透水混凝土配合比设计浅析

陈文伟 薛艳

摘要：透水混凝土具有多孔、透水性好、有一定的强度。本文对无砂透水混凝土的配比设计进行了试验，分析影响透水混凝土强度及渗透系数的因素。

关键词：透水混凝土；配合比；设计；实例

前 言

什么是透水混凝土：透水混凝土是由单粒径粗骨料为骨架、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，不含或含少量细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，形成骨架-空隙结构的多空混凝土；它的优点：当集中降雨时能减轻城市排水设施的负担，防止河流泛滥和水体污染，能使雨水迅速渗入地下，还原地下水，保持土壤湿度，防止路面积水，夜间不反光，增加路面安全性和通行舒适性，调节城市空间的温度和湿度，改善城市热循环，缓解热岛效应，大孔隙率能降低车辆行驶时的路面噪音，创造舒适的交通环境；大量的空隙能吸附城市污染物（如粉尘），减少扬尘污染，易于维护，空隙不会破损、不易堵塞；可以根据需要设计图案，充分与周围环境相结合。

一、原材料的选择及试验方法：

1.原材料：无砂多孔混凝土原材料的选择主要是水泥品种和强度等级；粗骨料的类型、粒径及级配。a水泥：采用江苏磊达PO 42.5普通硅酸盐水泥，水泥技术性能指标 安定性，合格；3天抗折强度4.3MPa，抗压强度26.3 MPa；28天抗折强度8.3 MPa，抗压强度47.8 Mpa；b骨料：骨料粒径4.75-9.5mm的碎石，表观密度2650kg/m3；紧密堆积密度1320kg/m3；骨料性能指标：2.5 mm粒径累计筛余99%；4.75mm粒径累计筛余87%； 9.5mm粒径累计筛余12%；含泥量0.1%。

2.试验方法及工艺：a试验方法，搅拌工艺、成型方法和养护条件对透水混凝土的强度、透水系数均有较大影响；b搅拌工艺，采用水泥包裹法，先将全部骨料及10%～30%的水装入搅拌机中预拌，再加入水泥拌合，以形成包裹骨料表面的水泥浆壳，最后加入剩余水搅拌均匀。这样的投料顺序和搅拌程序能使骨料表面形成均匀厚度的水泥浆层，以保证混凝土的强度和透水性，然后将拌和均匀的混合料装入150*150*150mm的试模中，分别用于抗压强度、透水系数和孔隙率的测试；c成型工艺：为预防由于振捣引起石子表面水泥混合砂浆包裹层的脱落，采用静压成型的方式，成型压力1.5Mpa，在3min内加压至预订压力，稳压1min；d养护方法：采用标准养护制度；e透水系数测试方法：单位面积上水流过混凝土的速度为透水系数，单位mm/s，采用变水位测定方法，主要以变水柱高度下试件的竖向渗流速度来表示试件的透水性能。采用与成型面垂直的两个侧面为透水面，透水仪置于非成型面的中间，对其他4面及测试面中超出透水仪尺寸的面积进行摸浆处理，并将透水仪和试件之间的接缝密封，向透水仪中加水直至下表明有水流出，记录水柱自然下降刻度为300ml至0的时间，精确至0.1s，透水系数按下式计算： K=H/Δt 式中K为混凝土透水系数，mm/s；H为水位的变化高度，mm；Δt为水位下降一定高度所经历的时间，s。

二、配合比设计

a体积法设计透水混凝土：与普通混凝土不同，透水混凝土配合比设计时，首先考虑的是孔隙率（填浆量），一般以骨料被浆体包裹，没有较多水泥浆流出为恰当，根据透水混凝土的结构特点，为了更好的与工程实际结合，优化配合比方案，本次试验采用体积法。设计目标孔隙率分别为15%、18%、22%，水灰比的范围为0.25～0.4，浆集比的范围0.4-0.55。体积法的相关公式如下： C/ρc+ W/ρw+ G/ρg+ P = 1 式中C为水泥的质量，kg；W为水的质量，kg；G为石子的质量，kg；P为设计孔隙率，%；ρc为水泥的密度，kg/m3；ρw为水的密度，kg/m3；ρg为石子的密度，kg/m3；b 确定骨料用量：1m3无砂透水混凝土的出骨料用量宜取紧密堆积状态下的碎石质量。粗骨料用量过少，灰骨比过大，会使部分粗骨料颗粒漂浮在水泥浆中，影响无砂透水混凝土孔隙率和透水性能。因此，骨料用量确定为1320kg/m3；c水灰比的选择：水灰比既影响无砂透水混凝土强度，又影响其透水性。对不同同粒径、不同颗粒形状的骨料，其合理水灰比不同。水灰比过小，水泥浆过稠，水泥浆较难均匀地包裹在骨料颗粒表面，不利于强度提过，反之，如果水灰比过大，水泥浆又会从骨料颗粒表面滑下，包裹粗骨料颗粒表面水泥浆过薄，同样不利于强度的提高，同时由于水泥浆流动性过大，水泥浆可能把透水空隙部分或全部填实，也不利于透水。在最初进行试拌和调整时，根据经验来判断水灰比是否合适。取拌好的拌合物观察，如果水泥浆在骨料颗粒表面包裹均匀，没有水泥浆下滴现象，表面颗粒有光泽，轻攒成团，则可认为该水灰比为最佳水灰比。透水混凝土的水灰比通常介于0.25～0.40之间。将碎石和水泥装入搅拌机，边加水边搅拌，搅拌时间应比普通混凝土延长，本文中搅拌时间4min，以便水泥浆均匀包裹在骨料表面； d确定水泥用量：采用粒径较小单一级配的骨料，使堆积骨料中含有大量的孔隙率，通过设定混凝土预设孔隙率，确定水泥浆体体积，根据水泥浆体体积，及水灰比确定水泥，及水的用量。如：石子紧密堆积密度为1320kg/m3，表观密度2650kg/m3，则骨料孔隙率50.2%。1m3石子用量1320*0.98=1294kg（考虑实际情况应乘以折减系数，折减系数取0.98），混凝土孔隙率18.0%，那么水泥浆体体积为50.2%-18.0%=32.2% 即每立方0.322m3；C/ρc+ W/ρw =0.322，即 C/3.05+W/1.0=0.322；水灰比取0.25时配合比如下：石子1294kg：水泥558kg；水139kg；水灰比取0.28时配合比如下：石子1294kg：水泥530kg；水148kg；水灰比取0.31时配合比如下：石子1294kg：水泥505kg；水156kg；水灰比取0.34时配合比如下：石子1294kg：水泥482kg；水164kg；试拌混凝土时候现场发现W/C为0.25时各种指标良好，但总体浆量偏少，遂调整石子为1280kg。

三、结果分析

透水混凝土性能水灰比取0.25时实测孔隙率17.7%，透水系数6.3mm/s，7d抗压强度12.5MPa ，28d抗压强度17.2MPa；水灰比取0.28时实测孔隙率17.3%，透水系数6.6mm/s， 7d抗压强度13.9 MPa， 28d抗压强度18.6MPa；水灰比取0.31时实测孔隙率18.5%，透水系数7.4mm/s， 7d抗压强度15.6 MPa， 28d抗压强度21.3MPa；水灰比取0.34时实测孔隙率17.6%，透水系数7.1mm/s ，7d抗压强度14.5 MPa，28d抗壓强度9.4MPa；从试验结果看，透水混凝土的抗压强度比比普通混凝土偏低，主要与水灰比、水泥用量、孔隙率有关，随着水灰比的增大，混凝土透水系数和强度均呈现先增大后减小的趋势，这是由于水灰比对拌合物和易性有明显影响，所以，会影响到硬化混凝土的孔隙率和强度。水灰比较小，混凝土均匀成型较困难，而水灰比过大时，水泥浆料发生流淌，易引起混凝土水泥浆料流淌，易引起混凝土分层现象，强度增加，因此存在一个最佳水灰比，本实验为0.31。

四、结束语

本文通过透水混凝土配合比的设计实例，介绍了透水混凝土配合比设计方法、步骤；分析了透水混凝土的强度与水泥用量和水灰比有关，对同一粒径的骨料拌制透水混凝土，存在着最佳水泥用量和水灰比0.31；透水混凝土的孔隙率、透水性随水泥用量增大而降低。