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摘要：通过实验确定各种因素（集灰比、集料粒径、水灰比、外加剂及其掺量、成型方法）对透水混凝土的影响，认识它们之间的相互作用情况，并综合各影响因素确定最佳的实验方案。
关键词：透水混凝土；强度；透水性；多孔
Abstract: through the experiment to determine various factors (set ash aggregate size than,, water cement ratio, and its content of admixture shaping method) of permeable concrete influence, understanding the interaction between them, and the comprehensive factors determine the best experiment scheme.
Keywords: permeable concrete; Strength; Water permeability; porous
中图分类号： TU528文献标识码：A文章编号：
1 透水混凝土的特点及其研究意义
透水混凝土通常定义为一种含有较多粗集料、微量或无细集料且无足量水泥的混凝土材料。通过配合比设计满足具有适当强度、高透水性、无析离等工程需求，主要可以作为无需压密的回填材料或水工材料，抗压强度约在1.5 MPa~14 MPa之间[1,2]。与一般混凝土相比，具有如下特点：1）透水混凝土比重一般约在1 400 kg/m3~1900 kg/m3之间；2）热传导系数小；3）水的毛细现象不显著；4）水泥用量少；5）成型时侧压力小，可使用各种轻型模板；6）表面存在蜂窝状孔洞，表面抹平施工方便；7）可以防止雨天路面集水和夜间反光，增加行走舒适性和安全性，同时减轻降雨季节道路排水系统负担；8）可以吸收车辆行走产生的噪音，有利于创造安静舒适的交通环境；9）可以补充城市地下水资源，保护土壤温度，改善城市地表植物和土壤生物的生存条件，有利于生态平衡；10）可以增加城市可透水透气面积，调节城市气候，降低地表温度，缓解城市“热岛”现象[3~5]。此外，透水混凝土靠自重即可成型，施工简易方便，对于工人的施工技术要求不高更是其主要特色[6]。
2 原材料分析及实验方法
2.1 原材料分析
①碎石集料：其技术指标如表2.1
表2.1 碎石分析
③ 减水剂：江西武冠新材料有限公司生产的FDN减水剂，减水率为17%。
④ 硅灰：上海天凯硅粉材料有限公司生产。
⑤ 水：自来水。
2.2 实验方法
2.2.1 成型方法：
a、称量水泥、集料、外加剂，量取水备用，外加剂直接加入水泥中，使用砂浆搅拌仪拌制水泥净浆。b、将集料混合均匀后，宜分3~4次与水泥净浆拌合。以便水泥浆体包裹集料更加均匀。c、试样的成型装模应当分2次进行，每一次加料后捣实，最后一次混凝土稍高于试模。d、压实时用一块100 mm×100 mm×100 mm的木块垫在试样的上方，加压到10 KN时停止加压（成型压力为1 MPa）；振实时振实10~20秒即可。e、放入养护箱中(温度20oC，湿度95%)，养护24 h后脱模，脱模后放入标准养护室养护。
2.2.2 强度测试方法：
透水混凝土的抗压强度根据GB/T 17671-2005进行，试样尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，测试的龄期分别为7d、28d。
2.2.3 透水率的测试方法
采用非恒压法测量的自制透水仪。该设备为一上下两端均开口的长方柱形透明塑料筒，装置的正面有刻度可用于计量。
测量前，首先将透水仪套在试件的上面，然后用橡皮泥从透水仪的内外两面密封透水仪与试管之间的接缝。测量时，将水快速注满塑料筒，该装置为上下两端开口的透明有机玻璃长方柱体，尺寸为3 cm×3 cm×45 cm，其侧面刻有测量用的刻度。本试验主要以变水柱高度下试件的竖向渗流速度来表示试件的透水性能。为了保证水流方向为竖向，采用试件的上下两个相对侧面为透水面，因为应用于实际时也是主要利用这两个面来透水的，对其他4个面进行滚腊处理。
3. 实验结果与讨论
3.1 正交表和正交试验结果
选用L9(34)即四因素三水平的正交表来安排实验，见表3.1，正交实验所得数据见表3.2。
表3.1 正交实验实验方案
从正交试验数据上可以看到透水混凝土的强度、透水率随着集灰比、水灰比及减水剂含量起伏变化，其关系错综复杂。减水剂对透水混凝土的影响较少，所以可以采用1%的减水剂。集料越细，透水混凝土的强度越好，因为粗集料的混凝土内部，集料之间的接触点较少，而浆体的强度又是有限的，因此其强度不高，而细集料则相反。集灰比是5.0时是较好的，因为如果水泥用量过大，则会出现沉浆（8#），而在集料表面也只有薄薄的一层水泥浆体；而当集灰比过大时，由于水泥用量较少，部分集料不能包裹完全，透水混凝土的强度也不会太高（9#）。水灰比方面，0.30~0.33之间是比较合适的，过大就会出现沉浆（6#），过小水泥浆体的流动性不足，使得搅拌时水泥浆体包裹集料不均匀，混凝土的强度不高（4#）。因此，集灰比5.0，水灰比0.32，减水剂掺量1%较合适。
3.2 硅灰掺量对透水混凝土性能的影响，表3.3。
表3.3是固定集料粒径、集灰比、水灰比和减水剂掺量，研究硅灰掺量对透水混凝土性能的影响，从表中可以看出，硅灰与高效减水剂同时掺入具有很好的增强作用。随着硅灰掺量的提高，透水混凝土的强度先增加后降低。硅灰粒径微细，在水泥凝胶体中具有微填充作用，使集料与水泥浆体的界面强度得到改善，宏观上则表现出整体强度大幅度增加。集料级配对透水混凝土性能的影响，见表3.4.
表3.4是固定集灰比、水灰比和外加剂，研究集料集配对透水混凝土性能的影响。从表中可以看出，无砂大孔透水混凝土的性能与集料粒径有着密切的关系。当集灰比、水灰比、减水剂及硅灰掺量固定时，多孔混凝土的抗压强度随着集料最大粒径（Φ9.50~16.00）含量的增大而逐渐减小。这是因为集料粒径增大时，空隙率变大，多孔混凝土赖以形成强度的水泥浆体接触点减少、集料内摩擦阻力降低，相应的强度也降低。根据Weymouth的粒子干涉理论：集料之间的空隙，由次小一级集料填充，其所余空隙又由再次小集料填充，填隙的集料不得大于其间隙之距离，否则大小集料之间势必发生干涉现象，为避免干涉，大小粒子之间应按一定数量分配。
4.结论
透水混凝土的强度及其他性能与很多因素有关，而且各种因素之间关系也相当复杂，在考虑时应当综合考虑，以便达到最佳的效果：
1）集灰比：压实成型时集灰比为5.0的效果是较好的，此时水泥浆体能完全包裹集料表面并且有一定的厚度；但如果是振动成型，因为浆体的流动比较大，所以可以适当得调低集灰比，但不得低于4.5。
2）集料配合比：MФ2.36~4.75：MФ4.75~9.5：MФ9.5~16=20：30：50最好，也可根据实际情况减少Ф2.36~4.75集料的含量，增加Ф9.5~16的含量。还可以适量加入Ф16~26.5的集料，但含量应当在10%之下，因为少量的粗大集料容易包裹，并且增强，但如果粗集料过多时，由于接触点过少将极大地影响透水混凝土的强度。
3）成型方法：压实成型优于振动成型，因为振动成型时透水混凝土的集灰比、水灰比都要因此改变，而使得包裹集料的混凝土浆体厚度降低、強度下降，严重影响透水混凝土的强度。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：透水混凝土；强度；透水性；多孔
Abstract: through the experiment to determine various factors (set ash aggregate size than,, water cement ratio, and its content of admixture shaping method) of permeable concrete influence, understanding the interaction between them, and the comprehensive factors determine the best experiment scheme.
Keywords: permeable concrete; Strength; Water permeability; porous
中图分类号： TU528文献标识码：A文章编号：
1 透水混凝土的特点及其研究意义
透水混凝土通常定义为一种含有较多粗集料、微量或无细集料且无足量水泥的混凝土材料。通过配合比设计满足具有适当强度、高透水性、无析离等工程需求，主要可以作为无需压密的回填材料或水工材料，抗压强度约在1.5 MPa~14 MPa之间[1,2]。与一般混凝土相比，具有如下特点：1）透水混凝土比重一般约在1 400 kg/m3~1900 kg/m3之间；2）热传导系数小；3）水的毛细现象不显著；4）水泥用量少；5）成型时侧压力小，可使用各种轻型模板；6）表面存在蜂窝状孔洞，表面抹平施工方便；7）可以防止雨天路面集水和夜间反光，增加行走舒适性和安全性，同时减轻降雨季节道路排水系统负担；8）可以吸收车辆行走产生的噪音，有利于创造安静舒适的交通环境；9）可以补充城市地下水资源，保护土壤温度，改善城市地表植物和土壤生物的生存条件，有利于生态平衡；10）可以增加城市可透水透气面积，调节城市气候，降低地表温度，缓解城市“热岛”现象[3~5]。此外，透水混凝土靠自重即可成型，施工简易方便，对于工人的施工技术要求不高更是其主要特色[6]。
2 原材料分析及实验方法
2.1 原材料分析
①碎石集料：其技术指标如表2.1
表2.1 碎石分析
③ 减水剂：江西武冠新材料有限公司生产的FDN减水剂，减水率为17%。
④ 硅灰：上海天凯硅粉材料有限公司生产。
⑤ 水：自来水。
2.2 实验方法
2.2.1 成型方法：
a、称量水泥、集料、外加剂，量取水备用，外加剂直接加入水泥中，使用砂浆搅拌仪拌制水泥净浆。b、将集料混合均匀后，宜分3~4次与水泥净浆拌合。以便水泥浆体包裹集料更加均匀。c、试样的成型装模应当分2次进行，每一次加料后捣实，最后一次混凝土稍高于试模。d、压实时用一块100 mm×100 mm×100 mm的木块垫在试样的上方，加压到10 KN时停止加压（成型压力为1 MPa）；振实时振实10~20秒即可。e、放入养护箱中(温度20oC，湿度95%)，养护24 h后脱模，脱模后放入标准养护室养护。
2.2.2 强度测试方法：
透水混凝土的抗压强度根据GB/T 17671-2005进行，试样尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，测试的龄期分别为7d、28d。
2.2.3 透水率的测试方法
采用非恒压法测量的自制透水仪。该设备为一上下两端均开口的长方柱形透明塑料筒，装置的正面有刻度可用于计量。
测量前，首先将透水仪套在试件的上面，然后用橡皮泥从透水仪的内外两面密封透水仪与试管之间的接缝。测量时，将水快速注满塑料筒，该装置为上下两端开口的透明有机玻璃长方柱体，尺寸为3 cm×3 cm×45 cm，其侧面刻有测量用的刻度。本试验主要以变水柱高度下试件的竖向渗流速度来表示试件的透水性能。为了保证水流方向为竖向，采用试件的上下两个相对侧面为透水面，因为应用于实际时也是主要利用这两个面来透水的，对其他4个面进行滚腊处理。
3. 实验结果与讨论
3.1 正交表和正交试验结果
选用L9(34)即四因素三水平的正交表来安排实验，见表3.1，正交实验所得数据见表3.2。
表3.1 正交实验实验方案
从正交试验数据上可以看到透水混凝土的强度、透水率随着集灰比、水灰比及减水剂含量起伏变化，其关系错综复杂。减水剂对透水混凝土的影响较少，所以可以采用1%的减水剂。集料越细，透水混凝土的强度越好，因为粗集料的混凝土内部，集料之间的接触点较少，而浆体的强度又是有限的，因此其强度不高，而细集料则相反。集灰比是5.0时是较好的，因为如果水泥用量过大，则会出现沉浆（8#），而在集料表面也只有薄薄的一层水泥浆体；而当集灰比过大时，由于水泥用量较少，部分集料不能包裹完全，透水混凝土的强度也不会太高（9#）。水灰比方面，0.30~0.33之间是比较合适的，过大就会出现沉浆（6#），过小水泥浆体的流动性不足，使得搅拌时水泥浆体包裹集料不均匀，混凝土的强度不高（4#）。因此，集灰比5.0，水灰比0.32，减水剂掺量1%较合适。
3.2 硅灰掺量对透水混凝土性能的影响，表3.3。
表3.3是固定集料粒径、集灰比、水灰比和减水剂掺量，研究硅灰掺量对透水混凝土性能的影响，从表中可以看出，硅灰与高效减水剂同时掺入具有很好的增强作用。随着硅灰掺量的提高，透水混凝土的强度先增加后降低。硅灰粒径微细，在水泥凝胶体中具有微填充作用，使集料与水泥浆体的界面强度得到改善，宏观上则表现出整体强度大幅度增加。集料级配对透水混凝土性能的影响，见表3.4.
表3.4是固定集灰比、水灰比和外加剂，研究集料集配对透水混凝土性能的影响。从表中可以看出，无砂大孔透水混凝土的性能与集料粒径有着密切的关系。当集灰比、水灰比、减水剂及硅灰掺量固定时，多孔混凝土的抗压强度随着集料最大粒径（Φ9.50~16.00）含量的增大而逐渐减小。这是因为集料粒径增大时，空隙率变大，多孔混凝土赖以形成强度的水泥浆体接触点减少、集料内摩擦阻力降低，相应的强度也降低。根据Weymouth的粒子干涉理论：集料之间的空隙，由次小一级集料填充，其所余空隙又由再次小集料填充，填隙的集料不得大于其间隙之距离，否则大小集料之间势必发生干涉现象，为避免干涉，大小粒子之间应按一定数量分配。
4.结论
透水混凝土的强度及其他性能与很多因素有关，而且各种因素之间关系也相当复杂，在考虑时应当综合考虑，以便达到最佳的效果：
1）集灰比：压实成型时集灰比为5.0的效果是较好的，此时水泥浆体能完全包裹集料表面并且有一定的厚度；但如果是振动成型，因为浆体的流动比较大，所以可以适当得调低集灰比，但不得低于4.5。
2）集料配合比：MФ2.36~4.75：MФ4.75~9.5：MФ9.5~16=20：30：50最好，也可根据实际情况减少Ф2.36~4.75集料的含量，增加Ф9.5~16的含量。还可以适量加入Ф16~26.5的集料，但含量应当在10%之下，因为少量的粗大集料容易包裹，并且增强，但如果粗集料过多时，由于接触点过少将极大地影响透水混凝土的强度。
3）成型方法：压实成型优于振动成型，因为振动成型时透水混凝土的集灰比、水灰比都要因此改变，而使得包裹集料的混凝土浆体厚度降低、強度下降，严重影响透水混凝土的强度。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。