骨胶比及水灰比对透水混凝土性能的影响

周太华 陈征征 赵晨阳

摘  要：為了研究骨胶比和水灰比对透水混凝土的整体抗压强度和透水系数的直接影响，研究出综合性能最好、性价比最好的配合比。将使用单一变量法，设计不同的骨胶比和水灰比进行试验，从而得出抗压强度与透水系数的关系。试验结果表明，透水混凝土整体的抗压强度及透水系数与相应的配合比有较大的关系。

关键词：透水混凝土;骨胶比;水灰比;抗压强度;透水系数

0引言

近代以来，随着现代人们需求的不断提高，城市化的推动和建设也在突飞猛进，虽然这一时期人们的物质和生活条件都得到显著的提高和改善，但同时也给城市带来了各种严峻的环境污染问题——城市中的雨水不能及时收集和利用，造成资源浪费，并且导致空气中热量难以正常流通，造成“热岛效应”[1]。透水混凝土恰好可以有效的解决雨水再利用的问题。一些学者也对此进行了一些研究：边亚东等[2]在透水混凝土强度研究中，得出混凝土强度会受到水灰比，再生骨料粒径和目标孔隙率的影响。佟钰[3]等人在对透水混凝土的研究当中，发现当水灰比为0.38～0.41时，骨胶比为4.0～4.6，相应的整体强度最好。袁汉卿[4]在对透水混凝土的研究中，发现当骨料被50%取代时，强度最好。Muhammad[5]研究透水混凝土，得到孔隙率和渗透系数对抗压强度和抗折强度渗透性的影响。Chindaprasirt[6]研究发现，添加适量的细砂和粉煤灰可以提高透水混凝土整体的强度[7]。

本文将透水混凝土的水灰比和骨胶比作为两个变量，对比各组试验分析研究透水混凝土的抗压强度、水灰比、骨胶比、透水系数四者之间的关系。归纳出透水混凝土整体性能最佳的配合比，以减少工程中的不必要用料。

1试验原材料

原材料主要包括水泥、砾石、水。其中复合水泥采用的是由安徽宿州海螺水泥公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥，性能标准如图表1，水泥的物理性能如表2，水泥的化学物质组成如表3。石子购自江苏扬州某公司，采用5-10mm的砾石粗骨料，性能测试如图表4。

表1水泥技术性能指标

项目凝结时间抗折强度抗压强度细度筛余/%初凝/min终凝/h3d28d3d28d标准≥45≤10≥3.5≥6.5≥16.0≥42.5≤10表2 水泥的物理性能

项目凝结时间（h：min）抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）安定性初凝终凝3d28d3d28d测量2：156：075.27.532.458合格表3 P.O42.5水泥的化学组成

品种SiO2Al2O3CaOMgOK2OFe2O3Na2OSO3烧失量组成（%）19.54.261.51.62.05.01.11.43.7表4 粗骨料技术性能指标

石子粒径/mm紧密堆积密度/（kg/m3）表观密度/（kg/m3）空隙率/%5-101485270544.72实验方法及配合比设计

2.1配合比设计

实验中为探究透水混凝土其强度、透水系数与骨胶比、水灰比之间的关系，所以体积法是本文实验的关键。一般混凝土大多只需考虑良好的力学性能，但透水混凝土与一般混凝土不同，还应考虑透水问题。由于需要控制骨灰比和水灰比，故采用固定水泥用量，从而变相控制粗骨料和水的用量。透水混凝土配合比设计见图表3。

表3配合比设计

编号石子（kg）水泥（kg）水（kg）骨胶比水灰比A11.2000.3000.0904.000.30A21.2750.3000.0904.250.30A31.3500.3000.0904.500.30D11.2000.3000.0754.000.25D21.2000.3000.1054.000.35D31.2000.3000.1204.000.402.2实验方法

2.2.1试拌及养护

搅拌方式为人工搅拌，将骨料和胶凝材料混合搅拌30秒，然后加入相应比例的水搅拌五分钟，然后放入100.00mm的立方体的模具中，在振动台上振动5-10秒，最后将试块贴膜养护。待试块成型一天后取出，放入SHBY-40B型水泥砼恒温标准养护箱标准养护至14d。

2.2.2透水混凝土单轴压缩试验

透水混凝土单轴压缩试验所使用的的机器是济南科汇试验设备有限公司生产的微机控制电液伺服万能试验机。对六组不同的试块进行等压力变化压缩试验，得出相关的应力曲线，从而进行对比分析。

2.2.3透水混凝土透水系数的测试

根据《透水水泥混凝土路面技术规程（CJJ/T135—2009）》附录A的规定，使用Φ100mm×100mm的模具，脱模后标准养护至规定龄期，最后进行透水混凝土的透水系数的测试，将测试得到的透水系数数据进行整合，绘出相关的曲线。

3试验数据与分析

3.1试验数据

对经过标准养护14d的透水混凝土试块进行测定，探究其骨胶比、水灰比、抗压强度和透水系数四者之间的关系。对六组不同配合比的试块，分别进行抗压和透水系数的测定。实验数据如图表5所示。

表5实验数据

编号抗压强度/（MPa）透水系数/（cm/s）A138.105.96A237.327.59A330.878.35D132.986.30D235.865.84D333.035.323.2实验数据分析

影响透水混凝土抗压强度的因素主要有粗骨料之间的机械咬合力，还有胶凝材料浆体包裹粗骨料的程度。影响透水系数的主要因素是透水混凝土试块的孔隙率。

（1）骨料作为透水混凝土的主要结构骨架，其粒径大小对透水混凝土的基本性能有着较大影响。从图1和图2中可发现透水混凝土在相同的水灰比的情况下，随着透水混凝土骨胶比的增大，而使透水混凝土的整体抗压强度逐渐降低，然而透水系数会逐渐增加，并且骨胶比在4.25-4.50时的降低尤为明显，同时骨胶比在4.00-4.25时透水混凝土的透水系数增长也十分明显。随着骨胶比的增大，骨料之间的接触面积减少趋势相对较大，胶结体包裹骨料愈加不均匀，黏结点减少较多，导致混凝土内部结构缺陷增多，从而使骨料之间的机械咬合力降低。黏结点变少的同时，透水混凝土的内部结构空隙增大，孔隙率增加，透水系数逐渐增大。因此对于透水混凝土而言，在抗压强度和透水系数两个要素的制约下，骨胶比选用在4.25左右时，透水混凝土整体抗压强度与透水性综合性能相对最优。

（2）在骨膠比相同的情况下，骨胶比对透水混凝土的影响如图3和图4，从中可发现，水灰比在0.25-0.30时，透水混凝土的强度增加，而随后抗压强度随水灰比的增大而减小，但减小的幅度较小。透水系数随水灰比增大而一直减小。骨胶比不变的条件下，在水灰比增加的同时，胶凝材料用量不变，水的用量增加，水泥胶凝材料水化反应得到充分反应，胶凝材料浆体更充分均匀的包裹粗骨料，因此水灰比在0.25-0.30时，透水混凝土强度随水灰比增大而增强，但当水灰比在0.30-0.40时，水泥胶凝材料用量不变，水的用量逐渐增加，导致胶凝材料浆体的流动性不断增大，产生离析现象，在制作试块和试块成型的过程中胶凝材料浆体从模具底端中流淌出来，致使透水混凝土中的粗骨料包裹程度降低，从宏观力学中呈现抗压强度降低。

在骨胶比不变，水灰比不断增加的过程中，透水系数会不断降低，因为水的用量不断增加胶凝材料浆体流动性增大，透水混凝土中的空隙被填充，使连续空隙更难形成，透水通道减少，透水系数降低。

因此在骨胶比相同的情况下，水灰比应选用0.30左右，此时水泥胶凝材料水化程度相对更充分，且透水系数良好。

4结论

（1）影响透水混凝土的抗压强度和透水系数的主要因素是不同的骨胶比，较大的骨胶比会导致混凝土抗压不足。水灰比只有在0.25-0.30时对透水混凝土的整体抗压强度有较大的直接影响，且会使其抗压强度有所提升。而后的对水灰比的继续增加，并不利于透水混凝土的抗压强度与透水性。

（2）测试分析结果表明，在整体水灰比始终保持不变的条件下，不论是整体抗压强度，还是透水混凝土透水系数，骨胶比对其的抗压强度影响都相对较大，且其整体抗压强度和透水系数之间呈现显著的负相关。

（3）综合本文实验数据，可以发现在透水混凝土中，骨胶比对其的影响很大程度的超过了水灰比对其的影响。在实际施工应用时，可以根据实际工程要求，先确定各种透水混凝土材料的水灰比，再使用适当的骨胶比，使其能够在优良的透水性和高强度之间取得良好的平衡。

参考文献

[1]杨静.建筑材料与人居环境[M].北京：清华大学出版社，2001：224-22.

[2]边亚东，洪诚，孙光林，等.再生粗骨料无砂多孔混凝土透水性能试验研究[J].混凝土.2018，（11）：145-147.

[3]佟枉，赵立，马鹏毅，等.再生粗集料透水混凝土的力学强度与透水性能研究[J].混凝土，2017，（9）：61-63.

[4]袁汉卿，蒋友宝，崔玉理，等.再生骨料透水混凝土的透水性和抗压强度[J].材料导报，2018，（S2）：466-470.

[5]BHUTTA M A R，HASANAH N，FARHAYU N，et al.Properties of porous concrete from waste crushed concrete （recycled aggregate） [J]. Construction and Building Ma-terials，2013，47： 1243-1248.

[6]CHINDAPRASIRTP，NUAKLONGP，ZAETANGY，etal.Mechanical and thermal properties of recycling light-weight pervious concrete[J].Arabian Journal for Sci-ence &Engineering，2015，40（2）：443-450.

[7]刘宁宁，陈征征.不同配合比透水混凝土的力学性能[J].辽东学院学报：自然科学版.2020（2）：118-121.

作者简介：周太华，男，汉族，籍贯：安徽宿州，生于：2000-12-29，本科在读，研究方向：土木工程。

陈征征，女，汉族，籍贯：安徽宿州，生于：1989-4-2，职称：讲师， 硕士研究生学历，研究方向，结构支护、建筑材料。

赵晨阳，女，汉族，籍贯：安徽宿州。

基金项目：国家级训练项目（201910379051）;国家级训练项目（202110379013）