透水混凝土的配制及应用

范晓玲 李锋 刘思昊

摘  要：本文主要研究了透水混凝土性能的影响因素，通过实验找到水灰比、胶凝材料用量和种类、骨料尺寸和材质对透水混凝土性能的影响规律，结果表明水灰比降低可减少透水混凝土骨料连接点，提高透水混凝土透水系数，但对其强度的影响则受到水灰比降低而使浆体强度提高和骨料连接点减少两方面共同作用;提高胶材用量可提高透水混凝土强度、但将降低透水混凝土透水系数，因此透水混凝土的胶凝材料用量需根据指标需求，选择最佳范围;此外掺加适量的硅灰有利于提高透水混凝土的综合性能。对单粒级骨料配制的透水混凝土，骨料尺寸越大，其配制的透水混凝土透水系数越大，透水混凝土强度则存在最佳尺寸。

关键词：透水;混凝土;水灰比;胶凝材料;骨料

1.前言

透水混凝土是指由水泥等胶凝材料、粗骨料、微量（或不含）细骨料、水和外加剂按照一定比例拌制而成的多孔材料。由于细骨料很少或不含细骨料，透水混凝土成型硬化后内部结构中存在较多的孔隙，使其具有较好的渗透性，用于路面铺设时可防止路面积水、增加路面防滑性，降噪吸声、改善城市“热岛效应”，良好的排水功能也使其成为海绵城市建设不可或缺的建设材料。

2.原材料及试验方法

2.1 原材料

（1）水泥：本实验所用水泥为四川峨胜水泥股份有限公司生产的普通硅酸盐水泥PO42.5R。其性能指标如表1中所示。

（2）粉煤灰：本实验所用的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，产地为成都。其性能指标如表2中所示。

（3）硅灰：本实验用的硅灰为成都本地产硅灰，其性能指标如表3中所示。

（4）粗骨料：试验用普通碎石、玄武岩碎石为都江堰产，其物理性能指标如表4中所示，其颗粒级配如表5中所示。

（5）外加剂：本试验用外加剂均为自配外加剂，两种分别为CXT-1型和CXT-2型。

2.2试验方法

透水混凝土的配制按照标准CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中的方法计算配合比，透水混凝土的抗壓强度、抗折强度按照GB/T 50081-2002 《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检测。

透水混凝土的透水系数按照标准CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中的方法进行检测。

3. 透水混凝土的配制

3.1 水灰比对透水混凝土强度的影响

为找到最佳的水灰比和胶凝材料用量，首先尝试了胶材总量为300kg/m，粉煤灰掺20%时用不同水灰比配制透水混凝土，并命名为A组，研究其水灰比、拌合物状态和抗压强度三者之间的关系。

从表5中数据分析可得见：（1）在胶凝材料用量为300kg/m时，混凝土的强度较低，不能达到C20混凝土的等级要求。（2）混凝土水灰比从0.3降低到0.24，透水混凝土的强度先增大后减小，这主要是由于透水混凝土和普通混凝土不同，其没有细骨料，胶凝材料和水形成的浆体只能包裹粗骨料表面，不能填充粗骨料之间的孔隙，因而其强度决定于粗骨料连接点的是多少和连接处浆体的强度，水灰比降低一方面可提高浆体硬化后的强度，但另一方面也将减少浆体量，继而减少粗骨料间的连接点，因此水灰比在一定范围内降低，可提高浆体强度从而提高透水混凝土的强度，超过一定范围后水灰比的降低引起的浆体量的减少又将减小骨料间通过浆体连接的面积，因而使透水混凝土强度降低。（3）降低粉煤灰用量可提高透水混凝土强度，这主要由于粉煤灰活性较低，替代水泥时会降低浆体强度，从而降低了透水混凝土的强度。

3.2 胶凝材料用量对透水混凝土强度的影响

在胶凝材料用量为300kg/m时，透水混凝土的强度不能达到C20的强度要求，因此开展固定水灰比，增加胶材用量、并掺加6%硅灰作为混凝土掺和料的透水混凝土试验，并将本组实验命名为B组，研究不同胶凝材料用量对透水混凝土强度的影响，其试验配合比与混凝土性能指标如表6中所示。

表6中B1～B5组试验中，固定水灰比为0.26时，胶凝材料的量越多，透水混凝土强度越高，这主要是由于水灰比一定时，胶凝材料用量的增加，使得包裹粗骨料表面和填充粗骨料间空隙的浆体增加，故透水混凝土中粗骨料的连接点越多，强度提高，从图2和图3中也可发现B4组在胶凝材料较多的情况下包裹骨料和填充骨料空隙的的浆体明显较B2组多。因而，胶材用量高的透水混凝土，透水混凝土的强度越高。

表6中B1组和表5中A5组试验数据对比可见当掺加适量硅灰时，透水混凝土的强度较掺粉煤灰时高，这主要是由于硅灰的活性较高，细度较细，且在相同用水量的情况下，可增加混凝土中浆体的粘性，使透水混凝土中的表面的浆体对粗骨料的包裹性更佳，连接强度更高，从而提高了透水混凝土的抗压强度，同时也避免出现浆体流向底部，降低混凝土透水性的情况。

3.3 粗骨料尺寸和材质对透水混凝土性能的影响

通过上述试验可见在胶材用量达到380kg/m时，透水混凝土的强度可达到25MPa以上，且可操作时间仍然小于180min，为了更好的保证强度而不降低透水混凝土的透水性，后续试验中增加硅灰用量为40kg/m，并配制CXT-2型专用外加剂开展下列试验，研究不同尺寸粗骨料、不同材质骨料对透水混凝土性能的影响，其配合比与性能指标如表7中所示，C组、D组为普通碎石配制的透水混凝土，CX组为玄武岩碎石配制的透水混凝土。

从表7中透水混凝土配合比及性能指标数据可分析得到以下结论：

CXT-2型专用外加剂可大大延长透水混凝土的操作时间，使透水混凝土操作时间可达到210min。

胶凝材料用量均为380kg/m时，在一定范围内提高硅灰用量可提高透水混凝土的强度指标。对比B3和C3组数据可见当胶凝材料总用量和水灰比相同时，提高硅灰掺量可提高透水混凝土的强度，这主要利用了硅灰的高活性增加了透水混凝土中浆体的强度。

骨料尺寸对透水混凝土强度和透水系数有较大影响。从表7中C2～C4及CX1～CX3中数据可见当透水混凝土配合比相同时，骨料尺寸大小对透水混凝土的抗压强度和透水系数指标均有较大的影响，采用尺寸为4.75mm～9.5mm，9.5mm～16mm的骨料配制的透水混凝土抗压强度较高，而采用16mm～19mm较大尺寸的粗骨料配制的透水混凝土抗压强度则较低。混凝土透水系数指标而言，骨料尺寸越大，透水混凝土的透水系数越大。对此主要原因是在水灰比和胶凝材料用量相同时，尺寸较大的单粒级骨料在堆积时其单位体积内骨料连接点较少，而透水混凝土的强度受到骨料连接点数量，连接点浆体厚度、岩石自身强度的共同影响。

骨料种类对透水混凝土的强度影响不大。从C2～C4和CX1～CX3的对比可见，骨料的材质对混凝土的强度影响较小，虽然玄武岩强度较高，压碎指标较普通碎石小，但对于强度不高的透水混凝土而言，决定其强度的主要是骨料间连接点的数量和强度。

水灰比降低可提高透水混凝土的透水系数。从C3、D1和D2组中的配合比和性能结果可见透水混凝土的水灰比从0.26降到0.25、0.23时，透水混凝土的强度先增大后减小，可见在一定范围内水灰比的降低可提高透水混凝土强度，但超过一定范围后，降低的水灰比在增加透水混凝土浆体强度的同时，其单位体积内透水混凝土的浆体量也将降低，从而减少了透水混凝土粗骨料之间的连接点，导致透水混凝土强度的降低。此外，从C1和C2组数据可见透水混凝土水灰比降低时，其透水系数大大提高了，这主要是由于水灰比降低时，浆体量减少，透水混凝土中的空隙增多。而对比D1、D3和D4组数据可见在水灰比为0.25时，继续提高胶材用量或增加硅灰掺量可提高透水混凝土的抗压强度，降低透水系数。

通过上述系列试验及结果可见采用CXT-2型专用外加剂，粒径4.75mm～9.5mm或9.5mm～16mm的单级配骨料，在胶材用量380kg/m，硅灰掺量40kg/m，水灰比0.25～0.26时，可配制出抗压强度大于25.0MPa，透水系数不小于1.7mm/s，可操作时间大于210min的透水混凝土。胶材用量为420kg/m，硅灰用量为50kg/m，时可配制出可配制出抗压强度大于30.0MPa透水系数不小于1.3mm/s的透水混凝土。

4. 透水混凝土生产施工应用中的技术要点

為保证透水混凝土最终强度和透水性，在透水混凝土的生产和施工环节有以下几项技术要点须做好控制。

4.1 透水混凝土拌合物状态的控制

由于透水混凝土是干硬性混凝土，要达到良好的施工效果需保证包裹透水混凝土骨料表面的浆体完全将骨料包裹，且浆体不可有流动性，因此在生产过程中需严格控制拌合物用水量，这就要求生产厂家及时准确的检测骨料含水率，精确控制生产用水量和外加剂用量，透水混凝土运输、施工过程中也严禁加水。

4.2 透水混凝土可施工时间的保证

透水混凝土和普通混凝土相比，浆体少且偏干，在搅拌站生产好后，用车辆运输至施工地点，若生产厂家距离施工地点距离较远，再加上路况影响，包裹在透水混凝土表面的浆体稠度损失较快，为了保证其可施工时间，需要配制专用外加剂保证最少的稠度损失。

4.3 透水混凝土的成型和养护控制

透水混凝土的成型质量和其施工和养护方法密切相关，应采用平板振动器对透水混凝土压实，压实后立即覆盖薄膜养护，且为了避免透水路面边缘养护不到位，应保证薄膜覆盖透水混凝土边缘超过20cm，并在薄膜表面放置压紧薄膜的器具，且在成型1天后应在薄膜表面洒水养护，混凝土养护龄期不少于14天。

5.结论

通过上述试验和分析可得到以下结论：

（1）透水混凝土的强度和透水系数受到混凝土水灰比，胶凝材料、骨料尺寸的共同影响：水灰比方面：对于透水混凝土，水灰比降低可减少透水混凝土骨料连接点，提高透水混凝土透水系数，但对其强度的影响则受到水灰比降低而使浆体强度提高和骨料连接点减少两方面共同作用，因而存在适当范围使透水混凝土的强度最高;胶凝材料方面：提高胶材用量可提高透水混凝土强度、但将降低透水混凝土透水系数，因此透水混凝土的胶凝材料用量需根据指标需求，选择最佳范围;此外掺加适量的硅灰有利于提高透水混凝土的综合性能;骨料尺寸方面：对单粒级骨料配制的透水混凝土，骨料尺寸越大，其配制的透水混凝土透水系数越大，对透水混凝土强度而言存在最佳的颗粒尺寸范围使混凝土强度最佳。

（2）采用粒径4.75mm～9.5mm或9.5mm～16mm的单级配骨料，在胶材用量380kg/m～420kg/m硅灰掺量40kg/m～50kg/m，水灰比0.25～0.26时，可配制出抗压强度大于25.0MPa～32MPa，透水系数不小于1.3mm/s的透水混凝土。

参考文献

[1]  CJJ/T 135-2009.透水水泥混凝土路面技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010

[2]  孟宏睿，陈丽红，薛丽皎.透水混凝土的配制[ J]. 建筑技术，2005，36（1）：29-31

[3]  张朝辉，王沁芳，杨娟.透水混凝土强度和透水性影响因素研究[J].混凝土，2008，（3）：7-9