硅灰改性透水混凝土配合比设计及性能试验研究

赵立雷

（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1 引言

近年来，我国城市化速度不断加快，城市面积和人口也急剧增长，随着城市面积的增长，城市道路也不断在建设，虽然道路的建设使城市交通更加便利，促进城市经济发展，但是这些道路大多数用的水泥和沥青混凝土材料都是不透水的，随之带来就是当城市遭遇暴雨时地面雨水无法快速下渗从而造成城市内涝，同时城市内能源消耗过大，温度上升，混凝土路面使地下水难以蒸发降温进而造成城市“热岛效应”［1］。面对城市内涝频发和“热岛效应”的问题近年来提出海绵城市建设，优先利用自然的力量缓解排水及缺水问题。随着海绵城市建设的不断加快，对于透水路面的研究也不断增加，而透水混凝土作为透水路面的主要材料也逐渐被研究和应用。透水混凝土主要由粗骨料、凝胶材料浆体、外加剂等经特定搅拌方式拌制而成的，其相对于普通混凝土主要有缓解城市排水压力、改善行车环境、吸声降噪和缓解热岛效应等优点［2］。影响透水混凝土强度的因素有很多，其中最重要的是孔隙率［3］。硅灰作为一种传统的混凝土掺合料，可以与水化产物生成凝胶体并可以改善混凝土性能，具有较好的经济效益。目前国内对于硅灰的研究大多数用于普通混凝土，为了改善透水混凝土的性能和从环保角度出发，本文用硅灰替代水泥，比较掺量对透水混凝土力学性能和透水性能的影响，研究结果对推动我国透水混凝土路面的发展具有重要意义。

2 原材料与试验方法

2.1 原材料

（1）水泥

透水混凝土主要是由水泥桨体包裹粗骨料而成的，水泥的活性、品种以及质量是影响混凝土强度的主要因素，因此透水混凝土一般选用高强度、低混合料掺量的普通硅酸盐水泥［4］。本次试验研究选取的水泥为PO42.5 级普通硅酸盐水泥，其主要技术指标如表1 所示。

表1 水泥主要技术指标

（2）集料

透水混凝土的原料中一般不采用细骨料，本次试验研究采用的粗骨料为5～10mm 质地坚硬、表面棱角分明的普通碎石，其性能指标如表2 所示。

表2 集料主要性能指标

（3）硅灰

本次试验采用硅灰为山东博肯硅材料有限公司生产的赛普森牌硅灰，其主要物理化学指标如表3 所示。

表3 硅灰主要技术指标

（4）减水剂

减水剂的主要技术指标如表4 所示。

表4 减水剂主要技术指标

2.2 试验方法

（1）配合比设计

为了研究硅灰掺量对于透水混凝土性能的影响，采取硅灰等量替代集料的设计方法，硅灰掺量分别取 0%、10%、20%、30%和 40%五种，其具体配合比设计如表5 所示。

表5 各组试验配合比

（2）试件成型工艺及养护

依据 《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2002 以及 《透水水泥混凝土路面技术规程》 CJJ/T 135-2009 等规范为依据，通过按配合比设计分别成型抗压强度试件Ф150mm×300mm 的标准圆柱体，抗折强度试件100mm×100mm×400mm 的标准长方体和透水性能试件Ф100mm×50mm 的标准圆柱体。试块成型脱模后先将其浸入水中约2min，试件整体湿润之后再将试件轻轻地安放在温度为20℃养护池中，之后盖上塑料薄膜并且定期洒水；等到成型试件达到规范规定的标养龄期后，再对试件进行各方面的性能测试。

3 试验结果与分析

3.1 抗压强度

为研究硅灰掺量对透水混凝土抗压强度的影响，将成型试件养护至规范规定的标养龄期后，对不同硅灰掺量（0%、10%、20%、30%、40%）的混凝土圆柱体试件进行抗压强度测试，其试验结果如表6 所示。

表6 抗压试验结果

不同硅灰掺量下透水混凝土试件的抗压强度和弹性模量的变化规律如图1 和图2 所示。

图1 不同硅灰掺量下透水混凝土抗压强度

图2 不同硅灰掺量下透水混凝土弹性模量

通过图1 可以看出硅灰的掺入对于透水混凝土的抗压强度有一定的影响，当硅灰掺量为0-20%时透水混凝土的抗压强度随着掺量的增加而增加，掺量为20%-40%时抗压强度随着掺量增加呈递减的趋势，当硅灰掺量为20%时抗压强度增幅最大为25.45%。通过图2 可以看出硅灰的掺入对于透水混凝土的弹性模量影响较小，当硅灰掺量为10%时，弹性模量增幅最大为7.2%。

3.2 抗折强度

将成型试件养护至规范规定的标养龄期后，对不同硅灰掺量（0%，10%，20%，30%，40%）的混凝土圆柱体试件进行抗折强度测试，其试验结果如表7 和图3 所示。

表7 抗折试验结果

图3 不同硅灰掺量下透水混凝土抗折强度

通过表7 和图3 可以看出硅灰的掺入对于透水混凝土的抗折强度影响较小，当硅灰的掺量为10%时，透水混凝土的抗折强度最小，降低幅度为3.4%；掺量为20%时，抗折强度最大，增幅为2.3%；当掺量大于20%时抗折强度又呈递减趋势，总体来说硅灰并不能很好的改善透水混凝土的抗折强度。

3.3 透水系数

将成型试件养护至规范规定的标养龄期后，对不同硅灰掺量（0%、10%、20%、30%、40%）的混凝土圆柱体试件的透水系数和孔隙率进行测试，其试验结果如表8 和图4 所示。

表8 透水试验结果

图4 不同硅灰掺量下透水混凝土透水系数

通过表8 和图4 可以看出透水混凝土的透水系数随着硅灰掺量的增加呈递增的趋势，当硅灰掺量为40%时透水系数最大，增长幅度为193.2%。硅灰的掺量在0-20%时，透水系数的增长幅度较大，之后随着掺量的增加其增长的幅度也逐渐减小。

4 结语

（1）硅灰的掺入可以提高透水混凝土的抗压强度，当硅灰掺量为20%时抗压强度增幅最大为25.45%，同时硅灰的掺入对于透水混凝土的弹性模量影响较小。

（2）硅灰的掺入对于透水混凝土的抗折强度影响较小，并不能很好的改善透水混凝土的抗折强度。

（3）随着硅灰的掺量增加，透水混凝土的透水系数也逐渐增加，硅灰掺量较小时，透水系数增长幅度较大，随着掺量不断增加，增长幅度逐渐变小。