透水孔对混凝土透水砖性能影响研究

范宗青

青海省建筑建材科学研究院有限责任公司 青海 西宁 810008

引言

目前的普通混凝土透水砖制备中存在强度和透水性相互矛盾的问题。本研究拟从透水砖结构设计出发，在透水砖上预留透水孔，使透水砖通过预留的透水孔透水，从而制备出即能满足强度要求，又能满足透水性要求的新型混凝土透水砖。

1 原材料与试验设计

①水泥选用祁连山水泥股份有限公司生产的52.5普通硅酸盐水泥；②骨料：采用人工碎石，骨料粒径选用5～20mm；③减水剂：采用聚羧酸高效减水剂；④粉煤灰：由华能热电提供，一级；⑤硅灰：由青海蓝天公司提供；⑥水：采用自来水[1]。

2 透水孔尺寸和位置设计

在设计混凝结构透水砖配合比的基础上，同时对透水孔尺寸大小和透水孔位置进行了不同的设计，设计和制备了一种复合结构的混凝土结构透水砖，并对其抗压强度、透水系数、抗冻性和耐磨性性能进行了测试。

2.1 混凝土结构透水砖不同尺寸大小透水孔的制备及其性能研究

本研究中将混凝土结构透水砖结构以及透水孔形状设计为圆台型，圆台型透水孔尺寸分为上截面直径和下截面直径，设计3组模具上截面直径和下截面直径分别依次增大（模具如图1所示）。

图1 不同透水孔尺寸大小的混凝土结构透水砖制备模具

不同透水孔尺寸大小的透水砖抗压强度、冻融循环后抗压强度损失率和透水系数测试方法同上述的测试方法，其测试结果如下表1所示。

表1 不同透水孔尺寸大小的混凝土结构透水砖性能测试结果

表1中可以看出，随着透水孔尺寸的增大，透水砖冻融前后的抗压强度值都减小，但透水系数随着透水孔尺寸的增大而增大。图2为冻融前后不同尺寸大小透水孔的透水砖抗压强度柱状图，从图中可以看出，冻融后透水砖的抗压强度值相比冻融前的抗压强度值有所降低，但降低值都较小，由此可以计算出抗压强度损失率，从计算出的数据可知，经25次冻融循环后抗压强度损失率随着透水孔尺寸增大而增大。

图2 冻融前后混凝土复合结构透水砖抗压强度柱状图

2.2 不同透水孔位置的混凝土结构透水砖的制备及其性能研究

研究将混凝土结构透水砖的透水孔设计不同的位置，以保证透水孔数量和尺寸大小相同但布局不同，如图3所示[2]。

图3 不同透水孔位置的混凝土结构透水砖制备模具

不同透水孔位置的混凝土结构透水砖抗压强度、冻融循环后抗压强度损失率和透水系数测试方法同上述的测试方法，其测试结果如下表2所示。

表2 不同透水孔位置的混凝土结构透水砖性能测试结果

从表2可以看出，由试模4和试模5制备的透水砖的抗压强度和冻表融循环后抗压强度损失率不同，这表明透水孔位置不同造成其性能抗压强度和冻融循环后抗压强度损失率也有所差异，造成这种差异的原因应该是透水砖受力时所受应力位置不同，导致其强度和接受抗压破坏的能力不同。并且由试模4和试模5制备的透水砖的透水系数差异不大，这说明当透水孔的数量和尺寸大小一样时，透水孔位置的布局对于透水系数性能影响不大。

2.3 混凝土复合结构透水砖的制备及其性能研究

为了实现混凝土结构透水砖透水速度快而又不易堵塞的目的，本研究在以上试验基础上设计了一种混凝土复合结构透水砖，即混凝土复合结构透水砖分为上下两层：下层结构为上述带圆台型透水孔的混凝土结构透水砖，其厚度为40mm，上层结构为由混凝土孔隙透水的混凝土透水砖，其厚度为20mm。

在研究混凝土复合结构透水砖性能时，下层结构中圆台型透水孔截面尺寸分别为试模1、2、3透水孔上截面和下截面的尺寸，但其高度减小为40mm（如图4）。因此制备混凝土复合结构透水砖时，也制备了三种不同透水孔尺寸大小的混凝土复合结构透水砖。

图4 不同透水孔尺寸大小的混凝土复合结构透水砖制备模具

混凝土复合结构透水砖抗压强度、冻融循环后抗压强度损失率和透水系数测试方法同上述的测试方法，其测试结果如下表3所示。鉴于对混凝土结构透水砖耐久性能考虑，对制备的混凝土复合结构透水砖的耐磨性进行了测试，测试方法依据标准GB/T25993-2010 《透水路面砖和透水路面板》和GB/T《无机地面材料耐磨性能试验方法》的规定，其测试结果如表3所示。

从表3数据可以看出，混凝土复合结构透水砖随着下层结构中透水孔尺寸的增大，混凝土结构透水砖的冻融前后的抗压强度值都减小，但透水系数随着透水孔尺寸的增大而增大。不同试模制备的混凝土复合结构透水砖的耐磨性能值相差不大，且都满足透水路面砖耐磨性要求。这是因为耐磨性能试验面是混凝土复合结构透水砖的上层结构，而混凝土复合结构透水砖的上层结构都是20mm厚的骨料间孔隙透水的混凝土透水砖，其制备时基本配比一样，因此，不同试模制备的混凝土复合结构透水砖的耐磨性能值相差不大。

表3 复合混凝土结构透水砖性能测试结果

图5中可以看出，冻融后混凝土复合结构透水砖的抗压强度值相比冻融前的抗压强度值有所降低，由此可以计算出抗压强度损失率，从计算出的数据可知，经25次冻融循环后抗压强度损失率随着透水孔尺寸增大而增大[3]。

图5 冻融前后混凝土复合结构透水砖抗压强度柱状图

3 结束语

①预留透水孔尺寸大小的改变会影响混凝土结构透水砖的性能，随着透水孔尺寸的增大，混凝土结构透水砖的冻融前后的抗压强度值都减小，但透水系数随着透水孔尺寸的增大而增大；②预留透水孔位置的改变会影响混凝土结构透水砖的性能，不同预留透水孔位置会造成混凝土结构透水砖受力时应力位置不同；④混凝土复合结构透水砖中预留的透水孔结构，不仅能有效解决普通混凝土透水砖强度和透水系数相互矛盾的问题，而且上层骨料间孔隙透水的结构能有效解决混凝土结构透水砖耐磨性和易堵塞问题。