预拌透水混凝土增强剂及其性能研究*

汪源，汪苏平，白东，陈延胜

（1. 武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉 430000；2. 武汉源锦建材科技有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

透水混凝土材料可以广泛地应用于公园、广场、停车场、人行道、地下建筑、绿化、污水净化等领域，可以很好地解决城市面临水患的问题，可见发展“海绵城市”的重要性不言而喻。目前我国透水混凝土专用外加剂的研究和应用还处在起步阶段[1]，在这样的大背景和环境下，透水混凝土专用外加剂作为建设和发展“海绵城市”的一种必要性功能材料，具有十分重要和现实的研究意义。

当前，采用透水混凝土外加剂制成的透水混凝土具有良好的抗压强度和透水性[2-3]，很好地解决了城市的环保问题，提升了城市生态系统功能和减少城市洪涝灾害的发生[4-5]。现有的透水混凝土技术因石子骨料之间的孔隙导致混凝土的结构发生了变化，后期易发生收缩断裂，同时透水混凝土的抗折强度不够[6]，也容易发生断裂，从而影响了混凝土的力学性能和持久性[7]。另一方面，普通透水混凝土的施工效率低下，骨料之间拌合不均匀，生产时粉尘和噪音污染大[8]，且搅拌站生产不方便等因素，严重制约着透水混凝土的发展[9]。且在透水混凝土的收缩性能及开裂问题上的研究不是很多，因此，开发一种既能解决透水混凝土的易收缩断裂，还可以进行预拌生产的透水混凝土外加剂是目前亟待解决的问题。

本文研究了不同掺量的 SY-TS 预拌透水混凝土增强剂对透水混凝土力学性能及施工性能的影响，探讨了该增强剂在透水混凝土中的收缩性能，为透水混凝土的抗裂及海绵城市建设和推广提供参考。

1 试验方案及原材料

1.1 原材料

水泥：采用华新 P·O42.5 普通硅酸盐水泥。

骨料：选用 1～5mm、5～10mm 和 10～15mm 的单一粒径碎石。

水：自来水。

白炭黑：SiO2含量≥90%，比表面积≥200m2/g。纳米碳酸钙：粒度 0.05μm。氧化镁膨胀剂：水中 7d 限制膨胀率≥0.035%。糖钙：工业级。可再分散性乳胶粉：固含量≥98.0%，堆积密度≥ 300g/L。

聚羧酸减水剂粉剂：减水率≥30%。

1.2 试验方法

1.2.1 SY-TS 预拌透水混凝土增强剂的制备

将白炭黑、纳米碳酸钙、氧化镁膨胀剂、糖钙加入混合搅拌机中，搅拌 20～25min；接着加入可再分散性乳胶粉、聚羧酸减水剂粉剂后继续搅拌 15～20min，即得到 SY-TS 预拌透水混凝土增强剂；其中聚羧酸减水剂粉剂∶白炭黑∶纳米碳酸钙∶氧化镁膨胀剂∶糖钙∶可再分散性乳胶粉的质量比为 11:18:24:42:3:2。

1.2.2 预拌透水混凝土的制备

先将全部骨料（碎石）及 50% 的用水量加入搅拌机中润湿预拌 30s，再加入水泥、SY-TS 预拌透水混凝土增强剂进行拌合，搅拌 2min，最后加入剩余的水搅拌均匀后出料，立即装入 150mm×150mm×150mm 试模中制备成型。装模：先对试模进行手工插捣，之后将试模放在振动台上振动 30s 左右，将试块抹平。养护：将试件用塑料布盖好，防止水分蒸发，试件成型后养护 1～2 天后拆模。参照 CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》测定抗压强度、抗折强度及透水系数。参照 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的收缩试验方法，采用接触式混凝土收缩测试装置测定透水混凝土收缩率，本试验采用 100mm×100mm×515mm 的棱柱体混凝土试件。

1.3 透水混凝土配合比设计

参照 CJJ/T 135—2009 中透水混凝土配合比试验要求执行，本试验中以满足 C30 强度等级的要求进行试验设计[10]，固定水胶比。不同掺量增强剂试验透水混凝土配合比如表 1 所示（骨料粒径选择 5～10mm），不同粒径碎石试验透水混凝土配合比如表 2 所示。

表 1 不同掺量增强剂透水混凝土配合比

表 2 不同粒径下透水混凝土配合比

2 试验结果及分析

2.1 不同掺量 SY-TS 对透水混凝土工作性能的影响

不同掺量 SY-TS 增强剂对透水混凝土工作性能的影响结果见表 3。2.5% SY-TS 掺量的混凝土初始状态和 1小时后的状态见图 1 和 2。

表 3 不同掺量 SY-TS 透水混凝土的工作性能

图 1 初始状态

图 2 1 小时后状态

由表 3 可以看出，随着预拌透水混凝土增强剂的增加，透水混凝土的坍落度和扩展度也随之增大，并且能够延缓透水混凝土的坍落度损失，保持其流动性，其 1小时坍落度损失 5% 左右；掺量的增大虽然对透水混凝土的施工和强度都有帮助，但对透水系数有一定的影响，从图 1 和图 2 可以看出，2.5% 掺量时，透水混凝土的包裹性和流动性都较好。因此，控制适宜的掺量及适宜的坍落度及扩展度，不仅可以提高其施工性能，还有利于其力学性能的发展。

2.2 不同掺量 SY-TS 对透水混凝土力学性能的影响

不同掺量 SY-TS 增强剂对透水混凝土力学性能的影响结果见表 4。

由表 4 中可以看出，随着预拌透水混凝土增强剂掺量的增加，透水混凝土 28d 抗压强度均有一定的增长，掺量为 3.5% 的透水混凝土抗压强度比掺量为 2.5% 的仅高 0.9MPa；随着掺量的增加，透水混凝土的抗折强度也在不断提高，这是因为增强剂改善了胶材与骨料间的界面性能，使混凝土形成一种均匀的整体，从而增强了混凝土的抗压和抗折强度；而透水系数出现先增大后减小，可能的原因是预拌透水混凝土增强剂增加了透水混凝土的粘稠度，增强剂的多孔胶体填充了水泥石结构，导致透水系数减小。另外，现场使用情况也反映，掺 2.5% 透水混凝土增强剂后，透水混凝土的包裹性以及粘聚性方面效果更佳，故从经济性和施工性能综合方面考虑，透水混凝土中增强剂的最佳掺量选择 2.5% 为最佳。

表 4 不同掺量下透水混凝土的力学性能

2.3 不同掺量 SY-TS 对透水混凝土收缩的影响

不同掺量 SY-TS 增强剂对透水混凝土收缩性能的影响结果见表 5 和图 3。

表 5 不同掺量 SY-TS 增强剂对混凝土收缩性能的影响（×10-6）

由表 5 和图 3 可知，透水混凝土硬化后随着龄期的延长，其收缩值在不断的增大，而随着预拌透水混凝土增强剂掺量的增加，透水混凝土的收缩值明显的降低。可能的原因是预拌透水混凝土增强剂在水泥水化的过程中使水泥水化平稳进行，从而使水泥水化更充分，同时补偿了透水混凝土在硬化过程中的收缩，进而可以降低混凝土后期收缩引起的断裂。

图 3 不同掺量 SY-TS 对透水混凝土收缩的影响

2.4 不同骨料粒径对透水混凝土力学性能的影响

碎石不同粒径对透水混凝土力学性能的影响结果见表 6。

表 6 不同粒径碎石透水混凝土的力学性能

由表 6 可知，随着骨料粒径的增加，透水混凝土的透水系数也在不断的增加，28d 抗压和抗折强度先增大后减小，骨料粒径为 5～10mm 时透水混凝土 28d 抗压和抗折强度效果最好。透水混凝土力学性能随骨料粒径增加而减小的原因可能是由于骨料粒径过大，硬化后透水混凝土的空隙越大，导致胶凝材料与骨料间的界面粘着力减小，产生的张力也较小[11]，从而导致强度降低，而适宜的骨料粒径可以有效地改善透水混凝土的强度和透水系数问题，因此透水混凝土的骨料粒径在制备过程中选择 5～10mm 最佳。

2.5 不同骨料粒径对透水混凝土收缩的影响

不同骨料粒径对透水混凝土收缩性能的影响结果见表 7 和图 4。

由表 7 和图 4 可知，不同骨料粒径下的透水混凝土硬化后随着龄期的延长，其收缩值在不断地增大，且骨料粒径越小，透水混凝土的收缩值越大。这是因为在混凝土配合比相同的情况下，骨料粒径越小，透水混凝土的孔隙越小，从而导致其收缩越大。

表 7 碎石不同粒径对混凝土收缩性能的影响（×10-6）

3 结论

通过研究预拌透水混凝土增强剂对透水混凝土的力学性能、工作性能及收缩性能的影响，并分析了增强剂对透水混凝土的抗裂性能的作用，得出以下结论：

（1）预拌透水混凝土增强剂掺量越大，透水混凝土的收缩越小；原因在于增强剂补偿了材料硬化过程中的收缩，使水泥水化平稳进行，且多孔胶体填充水泥石结构，提高了透水混凝土的抗裂性能。

（2）随着预拌透水混凝土增强剂掺量的加大，透水混凝土的抗压强度和抗折强度随之增大，这是因为增强剂的加入增加了混凝土的粘稠度，改善胶材与骨料间的界面性能，使混凝土形成一种均匀的整体，在不影响混凝土的透水性能的同时，增强了混凝土的强度。从经济学角度考虑，透水混凝土中增强剂的最佳掺量以2.5% 为最佳。

（3）预拌透水混凝土增强剂能够延缓预拌透水混凝土的坍落度损失，保持其流动性，可以使其在一定距离上进行运输，提高其施工性能和可操作性。

预拌透水混凝土增强剂能够有效解决骨料拌和不均匀，同时解决了生产时的粉尘和噪音污染，大大提高了施工效率，可大方量生产。