C20透水混凝土配合比设计及应用探讨

代凌云

(江西省水利水电开发有限公司，南昌 330000)

1 配合比设计试验

1.1 试验材料

1.1.1 水泥

C20透水混凝土是粗骨料颗粒和水泥浆体胶结而成的多孔堆聚结构，其配置应少用或不用细骨料，水泥浆体的强度及其粗骨料界面与水泥浆体的黏结强度直接关系着透水混凝土性能。本次试验主要采用性能稳定的P.O42.5R级水泥材料，其标准黏稠度需水量为25%，结构密度3760kg/m3，比表面积376m2/kg，3d和28d抗折强度为5.7MPa和8.1MPa，3d和28d抗压强度为25.5MPa和46.8MPa。

1.1.2 矿物掺合料

采用打磨抛光、表面光滑的人造卵石矿物掺合料所拌制的透水混凝土包裹性不良，振动后浆体更容易下沉并堵塞下部孔隙，影响结构透水性，上部浆体量的减少使骨料黏结性减弱。可见，卵石型透水混凝土对黏聚性和保水性有较高要求，所以选择矿物掺合料时，应选择保水性、黏聚性良好的超细矿物掺合料，改善透水混凝土保水性、黏聚性的同时提升后期材料强度[1]。本试验采用超细矿物掺合料比表面积1200m2/kg，密度2490kg/m3。

1.1.3 骨料

作为C20透水混凝土结构骨架的骨料粒径应根据透水混凝土结构强度与厚度而确定，粒径>20mm的骨料应≤5%，最大粒径应<25mm。骨料粒径越小，则其堆积孔隙率越大，粒料间接触点越多，透水混凝土强度也越高。透水混凝土强度和透水性能主要受颗粒级配影响，为提升透水性能与材料强度，本试验中粗骨料采用粒径5-10mm、表观密度2680kg/m3、堆积密度1550kg/m3的石灰碎石，细骨料则选用细度模数2.7、表观密度2640kg/m3、堆积密度1500kg/m3的水中砂。

1.1.4 减水剂

由于透水混凝土对用水量较为敏感，为降低材料敏感性、增强性能可控性，本试验采用RH-5型聚羧酸高性能减水剂，并掺加一定设计比的保坍成分以降低减水剂组分浓度，提升透水混凝土性能保持能力。掺量0.5%时减水率10%，减水剂掺量2.5%时减水率为25.5%。

1.2 配合比设计试验

1.2.1 参数选取

1)水灰比。水灰比对透水混凝土强度和透水性有较大影响，水灰比应根据骨料粒径、颗粒形状等合理确定，与普通混凝土不同，透水混凝土水灰比应控制在0.25-0.35。

2)水泥用量。水泥浆体的黏稠度和用量主要影响透水混凝土骨料周围浆体厚度和骨料黏结强度，在确保用水量的情况下，通过增加水泥用量能使透水混凝土强度提高，但随着水泥用量的增加，透水混凝土孔隙率会逐渐下降，透水性能不断降低。此外，水泥用量主要与骨料粒径相关，对于粒径较小的情况应增加水泥用量，本试验透水混凝土水泥用量应控制在300-450kg/m3。

3)骨料。单位透水混凝土所使用骨料量根据骨料紧密堆积密度确定，本试验骨料用量应在1200-1550 kg/m3。

1.2.2 配合比设计

透水混凝土配合比设计必须符合其强度及性能要求，为此其配合比设计应采用水泥浆包裹骨料颗粒表面，将骨料黏结成整体后具有足够的强度与透水性能，骨料间孔隙无需填充密实。单位透水混凝土重量应为骨料堆积密度与水泥、水用量之和，一般为1600-2100kg/m3.据此原则并采用体积法[2]进行透水混凝土配合比设计，计算公式为：

(1)

式中：mc为单位体积透水混凝土中水泥用量，kg/m3；mf为体积透水混凝土中矿物掺合料用量，kg/m3；mg为单位体积透水混凝土中粗骨料用量，kg/m3；mw为单位体积透水混凝土中用水量，kg/m3；ma为体积透水混凝土中减水剂用量，kg/m3；ρc为水泥表观密度，kg/m3；ρf为矿物掺合料表观密度，kg/m3；ρg为水表观密度，kg/m3；ρw为粗骨料表观密度，kg/m3；ρa为减水剂表观密度，kg/m3；p为目标孔隙率。

透水混凝土孔隙率、黏聚性、保水性、透水性必须符合设计技术要求外，还应符合美观性、技术质量要求和综合实施效果，通过试验调整其胶凝材料的组成与用量，选用高性能减水剂、表明清洗剂、超细矿物掺合料，并通过反复试验与验证，最终确定的透水混凝土设计配合比。透水混凝土设计配合比，见表1。

表1 透水混凝土设计配合比

本次配合比设计试验结果表明，C20透水混凝土黏聚性、保水性良好，骨料表浆体裹覆性均匀，透水混凝土内部均质性较好，材料出机塌落度40mm，性能优良且振动后浆体不会发生下沉。冲洗后表面干净且无浆体残留和表层粒料脱落，28d抗压强度和抗折强度最高达33.2MPa和4.1MPa，力学性能较优，混凝土孔隙率16%，透水系数最高3.25mm/s。该透水混凝土性能指标均符合设计技术要求。

2 工程应用

2.1 工程概况

会昌县湘水系统治理工程(一期工程)站塘段水安全系统工程和水生态修复工程地处会昌县站塘乡，距县城24km，位于赣江水系贡水一级支流湘水中下游站塘乡河段。该段湘水河道综合治理长度17.3km，主要建设内容为：清淤切滩1.4km、拆除水陂1座、护岸6.915km(其中干砌石护岸4.868km、亲水平台护岸1.975km、墙式护岸采用C15混凝土挡墙护岸0.072km)、设计接长18座排水涵管、1座景观拱桥、设置下河踏步30座、巡河道5.45km及巡河道K站巡4+045小桥，治理范围从围内村至站塘乡新村。工程区主要为侵蚀构造丘陵和河流冲积堆积地貌。湘水属于赣江水系贡水一级支流，河道较弯曲，河流流向总体自南向北流，最后汇入贡水，河流两岸Ⅰ级阶段地较发育，心滩、漫滩均较发育。

站塘巡河道工程施工总长度5204.9m，岸线较长，沥青路面宽5.5m，铺设沥青路面20099.60m2，芝麻灰花岗岩路缘石7123.8m，透水性混凝土主要用于花岗岩路面铺装前的浇筑，透水性混凝土强度等级C20，透水系数3.19mm/s，孔隙率25.5%，28d强度为28.5MPa，符合设计技术要求。

2.2 质量控制要点

本工程站塘巡河道透水混凝土施工质量控制主要包括原材料生产过程控制、运输控制、浇筑振捣、摊铺、表面处理等，全部过程都应使用专定设备，保证施工过程无污染及施工质量。

2.2.1 透水混凝土生产与运输

本工程采用水泥裹石法投料次序，将水泥、混合料、集料投入拌和机搅拌1min后按设计比掺加外加剂以及1/2水量再搅拌1min，最后加入剩余水量，拌合均匀，通过自卸车辆运输至浇筑施工面后直接入仓。透水混凝土水泥浆黏稠度较高，石子用量大，为确保水泥浆均匀裹覆集料，拌合时间应至少为3min。本工程透水混凝土采用现场搅拌，拌合设备及运输车辆在使用和装料前必须彻底清洗，加强透水混凝土浆体黏稠度控制，以浆体裹覆骨料表面的均匀性检验合格为拌合料出机标准。透水混凝土材料无流动性，故其材料性能不能用塌落度指标反映，在拌合完成后应采用目测法，透水混凝土材料表面应具有金属光泽，且粗骨料颗粒被水泥浆均匀包裹，无水泥浆下淌现象。

透水混凝土属干性材料，初凝快，运输时间的确定必须根据施工环境、温度情况和运输距离予以控制，运输过程中不得停留，浇筑后连续摊铺振捣密实。考虑到施工环境温度及运距，站塘巡河道工程透水混凝土出机后的运输时间应≤30min。

2.2.2 摊铺、浇筑及表面处理

本工程透水混凝土摊铺厚度系数应为1.05-1.15，混合料摊铺后先采用拨料器将其拨平，并及时进行缺陷、摊铺不均等部位的补料。透水面层整平施工通过收光机匀速完成，并修整表面麻面、缺料等部位，施工后透水面层密实度、平整度必须符合设计技术要求。透水混凝土浇筑施工不能采用高频振动器强烈振捣和夯实，采用平板振动器轻振铺平，以提升密实性并降低透水性，并防止水泥浆与骨料表面发生离析。

待透水混凝土面层施工完毕，应立即在其上喷洒厚度1-2mm的清洗剂，喷洒量具体根据施工环境温度及设计要求确定，喷洒过程中要保证良好的雾化效果。

3 结 论

站塘巡河道工程施工结束后现场取样检测结果表明，透水混凝土黏聚性与保水性较好，28d抗折强度与抗压强度分别达3.5MPa和24.3MPa，孔隙率16.9%，透水系数1.3mm/s，性能均符合设计技术要求。本工程应用结果表明，必须加强透水混凝土配合比设计试验，保证其保水性、黏聚性等性能，并加强混凝土制备、运输、浇筑振捣等施工过程控制，以充分发挥透水混凝土材料性能。