透水混凝土配合比设计及力学性能试验研究

潘芳禄

（广西建设职业技术学院，广西 南宁 530007）

0 引言

透水混凝土材料是一种新型的绿色生态环保透水混凝土,可与生态环境资源共存。它不仅是对我国的生活方面，还是我国的自然生态方面都有着巨大的影响。它不仅是一种直接采用特殊材料技术加工制造的，并且具有连续孔隙的混凝土,它不仅具有一定的抗震强度,还具有一定的防水渗透性。透水钢筋混凝土主要是应用于城市公园、住宅区、道路、人行道、广场、停车场等处的路面透水结构。

1 透水混凝土的市场发展趋势现状

透水混凝土材料目前可广泛应用于我国城市轨道轻轨铁路交通快速道路、公园、广场、停车场、人行道、体育场馆、地下建筑、绿化、污水处理净化和空气吸声等多种领域。透水混凝土在我国轨道交通建筑领域也一直有着广阔的商业应用发展前景,如今它解决了在现代工业城市中和有轨电车的地下排水管道问题。目前,海绵生态城市已逐渐成为今年全国海绵城市总体发展战略规划研究中的高频词和关键词。发展起来海绵土在城市的应用重要性不言而喻,但目前我国对于水渗透改性混凝土的深入研究和推广应用还只是处于技术起步初的阶段。在此一大背景下,透水混凝土作为海绵城市建设和发展所必需的功能材料,具有十分重要的现实研究意义。

2 透水混凝土材料配合比设计研究

2.1 混合设计指数为了提高普通混凝土的强度,要尽量使其密实。然而,为了达到透水的目的,透水混凝土在满足其强度的同时应保持一定的孔隙。因此,透水混凝土的配合比设计指标是孔隙率和强度。

2.1.1 孔隙率

为了快速排出雨水,有必要确保透水性混凝土具有足够的孔隙。然而,太多或几乎太大的孔误差会直接导致建筑材料机械强度显著降低和材料耐久性差。收缩性就是说泛指主体扣除原有实体建筑骨架后混凝土总建筑体积的剩余一小部分,由三个小部分结合组成:连通孔、半连通孔和半封闭孔。连通的孔隙是相互连的孔;而半封闭孔隙是与其他没有孔隙、不连通相连的孔隙的孤立部分;半连通没有孔隙的又称半连死孔,一端与其它孔孔隙相连,另外的一端完全封闭。从地下水流体运动的力学角度分析来看,半连通孔隙管道中的截流水相对水体停滞和流动无效,但它也可以作为水体排水的重要缓冲,因此它也是有效的。因此,有效封闭孔隙由连通孔隙和半连通孔隙两个小部分孔隙组成,而其半封闭孔隙则正是因为无效孔隙。

2.1.2 强度

强度和半透水基层混凝土由不透水、水泥、粗料和骨料部分组成。采用单粒或颗粒粗粒细骨料砂浆作为在细骨架间的水泥层砂浆,或在粗粒细骨料间与颗粒间的表面预先包裹一层小薄层后再添加少量细粒粗骨料的骨架砂浆,作为在细骨料间与颗粒间的骨架胶水粘结保护层。骨料中的颗粒被一定的薄层使用硬化后的水泥或砂浆与橡胶层粘结,形成多孔孔隙堆积整体结构,因此钢筋混凝土中还存有大量孔隙连通的孔隙,大多数孔隙是一个直径宽度大于1 毫米的大圆形孔隙。孔隙越多,接触点越少,强度越低;如果孔隙数量很少,就会有更多的接触,强度也会很高。然而,当孔隙数量较少时,连通孔隙的数量将不可避免地减少,从而影响混凝土的渗透性,这违背了透水混凝土的初衷。

3 透水混凝土的设计计算方法

3.1 设计计算方法的基本原则特点

到目前为止,透水层与混凝土的透水配合比基础设计还不是成熟的混合计算分析方法。根据新型透水混凝土设计要求的骨料孔隙率和骨料结构特征,可以被确认为1m3 混凝土的骨料表面积和体积大小是由整个骨料层的堆积过程形成的。因此,配合比例机设计的方法原则上就是要利用水浆或泥浆骨料包裹整体骨料整个颗粒整体表面,将整个骨料整体颗粒紧紧粘结在一起,形成一个具有一定粘合强度的骨料整体。骨料之间的钻孔空隙不大则需要紧密进行填充。透水混凝土的骨料重量比例应为基层骨料的密实度和体积及其密度量再加上基层水泥的施用量和骨料用水量之和,范围一般为1600-1800k,根据这一设计原则,可初步设计确定各种透水混凝土的重量比例。

(1)骨料用量Im3 混凝土中使用的骨料密度约为100～1400 千克。其中,以粗种细骨料使用为主,细种粗骨料的总使用量一般需要控制在所有骨料总使用质量的30%以内。

(2)土层水泥骨料用量控制试验结果表明,在完全保证最佳水泥用水量的必要前提下,适当控制增加土层水泥骨料用量，不仅可以有效增加水泥骨料周围土层水泥骨料浆液和土层的水泥稠度和防水厚度,并能有效率地提高骨料透水层和混凝土的防水强度。然而,过多的碱性水泥使用会大大增加了水泥浆,降低水泥孔隙度和影响透水性。因此,水泥的量受所用骨料的粒度影响。如果骨料的粒径较小且骨料的比表面积较大,则应适当增加水泥用量。透水混凝土的水泥用量一般在50～350kg/m 之间。

(3)对于水灰比问题，水灰比不仅直接影响混凝土透水层和混凝土的防水强度,也直接影响其防水渗透性。透水混凝土的建筑水灰比一般都会随建筑水泥土使用量的不断增加而有所降低,但水灰波动大的范围较小。对于具有特定量的水泥骨料和钢筋水泥,存在最佳的水灰比,此时相对渗透性好的混凝土骨料具有最大强度极限上的抗压性和强度。

4 力学性性能试验研究

（1）固化8 天后,测试样品的抗压强度。具体步骤说明如下:将两个试件水平放在下面的轴承板上。试件的支撑和承面高度应完全垂直于试件成型的顶面。试件的各个中心焊点应与自动试验机床上下压板的各个中心焊点对齐。启动精度试验机,选择合适的位置测量精度范围。选择测量范围时,应注意使读数尽可能落在整个范围的0%到80%之间,以使读数更准确。

（2）加压时,应连续均匀加载,当试件接近损伤和快速变形时,停止试验机的加速器,直到试件损伤。试样出现损坏后,立即及时关闭传动进口出油阀,打开传动回路进油阀,取出损坏的试样。

(3)记录损坏载荷。试样损坏后,试验机的千分表读取最大载荷(即损坏载荷),并记录此时的读数。

5 结束语

透水混凝土是针对现有城市路面的缺陷而开发和使用的一种优良路面材料。渗透性好的混凝土可以有效让城市雨水彻底流入城市地面,有效彻底补充城市地下水,缓解整个城市地下水位置的急剧下降等，整个城市的水环境污染问题,有效消除城市地面上石油类有机化合物对城市环境的严重危害。透水混凝土对我国的好处还有很多，如果我们对于透水混凝土的研究不断加深,能够促进我国经济的发展，同时间接地维持我国的生态平衡。