透水混凝土的配合比设计探讨

刘亚冉

（石家庄市水利水电勘测设计研究院，河北 石家庄 050011）

透水混凝土是一种生态型环保混凝土。它为开放级配，既有一定的强度，又具有一定的透气透水性的混凝土。采用了透水混凝土，水分可以很快渗入地下保持地下土壤的潮湿。道路表面在雨天不会积水、反光。从而很好的缓解不透水铺装对环境造成的影响。

1 透水混凝土的结构特征

透水混凝土是由水、水泥、粗骨料组成的，采用单粒级粗骨料作为骨架，水泥净浆或加入少量细骨料的砂浆薄层包裹在粗骨料颗粒的表面，作为骨料颗粒之间的胶结层，骨料颗粒通过硬化的水泥浆薄层胶结而形成多孔的堆积结构，因此混凝土内部存在着大量的连通孔隙，且多为直径超过1mm的大孔。在雨天或路面积水时，水能沿这些贯通的孔隙通道顺利渗入地下，因此具有良好的透水性和透气性。

根据结构模型可知，透水性混凝土受力时通过骨料间的胶结点传递力的作用，由于骨料本身的强度较高，水泥凝胶层很薄，水泥凝胶体与粗骨料界面之间的胶结面积小，其破坏特征是骨料颗粒间的连接点处被破坏，因此在保证一定空隙率的前提下，增加交接点的面积，提高交接层的强度是提高透水性混凝土强度的关键。

2 影响透水混凝土性能的因素

2.1 水泥用量对强度的影响

在保证最佳用水量的前提下，适当增加水泥用量，能够增加骨料周围水泥浆的稠度和厚度，可有效提高透水混凝土的强度。但水泥用量过多会使浆体增多，减少孔隙率，降低透水性。因此，水泥用量受所用骨料的粒径影响，如果骨料的粒径较小、骨料的比表面积较大，则应适当增加水泥用量。

2.2 水灰比对强度的影响

水灰比既影响混凝土的强度，又影响其透水性。透水混凝土的水灰比一般随着水泥用量的增加而减少，但只是在一个较小的范围内波动。对确定的某一级配骨料和水泥用量，有一最佳水灰比，此时透水混凝土才会具有最大的强度。

当水灰比小于这一最佳值时，水泥浆难以均匀地包裹所有的骨料颗粒，工作度变差，达不到适当的密实度，不利于强度的提高。反之，如果水灰比过大，易产生离析，水泥浆会从骨料颗粒上淌下，形成不均匀的混凝土组织，既不利透水，也不利于强度的提高。

2.3 集灰比对强度的影响

透水混凝土的强度主要由粗骨料之间的咬合摩擦力以及骨料与水泥浆体的粘结强度决定。水泥浆体的强度主要由水灰比决定，在一定水灰比下，水泥用量的增大使得界面厚度增大，粘结面积以及粘结点的数量增加，从而提高了它的强度。

2.4 外加剂对强度的影响

随着外加剂用量的增加，透水水泥混凝土的强度明显提高，但提高的幅度并不一样，当外加剂用量从0%提高到5%时，透水混凝土强度能提高50%；而外加剂用量从5%再往上提高时，透水混凝土强度提高的相对较少。

2.5 骨料对透水率的影响

随着骨料粒径的增大，透水混凝土的透水率明显增加，但其强度明显减少，是骨料之间的咬合点减少所导致。

2.6 施工技术对透水率和强度的影响

在透水混凝土配合比试拌中，如果不按要求振实，就会明显影响混凝土的性能。振捣不够会影响透水混凝土的强度，过振时透水混凝土的透水率达不到要求。在施工中也有类似的情况，因此，在做好设计配合比的前提下，合适的施工工艺流程也是保证透水混凝土性能的一个关键因素。

3 试验配制

3.1 原材料的品种与选择

（1）在透水混凝土中，水泥石与骨料界面的粘结强度是混凝土的最薄弱环节，是决定混凝土强度的关键因素，因此水泥的活性、品种、数量的选择尤为重要。透水混凝土要采用强度较高、混合材料掺量较少的水泥或普通硅酸盐水泥。水泥浆的用量以刚能完全包裹骨料的表面为最佳，形成一种均匀的水泥浆膜层，并采用最小水泥用量为原则；因过大的水泥用量不仅会造成透水性的减弱、增加成本，还会造成水泥石收缩量增大，形成裂缝，使混凝土的强度反而降低。

（2）粗骨料是透水混凝土的结构骨架，骨料粒径的大小视透水混凝土结构的厚度、强度、透水性而定。试验资料表明，透水混凝土的颗粒级配是决定其强度和透水的主要因素之一，为保证透水混凝土强度及其透水功能，粗骨料常用颗粒较小的单粒径。骨料粒径越小，骨料的堆积密度越大且颗粒间的接触点越多，配制的透水混凝土强度高，透水性能会降低。骨料粒径越小，其比表面积越大，所形成的结构骨架单位体积内骨料颗粒之间接触点数量越多，胶结面积越大，可提高混凝土的强度，但须同时调整水泥用量。骨料粒径越大，比表面积越小，所形成的结构骨料单位体积内骨料颗粒之间接触点数量少，胶结面积越小，从而可提高透水性，但会降低强度。

粗骨料有连续级配与间断级配之分。连续级配即颗粒由小到大，每级粗骨料占有一定比例，相邻两级粒径之比为 N=2，天然河卵石均属连续级配，连续级配的粒级间会出现干扰现象。为得到较小空隙率，相邻两级骨料粒径比应较大，才能使颗粒十分靠近，大颗粒的数量最多，这就是间断级配。如图2所示，将3个大球堆成最紧密状态，次一级小球直径只有正好小于此空隙尺寸，才能填入空隙中，设大球直径为D，小球直径为d，若相邻两级粒径之比D:d=6，直径小的一级骨料正好填充大一级骨料的空隙，此时骨料的空隙率最低，比表面积最小，接触点数量较多。但在混凝土中，骨料并非球形，粒径也不等，各骨料颗粒间有水泥砂浆层，故大颗粒间距可能增大，因而可考虑 D:d=4～8。单粒级骨料易使混凝土发生离析现象，制作透水混凝土时须调整水泥用量和水灰比，否则极易出现骨料表面的水泥浆膜层厚度不均匀、流浆等现象，直接影响混凝土的强度、透水性及质量稳定性。

（3）拌和及养护用水采用地方饮用水。

3.2 参数的确定

影响透水混凝土性能的因素有透水方式、密实程度、原材料性能、配合比、成型方法和养护条件等。其中强度和透水性是对立的，确定参数时须综合考虑。

（1）水灰比既影响透水混凝土的强度又影响其透水性。水泥浆过于干稠，混凝土拌合物和易性太差，水泥浆不能充分包裹骨料表面，不利于提高混凝土的强度；反之，若水灰比过大，稀水泥浆可能将透水孔隙部分或全部堵死，既不利于透水，又不利于强度的提高。最佳水灰比介于0.25～0.35之间。

（2）骨灰比的大小影响骨料颗粒表面包裹的水泥浆薄厚程度以及孔隙率的多少，也就是影响透水混凝土的强度和透水性。当水泥用量一定时，增大骨灰比，骨料颗粒表面水泥浆厚度减薄，孔隙率增加，透水性提高，但强度却降低了；反之，则透水性降低，强度提高。考虑较小粒径骨料的表面积较大，为保持水泥浆体的合理厚度，小粒径骨料的骨灰比应适当小一些。本次试验采用的骨灰比在5.6～7.0。

（3）1m3混凝土所用骨料总量取骨料的紧堆密度。

（4）根据骨料的体积空隙率及胶凝材料在骨料内的填充率为25%～50%，确定水泥用量。

3.3 制作工艺的确定

根据上述原则计算确定混凝土的配合比，考虑粗骨料表面要形成稳定均匀的水泥浆层，采用人工搅拌，搅拌时先往骨料中加入水进行搅拌，使骨料吸水率为1%～3%，骨料表面均被润湿后再加水泥拌和，形成包裹骨料表面的水泥粉壳，最后加入剩余水量的水搅拌均匀。该搅拌顺序能使混凝土骨料表面易形成厚度均匀的水泥浆层，没有水泥浆下滴现象，且颗粒有类似金属光泽，以保证必要的强度和透水性。机械振捣20s成型，试件尺寸为 100mm×100mm×100mm。混凝土浇筑1d后开始常温下洒水养护，每天洒水5～6次，养护7d后进行自然养护，养护时表面覆盖塑料薄膜，以防水分散失。