透水混凝土的透水性和抗压强度关系初探

傅帝尹 邱学寿 刘怿 蒋建飞 陈林

云南建投第三建设有限公司 云南 昆明 650032

前言

近年来，随着国内城市建设越来越快，“城市病”、“道路病”也越来越多。每逢雨季，局部路段经常出现排水不畅的淹积水现象，另外，城市建设中地下建筑的降排水导致地下水降低，地表水补充不足，造成地下水位下降；城市建筑密集，升温较快，温度高于周边地区，形成“热岛效应”等，因此，合理有效地利用地表水补充地下水，迫在眉睫。

透水混凝土由于其出色的透水性，在城市道路施工中逐渐被大众所认知和利用。它的使用能有效控制城市内涝、地下水位下降、“热岛效应”等的发生。但透水混凝土由于空隙较大，故力学性能比普通混凝土低，因此在实际施工过程中需要对其透水性和力学性能进行研究，找到一个平衡点，满足工程实际需求。

1 研究现状

随着透水混凝土的应用越来越广泛，关于透水混凝土透水性与力学性能关系的研究也引起众多学者的研究。

透水混凝土的空隙率、透水系数与抗压强度等性能的影响因素主要有骨料粒径与级配、骨灰比、水灰比、水泥强度等级、外加剂及搅拌工艺等[1]。

有学者提出透水系数与有效空隙率的相关公式为：

徐仁崇等人引入体积砂率这一参数，在配合比设计时把砂的体积考虑进去，计算出水泥用量和用水量之后，根据粗集料的级配选择合适的砂率，砂的体积部分替换掉水泥的体积。

郑木莲等人提出透水混凝土弯拉强度与抗压强度、劈裂强度与抗压强度之间均存在相关性良好的幂指数关系，其中

式中：—— 透水混凝土28d弯拉强度；

R—— 相关系数，试验组数：12组。

刘丽慧针对透水混凝土抗压强度与透水系数的关系进行了综合评比，得出保证透水系数的最佳配合比方案：水灰比为0.3，集灰比为3.5；骨料粒径为2.36～4.75mm，所占比例100%。掺加适量矿物掺和料和外加剂，其抗压强度与透水系数具有较好的相关性，相关关系式为：

——28d抗压强度MPa；

X—— 透水系数（mm/s）。

本工程采用多项式拟合方法对试验数据进行分析。

2 试验分析与工程应用

昆明规划馆项目，位于昆明市环湖东路与云秀路交叉口东南的宝丰湿地内，新馆建成后将集规划展示、学术交流、会议接待、科普教育、旅游休闲为一体的综合性展示馆。本工程总建筑面积36339.9㎡，其中地下建筑面积9412.3㎡，地上建筑面积26927.3㎡。

昆明规划馆室外道路应用了透水混凝土，在室外施工前期，对透水混凝土进行了多项配合比和试验段施工。

2.1 试验方法

固定水头法和变水头法均可以用来测试透水混凝土的透水系数。其中固定水头法使用较为普遍。即固定出水水压，测量一定时间内透过透水混凝土的水的体积，来计算出透水系数。在昆明规划馆的透水混凝土试验中使用的是固定水头法。

试验所使用的水泥采用红狮水泥厂的P·O52.5水泥，骨料粒径为5～25mm，表观密度为2780 kg/m3，含泥量0.65%，在加入合理粉煤灰和外加剂，使用普通自来水进行搅拌。粉煤灰其作为混凝土掺和料，可以改善混凝土后期高碱性环境，增长混凝土后期强度、降低混凝土的水化放热、改变和易性和耐久性。按照不同配合比进行配置，养护28日后进行透水试验[2]。

2.2 试验结果

经过28天的养护之后，对各种配合比的试块进行固定水头法试验，试验结果如下：

表1 配合比试验结果

根据以上试验数据，绘图如下：

图1 粒径5～15mm的透水系数和抗压强度关系曲线

图2 粒径15～25mm的透水系数和抗压强度关系曲线

从以上两图中都可以看出，随着透水系数的增大，透水混凝土的抗压强度均减小，根据CJJ／T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》，要求抗压强度不小于C20，即不小于20MPa，在试验各种配合比中，符合要求的为粒径5～15mm时，1:0.33:5.6和1:0.25:6两种配合比。

在5～15mm粒径试验中，当透水系数在0.77～2.3区间时，抗压强度下降的较快，在2.3～3.3区间时，抗压强度下降的较缓慢。15～25mm粒径试验中，当透水系数在2.2～2.5区间时，抗压强度下降的较快，在2.5～3.3区间时，抗压强度下降的较缓慢。

在保证配合比不变时，5～15mm粒径试验组的28日养护抗压强度均大于15～25mm粒径试验组，5～15mm粒径试验组的28日养护透水系数均小于15-25mm粒径试验组。配合比中，在保证水泥和骨料比值不变，增大水比例，抗压强度有所增大，透水系数有所减小[3]。

在保证抗压强度的同时，还要最大限度地提高透水性，因此，选择的配合比为1:0.25:6，此时，养护28天抗压强度为21.5MPa，透水系数为1.45。

2.3 工程应用

昆明规划馆的透水混凝土厚度为220mm的基准厚度，为降低成本，在此基础上按不同的功能，采用分层设计，设计不同的厚度，下面层140mm，上面层80mm。施工前，进行组织、物质、技术等三大准备。准备完毕后，进行立模、搅拌，采用分块隔仓方式进行摊铺物料，其松铺系数为1.1。将混合物均匀摊铺在工作面上，用括尺找准平整度和控制一定的泛水度，然而平板振动器（厚度厚的用平板振动器）或人工捣实，最后用抹合拍平（抹合不能有明水）。完毕后，进行取样送检，并洒水养护。待表面混凝土成型干燥后在3天左右，涂刷透明封闭剂。28天养护后，取样进行抗压强度试验，达到预期强度目标。

3 影响公式拟合

现根据上述试验数据，采用多项式拟合，尽可能的符合数据曲线的变化趋势。拟合结果如下（图中红色虚线为拟合曲线）：

图3 5～15mm粒径多项式拟合曲线

在粒径为5～15mm试验组中，拟合后的曲线和原曲线覆盖率达到80%左右，证明拟合结果是可靠的[4]。拟合后的公式为：

图4 15～25mm粒径多项式拟合曲线

在粒径为15～25mm试验组中，拟合后的曲线和原曲线覆盖率达到90%左右，证明拟合结果是可靠的。拟合后的公式为：

其中，在5～15mm试验组中，拟合曲线在（2.3～3.2）区间中，和原曲线重合度不高，偏移量稍大，说明3阶多项式拟合不是最完美的拟合曲线。更高匹配度的拟合曲线还有待研究[5]。

4 结束语

通过试验分析，数据整理，工程实际应用，拟合出透水混凝土强度和透水系数的多项式关系曲线，并经验证后显示拟合的匹配度较高；在水灰比不变的情况下，增加水泥用量，会减小孔隙率，阻碍透水性，但是可以增大抗压强度；在进行不同配合比试验之后，找到最佳配合比，在透水混凝土的抗压强度和透水性之间找到了一个平衡点，并成功应用于昆明规划馆室外工程；保持水灰比不变，小粒径的骨料强度大于大粒径骨料的强度；透水混凝土在昆明规划馆得到成功应用，经过检测，强度达到CJJ／T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》的要求。