透水混凝土结构性能研究

邓景月

摘要：透水混凝土的渗透性和强度取决于其组成材料的粒径和比例。为评估透水混凝土在土木工程中的结构性能，文章选用9.375 mm和18.75 mm两种不同粒径的粗骨料与水泥按6∶1、8∶1、10∶1的不同配合比，制备24个立方体试块进行抗压强度试验和渗透性试验，研究了不同骨料粒径对透水混凝土孔隙率、抗压强度和比重的影响。结果表明：粗骨料粒径越小，应能产生更高的抗压强度，同时产生更高的渗透率;具有较高骨料/水泥比8∶1和10∶1的混合物被认为适用于要求低抗压强度和高渗透率的路面。

关键词：透水混凝土;渗透性;抗压强度;骨料粒径

0 引言

透水混凝土也被称为无细骨料、多孔、间隙级配和透水混凝土以及增强多孔混凝土，是一种可靠的雨水管理工具。根据定义，透水混凝土是砾石或花岗岩、水泥、水、少量至无砂（细骨料）与不含外加剂的混合物。当透水混凝土用于铺路时，开放式单元结构允许雨水通过铺路过滤并进入下层土壤。换句话说，透水混凝土有助于保护路面表面及其环境[1-2]。

透水混凝土系统对比不透水混凝土的优点在于，它能有效地管理铺面径流，防止径流污染，补给含水层，防止咸水入侵，控制渗水对地下水补给的污染，防止地下雨水下水道排水，吸收的热量比普通混凝土和沥青要少，减少了空调的使用。透水混凝土允许增加场地优化，因为在大多数情况下，其使用应完全限制对滞留池、洼地和其他更传统的雨水管理设备的需求，这些设备在一英亩或更多的商业场地上符合联邦雨水管理条例。通过使用透水混凝土，使环境空气溫度降低，仅需要较少的电力来冷却建筑物。此外，将消除昂贵的雨水构筑物，如管道、入口和池塘。施工进度也将得到改善，因为在施工开始时将安装石料补给床，加强侵蚀控制措施，并防止由于恶劣的现场条件而造成的降雨延误[3]。

显然，与传统混凝土相比，透水混凝土具有较低的抗压强度、较高的渗透性和较低的单位重量（约为传统混凝土的70%）[4]。虽然透水混凝土在许多方面具有更大的优势，但是它有自己的局限性，在规划使用时必须加以有效考虑。在结构上，当要求较高的渗透性和较低的强度时，需要研究在相同的骨料-水泥比下，骨料粒径的变化对强度和渗透性的影响。本文以此为出发点研究不同骨料粒径以及不同骨料-水泥比条件下的透水混凝土结构性能，为路面透水性混凝土施工提供相关依据。

1 试验分析

1.1 研究目的

本研究旨在评估透水混凝土在土木工程中的结构性能。为此，研究了不同骨料粒径对透水混凝土孔隙率、抗压强度和比重的影响。研究内容包括在行人通道和停车场施工中使用透水混凝土作为路面材料的简单方法。

1.2 粗骨料的筛分分析

使用一堆筛子（BS410），将所用粗骨料的样品分级为两种主要粒径，主要是样品A粒径为18.75 mm和样品B粒径为9.375 mm。样品A和B的试验结果分别如图1和图2所示。

1.3 试样制备

从每种骨料粒径（代表6∶1、8∶1和10∶1的骨料水泥比）中制备三批试样，在混合料中不含细骨料。按重量对材料进行配料，如表1所示。

如前所述，本研究使用了两种不同粒径的粗骨料（碎石或花岗岩），即粒径为9.375 mm和18.75 mm的花岗岩。对两种骨料粒径进行的比重试验得出的平均值为2.7。对于两种骨料尺寸，按重量确定配合比。从每批中抽取8个150 mm混凝土立方体。配合比见表1。

配料后的材料与水完全手工混合，以获得均匀的透水混凝土，形成水灰比为0.4的水泥浆体。粗骨料与水泥按6∶1、8∶1、10∶1的不同配合比（A/C）混合，每种骨料粒径共制备24个立方体试块。

2 抗压强度试验

试验的目的是确定透水混凝土的抗压强度。在规定的养护龄期为7 d、14 d、21 d和28 d时，对立方体试块进行抗压强度测试。透水混凝土的抗压强度计算如下：

透水混凝土的抗压强度随着龄期的增加和骨料/水泥比的降低而增加，如表2和下页表3所示。此外，粒径为9.375 mm骨料的抗压强度大于粒径为18.75 mm骨料的抗压强度，相同龄期和骨料/水泥比如表2和下页表3所示。

骨料粒径为9.375 mm和18.75 mm透水混凝土在不同骨料水泥比A/C下（6∶1、8∶1和10∶1）的抗压强度实验结果如下页图3～5所示，骨料/水泥比为6∶1、8∶1和10∶1的抗压强度分别为28 N/mm2的29%、18%和15%，这是规定的固化第28 d的最大值，A/C为6∶1时抗压强度最高，骨料尺寸为9.375mm时产生最佳效果。

3 渗透性试验

3.1 渗透测量方法

透水混凝土的渗透性由落差渗透性确定。在开始流量测量之前，样品用聚乙烯包裹在量筒内。然后开始测试，让水流过样品，直到竖管中的水达到给定的较低水平。在竖管中，水从一头流到另一头需要5 s的恒定时间。当水达到较低水平时，重新填充立管并重复试验。透水混凝土样品的渗透系数由式（1）计算得出：

3.2 结果讨论

不同骨料粒径以及不同骨料/水泥比的混凝土透水系数如表4～9所示，骨料尺寸分别为9.375 mm和18.75 mm时，骨料/水泥比10∶1产生的透水混凝土的渗透系数较高，分别为3.12×10-3 cm/s和3.89×10-3 cm/s。

4 结语

本文研究的主要结论有：（1）粗骨料粒径越小，应能产生更高的抗压强度，同时产生更高的渗透率;（2）具有较高骨料/水泥比8∶1和10∶1的混合物被认为适用于要求低抗压强度和高渗透率的路面。最后，应进一步研究使用这些材料比例生产的透水混凝土路面，以满足由于高车辆荷载和交通量而增加的磨损和压缩应力条件。

参考文献：

[1]曾 路，何 牟，张明华，等.地聚物基透水混凝土的制备与性能[J].材料导报，2019，33（24）：4 086-4 091.

[2]王雅思，游 帆，郑广涛.再生骨料透水混凝土抗压强度及透水性能[J].福州大学学报：自然科学版，2019，47（4）：538-543.

[3]赵亚楠，梁君君，唐克东.透水混凝土施工关键节点质量控制研究[J].山西建筑，2017（28）：226-227.

[4]吴 冬，刘 霞，吴小强，等.成型方式和砂率对透水混凝土性能的影响[J].混凝土，2009（5）：105-107.