透水性混凝土设计及其性能研究
2018-06-27王仁科大连港口设计研究院有限公司辽宁大连116001
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正文：
透水性混凝土本身空隙较大，在城市地表温度、城市地标湿度调节上具备显著的优点。目前国内外学生对透水性混凝土均进行了深入研究，为改善透水性混凝土力学性能提供了文献支撑。本文以为试验的形式，分析透水性混凝土设计及性能，详细分析如下。
1 试验概述
1.1 材料
本实验选择32.5级普通硅酸盐水泥、9.5-16粒径石灰岩碎石、4.75-16混合粒径石灰岩碎石、4.75-9.5小粒径石灰岩碎石、普通自来水。
1.2 配合比
考察不同强度水灰比、骨灰比对透水性混凝土强度的影响。水灰比配合比为0.30、0.32、0.34，骨灰比为3.6、4.0、4.4。本文主要选择三种不同的骨料配合比方式，探讨骨料粒径与透水性混凝土的关系。
1.3 试件制作与养护
试件规格为：100mm×100mm×100mm，为正方体试件，主要应用在抗压强度与透水性测试。
选择插捣工艺，开展三层插捣，第一层为试件1/3模具位置，连续插捣15次；第二次为试件2/3模具位置，连续插捣20次；第三次为试件满高位置，连续插捣25次。在试件成型24h后进行编号拆模，温度控制在18℃-22℃，湿度控制在90.0%以上，在此环境下养护28d。
2 试验内容及试验装置
2.1 抗压强度
参照GB/T50081-2002标准开展测试，使用液压式万能压力机加压，加载速度为0.5MPa/s-0.8MPa/s，对每组试块样本实施受压承载力试验，取三个试件结果平均是，以此作为抗压强度数值。
2.2 透水系数
从高度为20cm的方形套筒上端边缘进行注水，水流通过截面为z，试块渗透水流入下端盛水容器。在注水阶段需要强化水流量控制，促使水头高度维持在10cm，避免水侧漏受到影响。使用石蜡密封，保障水流区域，T为单位时间，V为体积水量，K为透水系数。
2.3 试验装置
透水性实验装置，具备加快速度方便、测试精准性强、环境适应性强的优势，与其他测试试件相比，实用性更强，可为实验开展奠定基础。在测试阶段不需要刻意维护，两人配合即可完成试验。装置本身为不锈钢整体，为可拆卸形式，可保障密封性与可靠性。
3 试验结果
3.1 水灰比对透水性混凝土性能的影响
下表1为水灰比为3.60时得到的实验数据，通过分析下表数据可得知，水灰比为0.30-0.34阶段，开展透水性混凝土强度、透水性实验，可得知随着水灰比增加，透水性混凝土的抗压强度与透水性也会增加。若水灰比过小，无法有效包裹骨料颗粒表面，会降低颗粒粘结力，进而降低透水性混凝土抗压强度。通过增加水灰比，可提升水泥浆液的流动性，保障骨料均匀包裹，以此实现透水性混凝土强度的提升。
表1 水灰比对透水性混凝土性能的影响
3.2 骨灰比对透水性混凝土性能的影响
下表2为水灰比0.30得到的实验数据，随着水灰比数值的不断变化，会增加骨灰比，使得抗压强度减少，透水系数增加。因此，透水性混凝土抗压强度会受到骨料、水泥浆体粘粘强度的影响，导致水泥浆体抗压强度与界面厚度受到影响。
表2 骨灰比对透水性混凝土性能的影响
水泥浆体抗压强度由水灰比决定，若水灰比数值确定，随着水泥量的增加，会增加骨料的包裹强度、水泥浆液的厚度，使得粘结数量增加，进而导致抗压强度提升。另外，随着水泥用量的增加，会减小水泥孔隙率，进而导致透水性混凝土的透水系数降低。
3.3 骨料级配对透水性混凝土性能的影响
下表3为0.34水灰比获得的实验数据，若水灰比与骨灰比保持不变，透水性混凝土抗压强度与骨料粒径成反比。若骨料粒径为混合粒径，透水性混凝土抗压强度高于单一和料粒径透水性混凝土抗压强度。透水系数与骨料粒径成正比，混合粒径透水系数低于单一骨料粒径透水系数。
表3 料级配对透水性混凝土性能的影响
基于上表数据得知，骨料粒径越小，单位体积内骨料颗粒接触点越多，形成的骨架余越密，胶结面积越大，可实现透水性混凝土整体强度的提升，此阶段透水系数与骨料密集度成反比。笔者认为，混合骨料粒径混凝土形成的节点比小粒径骨料节点更密集，可实现透水性混凝土抗压强度的提升，减少透水性混凝土透水系数。
4 试验结论
通过深入研究水灰比、骨料配比、骨灰比等配备的抗压强度与透水性，开展正交试验设计，获得下表4数据。
表4 正交实验结果极差分析
通过整合表1、表4数据，开展深入分析得到以下结论。
第一单位体积水泥用量会影响透水性混凝土性能，降低其透水系数、抗压强度，对水灰比、骨料颗粒影响次之。
第二，透水性混凝土与单位体积水泥用量成反比，随着水泥用量的增加，会导致透水性混凝土性能降低。力学性能与单位体积水泥用量或水灰比成反比。
第三，最佳透水系数为4A，最佳抗压强度为7C。通过对比两个最佳配合比，可保障透水性混凝土的力学性能与透水性能。笔者建议，透水性混凝土设计配合比分别为：水灰比0.32，粒径9.5-16，骨灰比为3.60。
