成型方式对透水水泥混凝土性能的影响

王 昆，朱仁景，谭佳琪

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067； 2.重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074)

成型方式对透水水泥混凝土性能的影响

王 昆1，朱仁景1，谭佳琪2

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067； 2.重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074)

目前透水水泥混凝土的配合比设计方法尚不成熟，成型方式更是复杂多样。通过合理的试验设计，综合分析各种成型方法对透水水泥混凝土强度、透水系数的影响，以得到适合于透水水泥混凝土配合比设计的最佳成型方法。试验结果表明：以静压法(2 MPa)成型方式制备的透水水泥混凝土试件其抗压强度最高；不同成型方法对透水水泥混凝土的有效孔隙率、透水系数的影响较小；透水水泥混凝土的透水系数与有效孔隙率呈2次多项式的关系。

道路工程；透水；水泥混凝土；成型方式；强度透水系数

随着全球气候的恶化，低开发、低影响的建设理念逐渐得到建筑、交通行业的认可。在寻求建设与自然和平共处、维护生态平衡的道路过程中，国内外学者对透水水泥混凝土路面进行了积极研发，其中大孔隙水泥混凝土路面材料为其典型代表。透水水泥混凝土属于生态型、环保型混凝土，道路路面铺筑透水水泥混凝土能够增加城市透水、透气的空间，有利于调节城市的微气候，减小“热岛效应”，解决城市地下水位降低、城市内涝等问题。

在国内，目前对于透水水泥混凝土配合比设计还不成熟，尤其是室内成型方法没有确切、统一的规定，成型方法可谓是百花齐放，如东南大学的陶卓辉[1]建议采用插捣法成型透水水泥混凝土；长安大学的侯红青[2]采用改制平板振动器制备透水水泥混凝土试件；合肥工业大学的时啸林[3]推荐采用振动—碾压方式制备试件；湖南环达公路桥梁建设总公司的彭进[4]则建议以2 MPa的压力静压成型试件。为此，本文综合现有透水水泥混凝土的成型方法，通过室内试验对比分析各成型方法对透水水泥混凝土性能的影响，并提出适合于透水水泥混凝土性能设计的室内成型方法。

1 材料设计

本文设计的透水水泥混凝土性能如下：抗压强度25 MPa，抗折强度3.0 MPa，目标孔隙率18%。原材料采用山水牌P42.5级硅酸盐水泥、10～15 mm粒径的石灰岩以及北京德昌伟业的水泥混凝土高效早强减水剂、增强剂。原材料各项技术指标见表1～3。

表1 水泥技术指标

表2 粗集料技术指标

表3 减水剂技术指标

由表1～3可以看出，原材料各项技术指标均满足规范要求。10～15 mm粒径粗集料的紧密堆积孔隙率为43.64%，采用体积法中的填充裹覆理论[5]，以18%目标孔隙率对透水水泥混凝土进行配合比设计，具体见表4。

2 成型方式对透水水泥混凝土性能的影响

透水水泥混凝土属于干硬性混凝土，不同的成型方法致使其结构组成、孔隙结构不同，其各项性能也不尽相同。为此，本文通过研究不同成型方式对透水混凝土强度和透水系数的影响来确定其最佳成型方式。

表4 透水水泥混凝土配合比

注：VD为集料紧密堆积孔隙率；P为目标空隙率；WC为水灰比。

2.1 成型方式对透水水泥混凝土强度的影响

分别采用振动台振动、插捣、插捣+静压、静压及平板振动器振动5种成型方式成型透水水泥混凝土试件，分别养生7、28 d后进行抗压强度、抗折强度的试验，试验结果见表5，变化规律见图1、图2。

表5 采用不同成型方式的透水水泥混凝土强度 MPa

图1 采用不同成型方式的抗压强度变化规律

图2 采用不同成型方式的抗折强度变化规律

由表5及图1、图2可知，透水水泥混凝土成型方式不同，其强度存在一定的差异性。龄期相同条件下，无论是抗压强度还是抗折强度，采用不同成型方式成型的试件其强度排序为静压>静压+插捣(0.5 MPa)>插捣>平板振动器振动>振动台振动。

无论7 d还是28 d强度，静压方式成型试件的抗压强度、抗折强度均最大，即以2 MPa压力成型试件时，集料可发生移动，使裹覆水泥的集料紧密嵌挤，形成骨架结构，其强度由集料间的较大嵌挤、摩擦力和水泥、外加剂的粘结作用2方面形成[6]。另外，就试件外观看，静压方式成型试件底部无沉浆现象，水泥胶浆完全包裹在集料表面。

以振动台振动方式成型试件的强度最低，且试件底部存在较多水泥浆，这是由于在振动作用下，粘附在集料表面的水泥浆下沉严重，致使集料包裹的水泥浆数量减少、厚度变薄，导致振动台振动成型试件的强度最低。

插捣与插捣+静压(0.5 MPa)方式成型试件的强度相差无几，说明将插捣完成后的试件再以0.5 MPa的压力静压，集料移动困难，即0.5 MPa的压力不足以使插捣完成的混合料发生更加紧密的咬合。

综上所述，若仅考虑透水水泥混凝土的抗压强度，则推荐采用静压方式(2 MPa)成型试件，其次为平板振动器振动方式。

2.2 成型方式对透水水泥混凝土透水系数的影响

透水水泥混凝土的成型方式影响其孔隙的大小、类型等，从而会导致孔隙率发生变化。本文将测试按5种不同成型方式成型试件的有效孔隙率、透水系数，试验结果见表6，变化规律见图3。

由表6及图3可知，配合比相同的条件下，采用不同成型方式成型的试件其有效孔隙率、透水系数有一定差异，且透水系数的变化规律与有效孔隙率的变化规律一致。采用不同成型方式成型的试件其有效孔隙率(透水系数)的排序为：振动台振动>平板振动器振动>插捣>静压+插捣(0.5 MPa)>静压。

表6 采用不同成型方式的透水水泥混凝土有效孔隙率、透水系数测试结果

图3 采用不同成型方式成型的透水水泥混凝土有效孔隙率、透水系数的变化规律

但从试件的外观看，振动台振动致使水泥浆下沉严重，虽然钻芯检测试件的有效孔隙率最大，但底部存在一定的封堵，排水性能存在一定程度的降低。而静压成型试件基本无沉浆现象，水泥浆包裹在集料表面，但其有效孔隙率、渗透系数最小，这是由于静压成型的试件其集料能够充分移动，集料之间机械咬合紧密，容易形成封闭孔、“布袋孔”[7]。另外，静压成型试件的过程中，不可避免地会出现集料被压碎的现象，致使试件有效孔隙率、透水系数降低[8]。但相对而言，采用不同成型方式成型的试件其有效孔隙率、透水系数相差不大，且均满足CCJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面的技术规程》的技术要求[9]。

就透水水泥混凝土路面而言，在透水性能满足要求的前提下，应尽可能提升其强度。因此，结合本文研究成果，推荐采用静压方式(2 MPa)成型透水水泥混凝土试件。

2.3 透水水泥混凝土透水系数与有效孔隙率的相关性分析

有效孔隙率指透水水泥混凝土内部上下连通的孔隙，是水自上而下流出的通道，即有效孔隙率的存在是透水水泥混凝土能够透水的基础。而有效孔隙率与透水系数之间是否存在某种关系，知道其一可否预估另外一个，值得深思。因此，本文根据表4的试验结果，通过数据拟合分析两者的相关性，具体见图4。

由图4可知，在试验研究范围内，透水水泥混凝土的透水系数与有效孔隙率存在2次多项式关系，即K= 0.016V2- 0.461V+ 4.023。式中：K为渗水系数；V为有效空隙率。该式拟合度较高，相关系数R2=0.919。故实际工程中，可钻芯取样测试透水

图4 透水系数随有效孔隙率的变化规律

水泥混凝土的透水系数以得出有效孔隙率，反之亦可。

3 结论

本文主要研究了不同成型方式对环保型、生态型透水水泥混凝土强度、透水系数的影响，分析透水系数与有效孔隙率的相关性，并得出以下结论：

1) 基于成型方式对透水水泥混凝土强度、透水系数的影响规律，推荐采用静压方式(2 MPa)成型透水水泥混凝土试件。

2) 成型方式对透水水泥混凝土的有效孔隙率、透水系数的影响不大。

3) 透水水泥混凝土的透水系数与有效孔隙率存在2次多项式关系，即K=0.016V2-0.461V+4.023。

[1]陶卓辉.多孔水泥混凝土路面材料设计及性能研究[D].南京：东南大学，2006.

[2]侯红青.大孔隙水泥混凝土路面材料温度响应特征[D].西安：长安大学，2010.

[3]时啸林.隧道路面高性能多孔水泥混凝土配合比设计方法的研究[D].合肥：合肥工业大学，2012.

[4]彭 进.多孔隙水泥稳定碎石基层施工技术[J].湖南交通科技，2008，34(2)：46-48.

[5]赵 海.多孔混凝土材料组成设计方法研究[J].公路交通技术，2008(4)：8-12.

[6]吴洪洋.低噪声水泥混凝土路面的适应性研究[J].贵州工业大学学报，2003(1)：79-81.

[7]霍 亮.透水性混凝土路面材料的制备及性能研究[D].南京：东南大学，2005.

[8]李增宏，车 法.多孔混凝土结构特性与强度增长规律研究[J].公路交通科技，2009(4)：32-34.

[9]江苏省建工集团有限公司.透水水泥混凝土路面的技术规程：CJJ/T135—2009[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

Influence of Forming Methods on Properties of Permeable Cement Concrete

WANG Kun1,ZHU Renjing1,TAN Jiaqi2

At present,the mixing ratio design for permeable cement concrete is not optimized,and the forming mode is complex and diverse. In this paper,through rational experiment design,the influence of each forming mode on the strength and permeability of permeable cement concrete is analyzed comprehensively to get the optimum forming method suitable for mixing ratio design of the permeable cement concrete. The results show that the compressive strength of permeable cement concrete specimen prepared by static pressure method (2MPa) is the highest; and the effect of different forming modes on the effective porosity and permeability coefficient of permeable cement concrete is relatively small; And the permeability coefficient and the effective porosity of the permeable cement concrete are quadratic polynomials.

road project; permeable; cement concrete; forming mode,strength permeability coefficient

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.003

2016-08-25

王 昆(1989-)，男，河南省平顶山市人，硕士，助工。

1009-6477(2016)06-0010-04

U416.216

A