透水水泥混凝土透水性能及强度的影响因素研究分析

罗金灵

（福建省永正工程质量检测有限公司， 福建 福州 350012）

1 概述

透水水泥混凝土是由粗集料、细集料（少加或不加）及水泥基胶结材料经拌合均匀后浇筑成型并经水化硬化后形成具有连续孔隙结构的混凝土[1]，其可以将道路结构中的水分进行高效清除，并可承受适当的荷载[2]。因此，在环境噪声保护、减小路面水损害、水工等方面的应用越来越广泛[3]。

2 原材料

本试验中采用P·O42.5 水泥，其比表面积检测结果为339m2/kg，28d 抗压强度检测结果为48.4MPa；骨料采用两种粒径的碎石，拌和用水采用普通饮用水。

3 试件制备及试验方法

3.1 试件制备方法

透水水泥混凝土试件制备分为搅拌、成型、养护三个过程，其中搅拌及成型试验环境温度为20℃±5℃，相对湿度≥50%。

透水系数试件采用内径100mm、高50mm 的圆柱体，有效孔隙率及抗压强度试件采用边长为150mm 的立方体。拌和料装入试模后，将试件按品字形放于水平地面上，用尺寸约为600mm*600mm 的不透水覆膜胶合板放在试件上，平板振动器放于胶合板中间，启动平板振动器振动30s，然后用抹刀将试件表面抹平。

3.2 试验方法

3.2.1 透水系数

本试验中透水系数测试方法依据CJJ/T 135-2009[4]，试验过程大致如下：将四周密封好的试样抽真空并在水中浸置20min 后装入试验装置，控制水流保持稳定的水位差，测量300s 的出水量（Q），按公式计算透水系数。

3.2.2 有效孔隙率

本实验中有效孔隙率测试方法依据DBJ/T 13-274-2017[5]，采用的试验设备如图1。试验方法如下：将水倒入至0mm 刻度水位，将烘干并冷却后的试件放入，待试件无气泡且水位稳定后记录刻度值。

图1 有效孔隙率试验设备结构图

式中：P——有效孔隙率（%）；

S——有效孔隙率测试仪计量筒底面积（mm2）；

A——试件底面积（mm2）；

h——试件高度（mm）；

△——试件放入水中水位稳定后水位高度变化增加值（mm）。

4 配合比设计及相关性能评价指标结果分析

4.1 配合比设计试验方案的确定

本试验配合比设计分别采用（5～10）mm 和（10～20）mm 两种不同公称粒径的粗骨料，选择目标孔隙率和水胶比作为两个关键影响要素，分别选取四个水平进行全面试验。试验方案如表1。

表1 （5～10）mm 和（10～20）mm 碎石粒径的配合比试验方案表

4.2 性能评价指标试验结果

试验结果如表2。

表2 性能评价指标试验结果汇总表

4.3 试验结果性能指标分析

4.3.1 透水系数分析

通过表2 中检测结果可以分析表明，透水系数和有效孔隙率及水胶比的大小有着一定的关系。

1）有效孔隙率

图2 有效孔隙率与透水系数关系图（骨料粒径5mm～10mm）

由图2 表明，在不同水胶比情况下，透水系数均随着有效孔隙率增大而增大。因为有效孔隙率越大，说明内部结构中连通的孔隙越多，水流通过的水量和流速则会变大，透水系数也相应变大。

2）水胶比

图3 水胶比与透水系数关系图（骨料粒径5mm～10mm）

由图3 表明，相同的目标孔隙率且满足拌合料和易性的情况下，水胶比越大则透水系数也越大。由于在目标孔隙率固定的情况下，水泥浆料的总体积是固定的，水胶比越大则说明使用胶凝材料用量越小，而在和易性良好的情况下，结构内部连通孔隙率会越大，故透水系数也会越大。

4.3.2 强度分析

通过表2 中检测结果分析表明，抗压强度与有效孔隙率、水胶比及骨料粒径的大小有着一定的关系。

1）有效孔隙率

图4 有效孔隙率与抗压强度关系图（水胶比W/C=0.35）

图5 有效孔隙率与抗压强度关系图（水胶比W/C=0.40）

由图4 和图5 表明，在不同骨料粒径和不同水胶比的情况下，抗压强度均随着有效孔隙率的增大而减小。这主要是孔隙率的增加，导致试件承压和抵御变形的受力面积大幅降低，使抗压强度降低。

2）水胶比

图6 水胶比与抗压强度关系图（骨料粒径5mm～10mm）

图7 水胶比与抗压强度关系图（骨料粒径10mm～20mm）

由图6 和图7 可以看出，在未使用减水剂的情况下，水胶比的变化对强度影响比较大。当水胶比太小，混合料因干燥不易拌合，浆液无法均匀地包裹在骨料表面，且水化反应不充分，对强度的增长不利；当水胶比太大，水泥浆较稀容易从骨料上滑下，且水化反应后剩余水量在混凝土硬化后形成孔隙，也会对强度的增长造成不利。因此存在一个最佳的水胶比，对于不同的骨料粒径，其最佳水胶比不同，对于5mm～10mm 的骨料，最佳水胶比接近0.40，对于10mm～20mm 的骨料，最佳水胶比接近0.35。

3）骨料粒径

图8 骨料粒径与抗压强度关系图（目标孔隙率20%）

图9 骨料粒径与抗压强度关系图（目标孔隙率25%）

由图8 和图9 表明，对于一定粒径范围内的不同骨料粒径，在目标孔隙率和水胶比相同时，抗压强度并非都是骨料粒径大的大。

4.3.3 抗压强度分析

图10 7d 与28d 抗压强度关系图（骨料粒径5mm-10mm）

图11 7d 与28d 抗压强度关系图（骨料粒径10mm-20mm）

由图10 和图11 可以表明，7 天与28 天抗压强度存在一定的线性关系，通过计算建立相关公式可以由7 天强度推导出28 天强度，和实际上标准养护至28 天试件强度误差很小，应用在实际工程项目上有一定的便利性，能保障质量也能加快施工进度。

5 结论

本文通过对不同参考配合比下透水水泥混凝土透水性能和强度进行了相关试验研究, 得出了以下结论:

1）在不同骨料粒径和不同水胶比的情况下，透水系数均随有效孔隙率增大而增大，而抗压强度则随有效孔隙率的增大而减小。

2）相同的目标孔隙率且满足拌合料和易性的情况下，水胶比越大则透水系数也越大。

3）透水水泥混凝土存在着最佳水胶比，水胶比的变化对混凝土抗压强度影响比较大，对于不同的骨料粒径，其最佳水胶比不同，对于5mm～10mm 的骨料，最佳水胶比接近0.40，对于10mm～20mm 的骨料，最佳水胶比接近0.35。

4）对于一定粒径范围内的不同骨料粒径，在目标孔隙率和水胶比相同时，抗压强度并非都是骨料粒径大的大。

5）透水水泥混凝土7 天与28 天抗压强度存在一定的线性关系，通过计算建立相关公式可以由7 天强度推导出28 天强度，和实际上标准养护至28 天试件强度误差很小，应用在实际工程项目上有一定的便利性，能保障质量也能加快施工进度。