透水混凝土的力学性能优化及影响因素研究

杨星宝  ,张景山 

中铁七局西安铁路工程有限公司  710000

摘要：近些年，随着经济的发展，透水混凝土具有多孔的特点，可大大改善道路雨水的渗透速度和渗透总量，减少地表径流量和路面积水现象，同时对径流中的悬浮颗粒物有较好的截留过滤作用。采用单一粒径骨料的透水混凝土通常具有远大于实际需求的孔隙率，较大的孔隙率导致其强度较低，采用级配骨料配制透水混凝土可有效提高其强度。此外，在透水混凝土中掺入适量粉煤灰，粉煤灰中的化学成分可与水泥中的碱组分反应，生成水化产物附着在骨料表面，从而改善透水混凝土的内部孔结构，提高其强度。

关键词：透水混凝土；力学性能；优化；影响因素

引言

透水混凝土作为一种特殊的路面结构，在“海绵城市”建设过程中得到了良好的推广应用，作为一种具备生态环境优势的绿色建筑材料，既可以迅速排水、降低噪音，又可降低城市热岛效应，但随着承载时间的增加，该类型路面也暴露了部分问题，如承载能力不如普通混凝土，抗冻性差，容易堵塞等。透水混凝土的力学性能、耐久性能、透水性能与混凝土内部结构具有直接相关关系。针对混凝土添加剂、胶凝材料、外掺料等方面开展了相应的研究，得出了建设性的成果。

1透水混凝土特性及组成和指标

1.1透水混凝土特性

透水混凝土由粗骨料、胶凝材料、外加剂和掺合料按比例配制而成，与传统混凝土不同的是，以单一级配粗骨料为主体，很少或不使用沙石等细骨料，使其保持较好的透水能力，其内部疏松多孔，孔隙率较高，这些半联通或联通的孔隙能让雨水渗入地下。但透水混凝土强度低，在寒冷环境下受冻融破坏的范围和程度会更大，粗骨料之间大多为点式连接，导致其抗压、抗拉和抗弯强度偏低，限制了使用发展。

1.2原材料的选用

水泥：一般采用强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。骨料：骨料应尽量选择棱角更多的碎石，通常粒径为9.5ｍｍ～16ｍｍ，4.75ｍｍ～9.5ｍｍ。减水剂：常用聚羧酸系减水剂。矿物掺合料：掺合料常用硅灰或粉煤灰。

1.3透水混凝土抗冻性评价指标

透水混凝土抗冻性常用的评价指标如下：质量损失率。透水混凝土在经过多次冻融循环后，透水混凝土表面会出现水泥石脱落、集料掉落、内部破坏等情况，造成透水混凝土的质量损失，透水混凝土质量损失是评价透水混凝土抗冻性的一个重要指标，当质量损失率超过５％时就达到了破坏状态。抗压强度损失率。透水混凝土是多孔隙结构，造成冰晶直接对孔隙内壁冻胀破坏。另一方面，内部未冻结水对连通孔隙中的孔隙壁产生静水压力，造成透水混凝土内部损伤导致强度破坏，强度损失率高于２０％时达到破坏。相对弹性模量。相对弹性模量是采用超声波检测仪测量，部分骨料松动脱落时会导致密度降低，致使声波的传播速度下降，一定程度上反映了透水混凝土内部的损伤情况。

2试验结果与分析

2.1透水混凝土水泥浆体工作性试验分析

研究显示：ＪＩＳ－Ａ116《日本水泥混凝土路面施工指南》中稠度的评价方法涉及了不同水灰比指标下透水混凝土工作性分布Ａ～Ｅ共５个等级。）相同水灰比下，随减水剂用量增加，浆体流动度呈增加趋势，且不同水灰比条件下，减水剂对流动度指标的影响也存在较大差异。说明减水剂的添加，水泥浆体更加稀，流动性显著增加，且水灰比越大，减水剂对浆体流动度改善效果越显著。随水灰比的增大，达到相同流动度时的减水剂用量也相对降低。根据ＣＪＪ／Ｔ　135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中拌和物和易性的描述及实体工程经验，透水混凝土拌和物工作性良好的表现为：新拌混凝土表面光亮，手抓成团，有微浆析出。

2.2透水混凝土抗压强度试验分析

试验采用水泥浆体流动度为240ｍｍ的条件下成型透水混凝土试件，在不同水灰比、空隙率条件下，分别测试养护龄期３ｄ、７ｄ和28ｄ的抗压强度，水灰比、空隙率指标的变化对混凝土抗压强度有显著影响，随水灰比增加，抗压强度基本呈下降趋势；随空隙率的增加，抗压强度显著降低，且空隙率变化幅度对抗压强度的影响远高于水灰比。说明透水混凝土受水灰比变化影响与普通混凝土的影响变化规律相符合，但对空隙率指标的变化更为敏感，有效控制透水混凝土的空隙率指标是保证混凝土质量的关键措施之一。空隙率对抗压强度的影响基本不随养护龄期而变化，而水灰比对抗压强度的影响，在养护龄期７ｄ时影响程度最小，养护龄期28ｄ时影响程度最大。因此，对透水混凝土水灰比指标的确定，采用养护龄期28ｄ的试件较为合适，以降低差异性。结合水泥混凝土强度发展规律可知：水灰比越小，混凝土的力学强度值越大，对于透水混凝土强度变化规律也同样适用。同时，对于大空隙率的混凝土，主要由于内部密实度的降低导致了强度下降，在配合比设计过程中，满足排水量要求的前提下，进一步控制水灰比、空隙率，保证足够的水泥浆体裹覆粗集料，且粗集料能够有效形成内部密实骨架结构。

2.3透水混凝土抗折强度试验分析

透水混凝土的抗折强度受水灰比、空隙率影响变化规律与抗压强度相接近，均随水灰比、空隙率的增加而呈下降趋势。由此可见，抗折强度受空隙率的影响也高于水灰比的影响。整体上分析，水灰比变化对抗折强度的影响程度高于抗压强度，而空隙率对二者的影响差别不大。这主要由于混凝土内部空隙率过大，水灰比为0.25时，水泥浆不足够裹覆集料，集料间的黏聚力降低；随着水灰比的增加，混凝土内部水泥浆充足，拌和物工作性达到最佳，黏聚力提高，其抗折强度也随之提高。但当水灰比超过0.30时，水泥浆太稀，对集料的裹覆能力下降，导致黏结强度下降。

3施工要点及路面性能测试

3.1施工要点

按照前文确定的透水混凝土配合比，开展福州森林公园路面工程人行道和非机动车道的透水混凝土铺设。铺设过程中应注意以下几点的把控：严格按配合比进行透水混凝土投料，搅拌时应采用强制式搅拌机，防止混凝土孔隙分布不均从而影响透水性能。在开展混凝土运输工作时应从工程结构特点出发，保证透水混凝土的运输总量满足工程需要量，并加强对运输时间把控。基层透水混凝土人工摊铺完成后应立即用平板振动器进行振捣，从而使其具备较好的均匀度和密实度，同时应把握振捣时间防止出现离析现象。面层混凝土摊平后进行人工或机械滚平碾压，确保其强度和密实度满足要求，随后用磨光机磨平路面，以满足路面平整度的要求。在面层浇筑施工工艺完成后立即用塑料薄膜或彩条布全覆盖保护，保证其湿度处在合理的范围内，防止水分过分散失影响混凝土强度。

3.2路面性能测试

在透水混凝土铺设过程中现场随机取样制件，与路面同等条件下养护28天后进行抗压强度和透水系数测试。透水混凝土路面施工完成3个月后按照规范要求，通过钻芯法测量透水混凝土抗压强度及透水系数，透水混凝土路面施工中，基层与面层透水混凝土标准立方体试件和芯样试件与实验室设计配合比相关性能基本吻合，满足透水混凝土路面设计要求。透水混凝土路面基层和面层厚度通过芯样法测量，实测厚度为基层10.2cm，面层5.1cm，符合规范对厚度误差的要求。全路段随机选取十个区的喷淋试验中，发现水喷淋后能够迅速渗透，不会产生积水情况；另外下雨天经观察路面无积水，夜间无反光，非机动车和行人通行时路感良好。

结语

总体而言，与单一粒径骨料相比，采用合理的级配骨料可有效提高透水混凝土的抗压强度。随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土的空心率和透水系数均呈下降趋势，抗压强度和抗折强度均呈先增大后减小的趋势。

参考文献

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[2]倪凯翔.透水混凝土基本性能试验研究[D].南京:东南大学,2018.

[3]陈晋栋,王武祥,张磊蕾.透水混凝土性能试验方法研究[J].新型建筑材料,2018,45(8):80-87.