生态型透水混凝土配合比设计及性能研究

生态型透水混凝土配合比设计及性能研究

彭勃

泰安市恒盛建筑安装工程有限公司山东泰安271000

摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，该文在现有理论及实验基础上，引入生态型透水混凝土的概念。采用正交试验法进行生态型透水混凝土的试验配合比设计，选用四因素三水平正交表，分别研究了目标孔隙率、水灰比、硅灰掺量、粉煤灰掺量四个因素的三种变化水平。在总胶凝材料为450kg/m3，胶粉掺量为1％时（其中硅灰掺量7.5％、粉煤灰掺量10％），水灰比控制为0.28，制备的透水混凝土具有较好的抗压强度和一定的透水能力（孔隙率可达15％左右）。

关键词：生态型透水混凝土；孔隙率；正交试验法；强度

引言

随着我国经济的发展，城市海绵化进程越来越快，道路规划在城市建设中起着非常重要的作用，传统的路面大多为不透水路面，容易积水，降低舒适性，给人们的出行带来极大不便，给生态环境也带来负面影响。与不透水的路面相比，透水混凝土路面具有透有效调节地面温湿度，减轻降雨季节道路排水系统的负担，吸收车辆行驶时产生的噪音等优点[2]。但目前市场上多数的透水制品存在以下缺点，强度低、容易塌陷、透水性差、表观密度大，不易施工。目前，GB/T25993—2010《透水路面砖和透水路面板》及CCJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中对透水混凝土制品及透水混凝土透水系数要求均较低，抗压强度要求分为20MPa和30MPa两类，但目前采用与普通混凝土相同的原材料，所配制的透水性混凝土制品其抗压强度一般只能达到20MPa左右[3-4]。因此，研究胶凝材料组成、合适的增强剂、轻质骨料及养护制度对于高强度高透水性的透水混凝土制备具有重要意义。本试验在保证较大透水系数的基础上，研究了以水泥、矿粉、硅灰为复合胶凝材料，以强凝胶为透水混凝土增强剂、以陶粒为轻质骨料，进行了9组不同配合比的试验，配制出具有轻质高透水及高强度特性的混凝土，以期为透水混凝土结构的设计与工程应用提供依据。

1试验

1.1原材料

碎石采用5～10mm级配碎石，表观密度2670kg/m3、堆积密度1700kg/m3；水泥采用泰山中联P.O42.5普通硅酸盐水泥；硅灰，SiO2≥85.0%；粉煤灰采用肥城石横电厂Ⅱ级粉煤灰，细度（45μｍ方孔筛筛余）为13%；外加剂采用莱芜业之杰聚羧酸高性能减水剂和VAE胶粉，聚羧酸高性能减水剂为淡黄色、液态，固含量15%，减水率为28%（对胶凝材料掺量1.5%）。

1.2透水性能试验

采用15℃透水系数评价混凝土透水性能，本次试验中，根据成型试件的实际情况将水圆筒改成了150mm×150mm×400mm(溢水口底至筒底)方形筒，并对试件与方形筒的接触面进行了优化设计。为控制试验中水只从试件上下表面渗透，用保鲜膜和胶带封闭试件的4个非测试面和与方形筒接触的顶面四周，并用胶带将方形筒和试件顶面黏贴牢固。试验记录出水口5min流出的水量Q和方形筒水位与溢流水槽水位差H，水温为T时透水系数计算如式(1):式中:kT为水温为T时试样透水系数，mm/s;Q为时间t内渗出水量，mm3;L为试样厚度，mm;A为试样上表面积，mm2;H为水位差，mm;t为时间，本试验中取t=300s。换算成15℃水温时的透水系数如式:式中:k15为标准温度下试样的透水系数;ηT为T时水动力黏滞系数，kPa•s;η15为15℃时水动力黏滞系数，kPa•s;ηT/η15为水动力黏滞系数比。

1.3试验设计

1.3.1配合比设计原则

生态型透水混凝土的配合比采用填充理论及体积法计算，通过试验确定其强度。体积法认为：透水混凝土的表观体积由骨料紧密堆积而成，水泥、粉煤灰等胶凝材料充分包裹骨料并填充骨料间的孔隙，材料在硬化后形成了多孔堆聚结构，未被胶凝材料填充的孔隙即为设计的目标孔隙率。该文针对目标孔隙率，结合多因素参数的变化，采用正交试验法优化试验配合比设计。

1.3.2配合比控制参数

１）水灰比水灰比在试验体系中是一个非常重要的参数，它对透水型混凝土的强度和透水系数都具有一定的影响。水灰比过低，水泥浆体流动性差，浆体不能充分包裹骨料，导致强度降低；水灰比过高，水泥浆体的强度会降低，且水泥浆体的流动性会提高，导致透水性能下降。因此试验设计了三个适中的水灰比：0.28、0.30、0.32。２）目标孔隙率孔隙率在整个试验体系中同样是一个非常重要的参数。根据行业标准，透水混凝土的孔隙率应＞１０％。孔隙率过高，则因强度低导致路面不耐用，孔隙率过低，又不能满足良好的透水性能。试验设计了三个目标孔隙率，分别为10%、15％、20％。３）硅灰掺量硅灰是铁合金在冶炼硅铁和工业硅（金属硅）时产生的大量的挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。硅灰可以密实透水混凝土的结构，有利于强度提高，但会降低其和易性。试验设计了三个硅灰掺量，分别为2.5％、5％、7.5％。４）粉煤灰掺量粉煤灰是燃煤电厂在煤燃烧时，从煤燃烧后的烟气中收集的固体废弃物。在混凝土中掺入粉煤灰可以改善新拌混凝土搅拌的和易性，也可以增加混凝土的密实性。因此，试验设计了三个粉煤灰掺量，分别为5％、10％、15％。５）外加剂在透水混凝土中掺入了不同种类的外加剂，可获得改善混凝土拌合物和易性和硬化后混凝土性能，试验除掺入适量高性能聚羧酸减水剂外，还掺入了少量胶粉。聚羧酸高性能减水剂掺量为1.5％（对胶凝材料掺量），VAE胶粉掺量为1％（对胶凝材料掺量）。

1.4性能测试方法及配合比设计原理

混凝土的抗压强度及透水系数按照CJJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》进行测试。分别测试胶凝材料组成、骨料组成对透水混凝土性能的影响。透水混凝土配合比设计方法为体积法，其原理如下：水泥浆填充在骨料缝隙中，硬化后形成连续多孔结构，余下的空隙空间即是透水混凝土所需设计的空隙。配合比设计中必须要严格控制水胶比。水胶比既影响透水混凝土的强度，又影响其透水性。当水胶比太小，水泥浆过稠，不易流动，难以均匀包裹粗骨料，从而影响混凝土强度；水胶比过大，水泥浆体太稀，流动度太大，易沉积在试模底部，形成封底，不仅影响试件强度，还会降低试件透水性能。综合考虑混凝土强度和透水性能，本文配合比中设计孔隙率为20%；水胶比为0.25，通过掺入减水剂调节混凝土拌合物的流动性能。

2试验结果分析

试验主要采用三个指标来衡量试验结果，即抗压强度、透水系数和孔隙率。在对单个指标分析的基础上，综合各个指标，研究各因素和水平对试验指标的影响，给出因素和水平的最佳配合比。从生态型透水混凝土的实验结果可以看出实测孔隙率和目标设计孔隙率较接近，故对28ｄ抗压强度和透水系数进行极差分析，极差分析法也称为直观分析法。

结语

ａ．生态型透水混凝土组成材料除了普通水泥外，应掺入适量的硅灰、粉煤灰以及胶粉。ｂ．透水混凝土的孔隙率宜控制在15％左右，太小的孔隙率影响透水混凝土的渗水能力，太高的孔隙率影响透水混凝土的强度。ｃ．在总胶凝材料为450kg/m3，胶粉掺量为1％时（其中硅灰掺量7.5％、粉煤灰掺量10％），水灰比控制为0.28，制备的透水混凝土具有较好的抗压强度的一定的透水能力（孔隙率可达15％左右）。

参考文献

[1]刘双．透水性混凝土在海绵城市建设中的工程应用[J].混凝土世界,2019(1):87-90．

[2]周璐,范宗青．矿物掺合料对透水混凝土性能的影响[J]．混凝土与水泥制品,2018(9):1-5．

[3]张卫东,王成武．生态型透水混凝土物理力学性能研究进展[J].混凝土与水泥制品,2017(2):1-5.