C20透水混凝土配合比設(shè)計(jì)研究

馮冀平

摘 要：我國透水混凝土主要應(yīng)用在小區(qū)人行道、小型機(jī)動車道，一方面透水混凝土具有十分現(xiàn)實(shí)意義，其成功應(yīng)用會產(chǎn)生巨大社會效益。然而由于技術(shù)不成熟、各種因素影響尤其由于強(qiáng)度、耐久性等問題始終無法取得突破大大制約了其推廣應(yīng)用。本文主要研究了C20透水混凝土配合比相關(guān)設(shè)計(jì)流程并實(shí)際進(jìn)行了透水試驗(yàn)驗(yàn)證透水效果。

關(guān)鍵詞：透水混凝土；透水性能；C20

中圖分類號：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)儀器

1.主要實(shí)驗(yàn)儀器（表1）

2.主要原材料（表2）

二、試驗(yàn)研究方法

1.原材料檢測

1.1 水泥。本試驗(yàn)研究應(yīng)用選用冀東盾石42.5P.O水泥。水泥技術(shù)指標(biāo)見表3。

1.2 集料。選用承德本地碎石（表4）。

1.3 粉煤灰。承德灤電Ⅱ級粉煤灰（表5）。

1.4 外加劑。保定慕湖恒源建材有限公司生產(chǎn)的高效減水劑（表6）。

3.配合比設(shè)計(jì)

由于我國目前無專門透水混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范，所以只有通過經(jīng)驗(yàn)試配觀察效果反推調(diào)整配合比方能最終確定，膠骨比對透水混凝土強(qiáng)度和透水效果影響較水膠比要敏感的多，所以主要調(diào)整膠骨比進(jìn)行相關(guān)強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果。透水混凝土配合比設(shè)計(jì)流程為：計(jì)算1立方混凝土石子用量—確定膠骨比—確定各種膠凝材料用量—確定外加劑用量、用水量及水膠比—確定1立方混凝土容重—確定理論配合比，具體步驟如下：

3.1 計(jì)算1m3混凝土石子用量

由于透水混凝土為無砂混凝土，則1m3混凝土石子用量為1m3，石子則石子用量為：1600kg。

3.2 確定膠骨比

膠骨比的確定關(guān)系著透水混凝土的最終強(qiáng)度，我們通過選取不同膠骨比反復(fù)試配最終確定較理想膠骨比。試驗(yàn)用配合比固定了用水量和外加劑用量，而粉煤灰用量選用了水泥的20%取代率。

3.3 確定各種膠凝材料用量

根據(jù)膠骨比及骨料用量計(jì)算出膠凝材料總量為

1600×0.26=416kg

粉煤灰計(jì)劃取代率為20%，則：

水泥用量為416×0.8=333kg

粉煤灰用量為：考慮透水混凝土為無砂混凝土為便于施工，適當(dāng)增大摻合料取代量。按超量取代法超量系數(shù)取1.1，則用量為：416×0.2×1.1=91kg

膠凝材料總量最終為：333+91=424kg

3.4 確定外加劑用量、用水量及水膠比

3.4.1 確定外加劑用量

參考以往施工經(jīng)驗(yàn)，透水混凝土塌落度以100mm～ 140mm為宜，最終確定外加劑摻量為膠凝材料的1.2%，減水率達(dá)到12%。

外加劑用量為：424×1.2%=5.01kg取5kg

3.4.2 計(jì)算用水量

透水混凝土為自卸混凝土且施工部位多為地面，所以塌落度不宜過大。此外透水混凝土為無砂混凝土考慮以上因素其用水量可由單方普通混凝土用水量及單方普通混凝土砂子含水量求出，具體計(jì)算如下：單方普通混凝土用水量（選取C30普通混凝土用水量）為180kg；單方混凝土砂子用量（選取C30普通混凝土砂子用量）為950kg；砂子飽和含水量約為7%。透水混凝土用水量=180-950×7%=113.5kg；摻入外加劑時(shí)透水混凝土用水量=113.5×（1-12%）=99.88kg取100kg。

3.4.3 確定水膠比

100/424=0.24

3.5 確定透水混凝土容重

骨料用量+膠凝材料用量+用水量+外加劑用量=1600+ 424+100+5=2129kg

不同膠骨比試配對比，見表7。

不同骨膠比實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比見表8。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了3種不同的膠骨比進(jìn)行對比研究。從試驗(yàn)結(jié)果中可以得出，增大膠骨比即增加水泥用量，從而增加骨料周圍所包裹的水泥薄層厚度、增大粘結(jié)面，可有效地提高透水混凝土的強(qiáng)度，但由于粘結(jié)面增大，會降低孔隙度，減弱透水性，到一定程度時(shí)，試塊底部混凝土接近密實(shí)，失去透水意義。當(dāng)膠骨比處于0.26時(shí)，透水混凝土在強(qiáng)度和孔隙率方面均能達(dá)到較理想狀態(tài)，如圖1～圖6所示。

通過以上對比試驗(yàn)T3配合比達(dá)到所需的效果。

3.6 確定理論配合比

每立方C20透水混凝土理論配合比見表9。

三、C20透水混凝土研究側(cè)重角度

透水混凝土的透水效果關(guān)鍵取決于混凝土的孔隙率大小及分布狀況。透水混凝土的強(qiáng)度和耐久性又關(guān)系著透水混凝土使用的存在價(jià)值。鑒于此評價(jià)透水混凝土的三大指標(biāo)為：孔隙率大小及分布狀況、強(qiáng)度、耐久性。此外我們經(jīng)過實(shí)際操作澆筑混凝土親身體驗(yàn)透水混凝土從半成品至成品的整個(gè)過程從施工角度研究透水混凝土的施工性能。

1.孔隙率大小

很多文獻(xiàn)均以透水混凝土吸水量作為測算透水混凝土孔隙率的計(jì)算方法，這種方法測算只有在澆筑完成成型后才能進(jìn)行，而對于實(shí)際應(yīng)用需要達(dá)到一定透水效果時(shí)透水混凝土孔隙率必須提前計(jì)算，我們建議可采用理論計(jì)算法進(jìn)行。具體如下：

1.1 計(jì)算石子孔隙率

νl=（1-ρl/ρ）×100%=（1-1600/2700）×100%=41%

1.2 計(jì)算膠凝材料體積

水泥密度：3.0g/cm3粉煤灰密度：2.7g/cm3

333/3.0+91/2.7=111+33.7=0.145m3

1.3 計(jì)算混凝土孔隙率

0.41-0.145=0.265m3

2.孔隙率分布狀況

要取得良好的透水性能除了要達(dá)到一定孔隙率，還要使其均勻分布，孔隙率的分布狀況主要取決于骨料品種級配的選擇、攪拌工藝及時(shí)間、成型工藝三大方面。

2.1 骨料品種及級配

2.1.1 骨料品種

我們選用的骨料為單一粒徑的20mm～25mm碎石。卵石因?yàn)槠涔饣∶娴拇嬖跁娱L透水時(shí)間，此外卵石由于其與膠凝材料接觸面積不如碎石，所以透水混凝土不宜選擇卵石作為骨料。

2.1.2 骨料級配

為了孔隙的均勻分布必須選用單一粒徑骨料，骨料粒徑差異不應(yīng)超過5mm。為了求得良好的透水性能與強(qiáng)度共存的平衡點(diǎn)，我們經(jīng)多次試驗(yàn)確定骨料的單一粒徑。采用統(tǒng)一膠凝材料用量（水泥300kg、粉煤灰60kg）及用水量（100kg），見表10。

2.2 攪拌工藝及攪拌時(shí)間

經(jīng)我們多次研究討論得出結(jié)論：攪拌透水混凝土采用混凝土攪拌站攪拌非常合適。如采用攪拌機(jī)攪拌也應(yīng)選用容量較大的攪拌機(jī)，采用人工攪拌透水混凝土是難以實(shí)行的。攪拌時(shí)間經(jīng)我們實(shí)際試驗(yàn)將攪拌站攪拌時(shí)間設(shè)定為65s～80s比較合適，所拌制的混凝土膠凝材料分布比較均勻。

3.強(qiáng)度

3.1 透水混凝土強(qiáng)度難以提高的原因

透水混凝土強(qiáng)度在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中是個(gè)難題，原計(jì)劃研制C30透水混凝土配合比均以強(qiáng)度達(dá)不到失敗告終。本文也未列入其過程，我們經(jīng)多次研討試驗(yàn)總結(jié)主要為一下原因造成。

3.1.1 透水混凝土的孔隙率過大造成內(nèi)部不密實(shí)影響強(qiáng)度，也就是說透水混凝土的透水性與強(qiáng)度存在十分尖銳的現(xiàn)實(shí)矛盾。

3.1.2 透水混凝土的強(qiáng)度主要依靠膠凝材料與骨料的粘接力，只有增大膠凝材料與骨料的接觸面積和提升膠凝材料強(qiáng)度兩種方法?，F(xiàn)有常規(guī)膠凝材料其強(qiáng)度在沒有技術(shù)創(chuàng)新的情況下很難提升其最終強(qiáng)度以及比表面積，而骨料現(xiàn)狀更是難以改變。此外透水混凝土強(qiáng)度增長規(guī)律與普通混凝土存在明顯差異，主要體現(xiàn)標(biāo)養(yǎng)試塊在7d～14d區(qū)間強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，14d后強(qiáng)度基本不增長這也是必須關(guān)注的問題。

4.耐久性

我們查閱多方資料，國外已有工程實(shí)利表明透水混凝土耐久性極低鮮有超過10年的使用期，尤其抗折、抗凍性能極差大大限制了其應(yīng)用發(fā)展?，F(xiàn)在研制的C20透水混凝土耐久性還有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。

5.透水混凝土的施工性能

經(jīng)我們實(shí)際施工總結(jié)研究，透水混凝土施工與普通混凝土施工存在以下不同：

5.1 無需振搗

在施工時(shí)如果采用振搗棒或平板振動器進(jìn)行振搗會改變已經(jīng)基本均勻的膠凝材料分布狀態(tài)影響透水性能，所以透水混凝土不能進(jìn)行振搗。

5.2 找平、收面

由于透水混凝土表面石子裸露，所以找平時(shí)不能按照普通混凝土標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其平整度允許偏差應(yīng)至少擴(kuò)大到10mm。收面時(shí)只需用木杠壓實(shí)找平即可，而抹子基本不能使用。

5.3 冬季施工

透水混凝土的冬季施工十分困難，主要體現(xiàn)在透水混凝土的施工開始至成型14d內(nèi)所處環(huán)境溫度任意時(shí)刻不能低于0℃（無論是否摻加防凍劑）。由于透水混凝土大量孔隙率存在，養(yǎng)護(hù)時(shí)水分會部分存留在孔隙率中，環(huán)境溫度一旦在零下孔隙水分會成冰體積膨脹造成內(nèi)部破壞。由于混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般為7d，另外考慮到孔隙水分參與膠凝材料水化以及蒸發(fā)需要一定時(shí)間一般7d后基本消失，所以要求透水混凝土在14d內(nèi)所處環(huán)境溫度任意時(shí)刻不能低于0℃。

6.結(jié)論

6.1 因此我們目前的技術(shù)水平及各種客觀條件也只能研制透水性較好的C20透水混凝土。對于強(qiáng)度高透水性好的透水混凝土在現(xiàn)階段難以完成。

6.2 透水混凝土的養(yǎng)護(hù)工作、養(yǎng)護(hù)條件較普通混凝土更加嚴(yán)格尤其溫度影響因素十分重要。

6.3 透水混凝土強(qiáng)度檢測尚屬空白，無論回彈法還是鉆芯法均不適用，只能依靠混凝土試塊進(jìn)行評定。

結(jié)語

目前我國透水混凝土主要應(yīng)用在小區(qū)人行道、小型機(jī)動車道，一方面透水混凝土具有十分現(xiàn)實(shí)意義，其成功應(yīng)用會產(chǎn)生巨大社會效益。然而由于技術(shù)不成熟、各種因素影響，尤其由于強(qiáng)度、耐久性等問題始終無法取得突破大大制約了其推廣應(yīng)用。C20透水混凝土研究應(yīng)用也僅是個(gè)開始，我們會繼續(xù)努力下一步研究工作，主要以提高透水混凝土強(qiáng)度、耐久性為目標(biāo)研制更高性能的透水混凝土。

參考文獻(xiàn)

[1]高俊峰，張巖松.透水混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方法的技術(shù)應(yīng)用分析[J].硅谷，2010（2）：123.