基于海绵城市理念的透水混凝土力学性能试验研究

朱永祥，梁冠军，林祖宏 （滁州职业技术学院建筑工程学院，安徽 滁州 239000）

1 引言

透水混凝土又称多孔混凝土，是一种特殊类型的混凝土，具有孔隙率高、透水性强的特性，目前主要用于混凝土绿化道路面工程、停车场、区块街道、人行道等，如图1所示。透水混凝土是用大骨料或含少量细骨料制成的，其最突出的特点是雨水能够从空隙里直接通过，减少场地径流。另外，透水混凝土还具有其他环境效益，如减少轮胎——路面相互作用产生的噪音、降低城市热量、减少道路飞溅、提高防滑性、地下水回灌、限制污染物渗入地下水和保护原生态系统。尽管有这些优点，但与普通混凝土相比，透水混凝土也有一定的缺点和病害，如抗压和抗拉强度较低、使用一段时间后易堵塞、表面剥落和冻融破坏等，部分病害见图2。

本文针对透水混凝土强度不足和病害现象，在研究过程掺入了少量中砂，细骨料百分比为15%，分别做了塌落度试验、抗压试验、抗拉试验和透水性试验。

图1 透水混凝土和普通混凝土试块

2 试验研究

图2 透水混凝土常见病害

2.1 研究目标

本研究的主要目标是通过不同类型的集料和不同质量的细集料进行组合配制，开发一种坚固耐用的透水混凝土混合料。其次，研究透水混凝土组分的变化对其抗压强度的影响，使得在不影响透水混凝土路面渗透特性的情况下，达到最大抗压强度。

2.2 研究过程

组成透水混凝土的主要原材料有水泥、碎石和中砂，在试验准备阶段，查找各原材料的基本性能数据，调制出坍落度良好的混合料，然后制备出边长为150mm的透水混凝土立方体试件，接下来分别进行了抗压试验、抗拉试验和透水性试验。具体试验过程如图3所示。

图3 试验研究过程

2.3 材料、性能及配合比设计

材料：普通硅酸盐水泥、碎石、中砂、水。

配合比：配合比设计如表1所示。

透水混凝土配合比设计 表1

3 研究结果

3.1 坍落度试验

坍落度试验结果 表2

3.2 抗压强度

边长为150mm的立方体试件养护7、14、28d后进行抗压试验，立方体抗压强度计算如下：

抗压强度fc单位为MPa，其中P是极限压力（N）。

抗压强度结果 表3

3.3 劈裂抗拉试验

圆柱体劈裂抗拉强度计算如下：

P为作用在圆柱界面的集中力（N），d是圆柱直径，l是圆柱长度。

劈裂抗拉强度结果 表4

3.4 渗透性试验

渗透性试验采用在一定的水力梯度下，测试出在预设时间内流过已知混凝土块横截面积的水量。

试验过程：

①恒定水头布置；

②打开底部出口；

③形成稳定水流；

④收集一定时间间隔的水流流量。

透水性试验结果 表5

4 试验分析

4.1 强度分析

普通混凝土立方体试块是按C10混凝土标准配制，如图4所示，透水混凝土和普通混凝土28天后的抗压强度分别为11.28MPa和16.32MPa，透水混凝土的抗压强度比普通混凝土降低了31%，而抗拉强度也相应的降低了10%。

图4 透水混凝土与普通混凝土28d强度比较

4.2 渗透性分析

与普通混凝土相比，降低了细骨料的比例，增加了透水混凝土的空隙率，因此渗透性也相应地提高了，如图5所示，与普通混凝土相比，透水混凝土7d和28d的渗透性分别提高了51%和52%。

图5 透水混凝土与普通混凝土7d和28d透水性比较

5 总结

在实验室条件下对透水混凝土的力学性能和透水性进行了研究，从试验结果中可以明显看出，与普通混凝土相比，透水混凝土抗压强度和抗拉强度均有所下降，但是透水性能得到较大的提升，因而能够更好地收集雨水，可以用于交通荷载较小的路面、小区街道，停车场等场所，因此采用透水混凝土技术有助于改善雨季路面积水问题，同时也能够保持路面的清洁。