不同水灰比对透水混凝土性能影响研究

不同水灰比对透水混凝土性能影响研究

王鑫高榜

吉林建筑大学吉林省长春市130000

摘要：透水混凝土是一种内部具有蜂窝状结构的新型混凝土，具有透气、透水、轻质量等特点，逐渐在城市道路建设中得到广泛应用。透水混凝土的出现，不仅及时解决了城市道路积水问题，而且对改善城市环境起到重要作用。由于透水混凝土的影响因素众多，透水混凝土的性能也成为了当下学者研究的热门课题。

关键词：透水混凝土；水灰比；影响

引言

透水混凝土作为一种新型的生态友好型“海绵体”，具有补充地下水、缓解城市内涝、改善城市热岛效应等重要作用。水灰比、级配、骨胶比等因素对透水混凝土透水性与力学性能的影响规律，为该类混凝土的配合比设计提供了理论基础。

1原材料与试验方法

1.1原材料

1)水泥:选用水泥厂P·O42.5级水泥。

2)骨料:选用粒径不超过25mm，压碎值不超过15%的普通碎石。

3)胶凝材料:选用P·O42.5的普通硅酸盐水泥和硅灰作为透水混凝土的胶凝材料，硅灰中细度小于1μm的超过80%，比表面积为25000m2/kg。

4)增强剂:选用SBT－PＲC(Ⅱ)作为透水混凝土的增强剂。

5)外加剂:本试验选用聚羧酸系减水剂。

6)水:选用生活自来水。

1.2试验方法

1.2.1配合比设计

为研究水灰比对透水混凝土性能的影响，试验制备了骨料粒径为5～10mm，用量为1395kg/m3，实测孔隙率为20%的透水混凝土试件，并针对水灰比分别为0.25、0.30、0.35的3种不同透水混凝土进行对比试验，其基准配合比设计如表1所示。

表1透水混凝土基准配合比

1.2.2试验方法

1)抗折、抗压强度:试验制备尺寸为40mm×40mm×160mm，养护期分别为3、7、28d的3组混凝土试件，并将试件依次放入电子万能试验机进行抗折强度和抗压强度测试，即可得出3、7、28d混凝土试件的抗折强度和抗压强度。

2)孔隙率:透水混凝土孔隙率最佳值一般在10%～30%范围内，本次试验通过制备尺寸为70mm×70mm×70mm的标准立方体试件来测量透水混凝土的孔隙率，测量方式采用重量法则，具体计算如式(1)所示:

式中:P为目标孔隙率，%;m1为试件在水中的质量，g;m2为试件烘干1d后的质量，g;V为试件体积，cm3。

3)透水系数:透水系数是决定混凝土透水性能的重要因素之一，本次试验通过制备尺寸为70mm×70mm×70mm的标准立方体试件来测量透水混凝土的透水系数，测量方式采用水头法则，具体计算如式(2)所示:

式中:K为透水系数，mm/s;Q为时间内的渗出水量，mm3;L为试件厚度，mm;H为水位差，200mm;A为试件的上表面积，mm2;t为测定时间，s。

4)质量损失率:试验制备多组尺寸为40mm×40mm×160mm，标准养护28d的棱柱形试件，并依次对混凝土试件进行5、15、25次冻融循环，透水混凝土质量损失率计算方法如式(3):

式中:ΔMn为n次冻融循环后试件的质量损失率，%;M0为冻融循环前试件质量，g;Mn为n次冻融循环后试件质量，g。

2结果与分析

2.1透水性能

为研究不同水灰比对透水混凝土透水系数的影响，对目标孔隙率为20%，水灰比分别为0.25、0.30、0.35的透水混凝土试件进行透水系数测量，得出不同水灰比与透水系数变化曲线。

透水混凝土的透水系数与实测孔隙率的变化趋势大致相似，均随着水灰比的增大而逐渐减小。当水灰比由0.25增至0.30时，透水混凝土的透水系数仅下降了约0.3mm/s;当水灰比由0.30增至0.35时，透水混凝土的透水系数下降了约0.6mm/s，说明随着水灰比的增大，混凝土的透水系数降幅在逐渐增大，但整体降幅不到1mm/s。因此，水灰比的变化对混凝土的透水系数影响较小，水灰比为0.25时混凝土的透水性能最佳。

2.2抗冻性能

为研究不同水灰比对透水混凝土抗冻性能的影响，依次对水灰比为0.25、0.30、0.35，以及冻融循环分别为5、15、25次的多组透水混凝土试件进行质量损失率测试，得出不同水灰比与质量损失率变化曲线。

随着水灰比的增大，经过5、15、25次冻融循环后，透水混凝土的质量损失率均呈逐渐增大趋势，且3组混凝土的质量损失率变化幅度大致相似。随着冻融循环次数的增多，质量损失率越来越大。在水灰比为0.25时，经过5、15、25次冻融循环后，透水混凝土的质量损失率均为最小值;水灰比为0.35时，3组混凝土的质量损失率均为最大值。由此可知，水灰比和冻融循环次数的增大，均会增大混凝土的质量损失率，从而降低透水混凝土的抗冻性能。

2.3力学性能

为研究不同水灰比对透水混凝土抗折、抗压强度的影响，依次对水灰比为0.25、0.30、0.35，以及养护期为3、7、28d的多组透水混凝土试件进行强度测试，得出不同水灰比与抗压、抗折强度变化曲线。

不同养护期透水混凝土的抗压强度均随着水灰比的增大而逐渐减小，当水灰比为0.25时，抗压强度均为最大值，其中成型28d的透水混凝土变化幅度较大，而成型3、7d的透水混凝土变化幅度相对较小。在不同水灰比条件下，成型3d的混凝土抗压强度仅能达到成型28d混凝土的60%左右，而成型7d的混凝土也只能达到其80%左右，说明成型28d透水混凝土的抗压强度要明显大于成型3、7d的透水混凝土。由此可知，水灰比的变化对成型28d的混凝土抗压强度影响较大，且水灰比为0.25时混凝土抗压强度最大。

随着水灰比的增大，不同养护期透水混凝土的抗折强度均不断减小。当水灰比为0.25时，抗折强度均为最大值;水灰比在0.25～0.30范围内，成型28d的透水混凝土抗折强度变化幅度较大;而水灰比在0.30～0.35范围时，成型3、28d的透水混凝土抗折强度变化幅度较大，且大致相似，成型7d的透水混凝土抗折强度变化幅度最小。分析可知，水灰比的变化对成型28d的混凝土抗折强度影响较大，且水灰比为0.25时混凝土抗折强度最大，力学性能最佳。

结语

1)水灰比的增大会降低透水混凝土的抗折、抗压强度，对成型28d的混凝土影响最大。在实际工程应用中，水灰比不宜过大，水灰比为0.25时，透水混凝土的抗折、抗压强度最大，其力学性能最佳。

2)水灰比的增大会减小透水混凝土的孔隙率，从而降低其物理性能，因此水灰比不宜过大。水灰比为0.25时，透水混凝土的孔隙率最大，其物理性能最佳。

3)水灰比的增大会减小透水混凝土的透水系数，导致透水性能下降，所以水灰比不宜过大。当水灰比为0.25时，透水混凝土的透水系数最大，其物理性能最佳。

4)水灰比和冻融循环次数的增大，均会增大混凝土的质量损失率，从而导致透水混凝土的抗冻性能下降。在水灰比为0.25时，其质量损失率最小，抗冻性能最佳。

参考文献

［1］虞传海，张治国.复掺钢渣和粉煤灰对透水混凝土性能的影响［J］.石家庄铁道大学学报(自然科学版)，2014，27(3):47－49.

［2］张浩博，杜晓青，寇佳亮，等.再生骨料透水混凝土抗压性能及透水性能试验研究［J］.实验力学，2017，32(2):247－256.