水平1、水平2和水平3时所对应的试验结果的算术平均值，R表示某个因素下K1、K2、K3三者中最大值与最小值之差，即为极差。通过比较各因素的极差大小可以得到各因素对抗压强度和渗透系数影响的主次顺序。

极差计算结果见表5，各因素对透水混凝土7d抗压强度影响的主次关系为灰集比>骨料级配>水灰比。由此可以看出，灰集比对7d抗压强度的影响最大，同时骨料级配对强度的影响也较大，故为了满足强度要求，在透水混凝土配合比设计中应首要考虑灰集比和骨料级配两个因素。将各因素在K值最大时所对应的水平设为最优水平，可获得针对透水混凝土抗压强度的最优水平组合：骨料级配3、灰集比1：4、水灰比0.32。

各因素对透水混凝土渗透系数影响的主次关系为骨料级配>灰集比>水灰比。当希望获得较大的渗透系数时，可选用的最优组合为骨料级配1，灰集比为1：6，水灰比为0.35。由极差分析可知，骨料级配和灰集比对透水混凝土的性能有较大的影响，水灰比的影响则相对较小，因此为了满足强度和透水要求，在透水混凝土配合比设计时应优先考虑骨料级配和灰集比这两个因素。分析各因素下的K1、K2、K3值可知，随着级配中小粒径骨料占比增加，抗压强度增大，渗透系数减小。这主要是由于骨料粒径减小，形成的骨架结构中空隙减少，从而渗透效果减弱。同样随着灰集比的增大，抗压强度增大，渗透系数减小。原因在于灰集比增大，单位体积内水泥用量增加，骨料间的胶结力增强。随着水灰比的增加，7d抗压强度先增大后减小，这是因为当水灰比过小时，浆体偏干硬，硬化后胶结力偏低;当水灰比过大时，浆体流动性偏大，导致浆体不能很好的包裹住集料，颗粒间粘结不理想。根据上述分析，为了能同时满足透水混凝土的抗压强度和渗透系数，建议配合比取骨料级配3，灰集比为1：5，水灰比为0.32，据此制备的透水混凝土7d强度不小于23MPa，渗透系数不小于4mm/s。

3结论

通过设计正交试验，采用极差分析法分析了骨料级配、灰集比、水灰比对透水混凝土7d抗压强度和渗透系数的影响。结果表明，各因素对7d抗压强度的影响的主次顺序为灰集比>骨料级配>水灰比，各因素对渗透系数的影响的主次顺序为骨料级配>灰集比>水灰比。以7d抗压强度和渗透系数为指标，建议配合比取骨料级配3，灰集比为1：5，水灰比为0.32。