透水混凝土配合比参数选择及设计方法研究

透水混凝土配合比参数选择及设计方法研究

徐洪祥

东莞市洪信混凝土有限公司广东东莞523000

【摘要】本文简述了透水混凝土特征及进展，分析了透水混凝土的配合比参数选择及设计方法。基于目标孔隙率的多孔设计方法，推荐了配合比参数的合理范围。实践表明：骨料级配与粒径对混凝土的透水性能影响较大；适量掺砂能提高混凝土强度，有效指导透水混凝土的配合比参数选择及方法设计。

【关键词】透水混凝土；配合比；透水系数；水胶比

1.前言

透水混凝土是一种新型绿色建筑材料，其构成是粗骨料表面包裹一层水泥浆，粘结形成蜂窝状结构的多孔结构。透水混凝土具有透气、透水、质量轻便的特点。广泛应用在公园道路、小区路面及停车场路面。与传统混凝土相比，透水混凝土可以缓解急剧下降的城市地下水位，有效补充地下水，并能消除部分地表油类化合物。透水混凝土可以缓解城市热岛效应，维护生态平衡，对于城市水资源管理、水污染防治和人类生存环境良性发展具有重要意义。混凝土强度与细骨料密切相关，透水混凝土本身不含细骨料，所以强度不如传统混凝土。孔隙率越大，强度越低，为保证一定透水率，透水混凝土强度在一定程度上不高。各地实际情况不同，配合比参数设计不能千篇一律。

2.配合比设计原则

多孔性是透水混凝土的一大特点，孔隙率是在进行配合比设计时优先要考虑的，目前配合比设计方法主要有三种：体积法，质量法和比表面积法。体积法主要考察目标孔隙率，经过计算可有效控制填浆体积，有利于控制搅拌后总的孔隙率；缺点是填浆量持续增大时，孔隙率与理想孔隙率有较大差距。质量法利用经验图表，简化设计过程，根据图表计算原材料用量，方便现场拌合施工；缺点是混合时浆量大小没有参考依据。比表面法：将骨料表面积与浆体厚度相乘得出填浆量。试验得到浆膜厚度，浸水法得到骨料表面积。考虑塌落度，以骨料被浆体包裹，同时没有较多泥浆流出为标准。为更好与工程实际相结合，考虑透水混凝土特点，优化配合比方案，本文采用体积法。混凝土表观体积由骨料体积、桨体体积组成。

3.配合比参数选择

3.1孔隙率

透水系数不能直接通过配合比设计确定，孔隙率是反映混凝土透水性能的重要指标，但孔隙率与透水系数并不是等价关系，孔隙大小、孔隙走向对混凝土透水性能有着重要影响。混凝土内部宏观孔隙分为连通孔、封闭孔和半封闭孔，只有连通孔对透水混凝土透水性能有贡献。透水混凝土胶凝材料用量较多，孔隙率较小，内部封闭孔与半封闭孔较多，透水系数较小。孔隙率较高时，透水性能较好，但强度会下降。

3.2水胶比

水胶比影响混凝土强度，是配合比设计中的重要参数。孔隙率一定，水胶比越大，混凝土拌合物水化剩余水分越多，超出的水泥浆量残留在骨料之间中形成水泡。混凝土硬化水分蒸发后形成孔隙，降低混凝土密实性，降低混凝土强度。反之，水胶比较小，拌合物流动性有限，骨料不能被水泥浆完全包裹，孔隙增多，强度下降。对于透水混凝土，水胶比对其强度有较大影响，水胶比在0.25～0.35较为适合。

3.3骨料级配与粒径

仅依靠孔隙率和水胶比不能满足混凝土强度要求，骨料级配与粒径也要加以考虑。骨料粒径越小，透水混凝土强度越大。小粒径骨料表面积大，颗粒之间充分接触，水泥浆粘结力较强，包裹的水泥浆较多，骨料之间空隙被充分填充，混凝土强度变大同时透水能力下降。骨料粒径越大，彼此之间接触少，与水泥浆体之间粘力变小，混凝土强度较低。兼顾强度和透水性，选用合适的粒径骨料。

3.4体积砂率

考虑透水性能，透水混凝土一般不使用砂子。实践证明，适当掺砂不会降低透水性，还可以提高混凝土强度。体积砂率在15%以下，透水系数变化较小；体积砂率大于15%，透水性明显下降。初始阶段，砂子增多，水泥较少，孔隙率基本不变，透水性变化不大；体积砂率超过一定范围后，水泥与砂子结合能力下降，砂子堵塞混凝土孔隙，透水系数下降。混凝土抗压强度随体积砂率增加先增大后减小，体积砂率为5%时，抗压强度最高。体积砂率超过15%抗压强度明显下降。凝胶材料较多时，加入一定量砂子，部分胶凝材料被砂子取代，骨料尚能被充分包裹，颗粒之间胶结仍然较好，砂子提高了混凝土刚度，因此透水混凝土强度有所增高。当体积砂率超过一定值时，胶凝材料减少，混凝土内部胶结性能降低，混凝土强度下降。

4.配合比设计

4.1根据混凝土设计强度选择合适的骨料粒径与级配。强度等级较高的透水混凝土可选用5-10mm碎石，强度等级较低选用10-20mm碎石，水胶比在0.25-0.4之间选择。

4.2根据目标需要透水系数v（mm/s）计算透水混凝土孔隙率R（%），m/n是回归系数v=m*Rn

4.3根据骨料密度pG(kg/m3)计算骨料用量WG（kg/m3），a为骨料修正系数（0.98）WG=a*pG

4.4根据孔隙率R（%）和水胶比a计算初步水泥用量WC1和用水量WW1，其中pG为粗骨料表观密度，pc为水泥表观密度：a=WW1/WC1R=1-pG/pG-WW1/1000-WC1/pC

4.5根据水泥初步用量WC1及粗骨料级配选择体积砂率ST，根据砂子用量WS、实际水泥用量WC及用水量WW，其中pS为砂紧密堆积密度。

WS=WC1/pC*ST*pSWC=WC1*(1-ST)WW=WC*a

4.6根据材料用量试拌，加入适量添加剂WJ，添加剂用量根据透水混凝土表面情况进行调整，以混凝土表面有光泽，振捣后浆体不堆积为标准。

4.7根据试验情况调整材料实际用量，确定符合实际的水泥、水、砂、石子、减水剂物料比。

5.试验方法

孔隙率测定将制备块体在水中浸泡24小时，测试水中质量，彻底干燥后，质量做差，计算孔隙率。先后测试抗压强度、透水系数。

6.透水混凝土影响因素

6.1水灰比

水灰比随着水泥用量增加而减少，波动范围较小。级配不同的道路，最佳水灰比有所不同，确定最佳水灰比时，透水混凝土强度达到最大值。水灰比过大时，水分较多，水泥浆不能充分粘连在骨料表面，混凝土组织不均匀，容易产生离析，强度不高，透水性较差。水灰比过小，水泥浆流动性较差，包裹不均匀，紧密堆积密实度下降，强度也不高。

6.2水泥用量

水泥用量受骨料粒径影响，骨料粒径较小时，骨料的比表面积较大，则应适当增加水泥用量；骨料颗粒较大时，比表面积虽然不大，但为充分包裹骨料，水泥量不应过少。水量一定时，适当增加水泥量，能增加水泥浆粘稠度，可以提高混凝土强度。

6.3骨料粒径

骨料粒径较小时，比表面积较大，彼此之间粘合力较大；骨料粒径较大，比表面积下降，彼此之间咬合力不足，透水性明显增加。综合考虑透水性和强度，骨料粒径需充分考虑，

6.4增强剂影响

增强剂用量增加时，透水混凝土的强度明显提高，提高的幅度变化范围较小。增强剂在5%以下时，透水混凝土的强度能提高50%；增强剂用量从5%继续增加时，透水混凝土强度提高的幅度不在明显提高。增强剂是通过增加混凝土的粘力实现的。

6.5施工技术的影响

透水混凝土施工建设中做好设计配合比，按要求振实，就会明显提高混凝土的性能。振捣不够则会极大影响透水混凝土的强度，过度振捣时透水混凝土的透水率会出现明显下降，达不到透水性要求。因此，合适的施工工艺也是保证透水混凝土性能的关键因素。

7.结语

透水混凝土透水、透气性能优良，是一种绿色环保的混凝土材料。孔隙率、水胶比、骨料级配、体积砂率影响透水性能和强度。为控制透水性和强度，选择合适骨料级配。适量掺砂可以提高混凝土强度，而不降低透水性能。

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