透水混凝土配合比设计关键技术研究

文摘 2025-01-10 07:04 河南

0 引言

透水混凝土是典型的环境友好型材料，属于骨架－孔隙结构，既具备一定的强度，又具备一定的透水、透气性能，能够有效缓解城市“热岛效应”，但孔隙也限制了透水混凝土强度的提高。目前，透水混凝土主要应用于人行道、绿地广场、花园小区等承重荷载较小的路面建设。张扬等研究了灰骨比、骨料级配和粉煤灰掺量对透水混凝土力学性能和透水性能的影响，在一定条件下，得出了最佳灰骨比和最佳粉煤灰掺量；万书金等研究了混凝土配合比中水灰比和骨料级配的变化对透水混凝土物理性能、力学性能和透水性能的影响，并通过数据拟合了连续孔隙率、抗压强度、透水系数之间的关系。张东培等研究了增强材料对透水混凝土性能的影响，通过增强材料比例，使透水混凝土在透水系数较大时，仍可拥有较高的抗压强度。

郑州市某河道综合治理二期绿化工程人行景观道路，使用大量透水混凝土进行施工。本文以该项目为依托，对透水混凝土进行相关研究，为项目顺利施工提供保障。

1 试验原材料

水泥使用某公司生产的P·052.5，对水泥密度、标准稠度、用水量、凝结时间、安定性、胶砂强度、烧失量等进行了检测，检测结果符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》技术要求。碎石使用某石料厂生产的5～10mm人工碎石，对碎石的表观密度、堆积密度、紧密堆积密度、堆积空隙率、针片状颗粒含量、泥粉含量等指标进行检测，检测结果符合GB/T14685-2022《建设用卵石、碎石》技术要求。增强剂由项目提供和自身研发，分别进行了试验，对比分析其工作性能，拌和用水为自来水。

2 试件成型

透水混凝土经拌和后，拌和物性能应符合标准要求，浆体应均匀包裹在骨料表面，拌和物内不应有浆体流动。透水混凝土试件成型过程对其性能有较大影响，对振动法、插捣法、静压法三种成型效果进行对比分析，选择最佳方案。

振动法可采用小型平板振动机置于试模表面振动，也可将试模置于混凝土振动台上振动，但应注意控制振动时间，以振动后浆体不集中在试件底部，避免透水系数降低为宜。插捣法使用混凝土落度试验用捣棒，试件分两层装进试模，每层插捣一定次数，以目测插捣密实为宜。静压法使用透水混凝土抗压试件成型装置，通过混凝土配合比容重和孔隙率，计算一个试件所需凝土拌和物质量，然后使用万能试验机，在一定速率下将其压制成型。

试件成型过程中，透水混凝土抗压强度测试采用边长为150mm的立方体试件，抗折强度测试采用100mm×100mm×400mm长方体试件，透水系数测定采用边长为150mm的立方体试件，养护至21d后，钻取直径100mm的芯样，切割加工制作高为50mm的圆柱体试件进行试验。抗冻性能采用慢冻法进行试验，试件为边长100mm的立方体。

3 配合比设计

本次试验以郑州某河道综合治理工程透水混凝土配合比设计为依托，根据设计图纸要求，透水混凝土强度等级为C25，透水系数不小于5.0mm/s。

3.1 配制强度

根据CJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》，透水混凝土配制强度应综合考虑标准差、保证率等。强度标准差根据规范选择5.0MPa，保证率系数为1.645。经过计算，强度等级为C25的透水混凝土配制强度为33.2MPa。

3.2 混凝土配合比

依据CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》进行透水混凝土配合比计算，依据粗集料检测所得的紧密堆积密度，与粗集料用量修正系数相乘，得出每方透水混凝土中粗集料的用量。选择透水混凝土设计孔隙率为27%，以满足透水系数的要求，粗集料紧密堆积孔隙率经试验得到，计算可以得出胶结料浆体体积；水胶比控制在0.25～0.35，初步选择水胶比为0.25，由此可计算得出单位体积内水泥用量，进一步计算得出单位体积用水量，透水混凝土增强剂用量按水泥用量的百分比进行计算，透水混凝土配合比以单位体积透水混凝土中各种材料用量表示。按照以上方法计算配合比进行试拌，透水混凝土拌和物工作性能应符合要求。当进行透水水泥混凝土强度试验时，应选择3个不同的配合比，以上述试拌的配合比为基准配合比，另外两个配合比的水胶比较基准水胶比分别增减0.05，用水量与基准配合比相同。经计算，透水混凝土试验用配合比如表1所示。

3.3 试验结果

按照表1配合比拌和并成型，拌和后，观察确定透水混凝土的工作性能，其中TS1-1拌和物集料表面浆体层均匀，有金属光泽，手握成团，振动作用下，浆体可均匀包裹集料表面；TS1-2拌和物集料表面浆体层较厚，无金属光泽，手握成团，振动作用下，集料间孔隙较小；TS1-3拌和物集料表面浆体层稀薄，有金属光泽，手握成团效果差；振动作用下，浆体过多坠落。拌和物成型并检测硬化后，混凝土各龄期的抗压强度、透水系数及抗冻性能，检测结果见表2。

3.4 结果分析

根据试验得出的透水混凝土强度、孔隙率与水胶比关系，采用作图法或计算法求出满足孔隙率和透水混凝土配制强度要求的水胶比，并以此确定水泥用量和用水量，最终确定正式配合比。由试验结果可以看出，水胶比为0.30时，抗压强度可满足设计要求，但该透水混凝土配合比透水系数要求不小于5.0mm/s，远大于规范中不小于0.5mm/s的技术要求，故根据试拌结果，透水系数随水泥用量的增加而减小，满足透水系数要求的仅有TS1-1，因此，确定透水混凝土水胶比为0.25。

依据有关规程规范和以上试验成果，推荐混凝土施工配合比如表3所示。

4透水混凝土增强剂研发

4.1 透水混凝土增强剂配制

目前，透水混凝土增强剂无相关技术标准，市场在售类似产品种类繁多，性能、价格参差不齐，为掌握透水混凝土配合比核心技术，确保透水混凝土质量和成本，根据试拌结果及性能要求，选择减水材料、增强材料、稳定增稠材料、消泡材料等进行透水混凝土增强剂的配制，配制而成的增强剂掺量预计为3%。经过试配调整，掺入上述推荐的透水混凝土施工配合比中，目测透水混凝土的拌和物性能，使其与TS1-1的状态基本一致，甚至更好，确定此时为自配制透水混凝土增强剂配方。

4.2 效果验证

选择项目使用的透水混凝土增强剂，研发所得的增强剂，使用上述推荐得到的C25透水混凝土配合比，进行效果验证，同时进行一组不使用透水混凝土增强剂的试验，作为对比试验，对混凝土拌和物状态，硬化后混凝土的力学性能、耐久性能、透水性能进行检测，拌和使用的透水混凝土配合比见表4。

经拌和，TS2-1由于无添加剂，拌和物集料表面较干，无金属光泽，手握可成团，振动作用下，浆液裹在集料表面；TS2-2和TS2-3受到增强剂减水效果的有利影响，拌和物集料表面浆体层均匀，有金属光泽，手握成团，振动作用下，浆体可均匀包裹集料表面。将拌和物成型并检测硬化混凝土性能，检测结果如表5所示。

由表5可以看出，使用增强剂的透水混凝土强度和耐久性能远优于不使用增强剂的透水混凝土。增强剂的使用，可使透水抗压强度提高160%以上，抗折强度提高130%左右，抗冻性能成倍提高。自研发透水混凝土增强剂的使用效果不弱于市场在售的产品，抗压强度、抗折强度、透水系数及抗冻性均有一定程度的提高。由于透水系数主要和孔隙率有关，在透水混凝土浆液量一定且浆液不聚集的情况下，透水系数和增强剂的关系不大，不使用增强剂的混凝土透水系数较小。

4.3 成型方式

选择编号为TS2-3的配合比，对该混凝土拌和物采用不同成型，分别为底部振动、上部振动、插捣、静压四种成型方使抗压强度、抗冻、透水系数试件成型。经试验，使用振动方式成型时，底部振动时间6～8s，上部振动时间15～20s，可使试件内粗集料挤压密实，且浆液不过多坠落底部。插捣成型时，试件分两层，每层从外至内螺旋形插捣不少于30次，可将拌合物插捣密实。静压成型需要使用专用铸铁试模，将计算得到的拌合物用量一次性缓慢压人试模内。各种成型方式检测的透水混凝土性能如表6所示。

从表6可以看出，在试验室内采用静压成型的透水混凝土综合性能优于另外几种成型方式，且同组试验结果波动较小。采用底部振动和上部振动方式成型的混凝土性能差异不大，各项指标各有优劣，基本在同一数量级，但采用底部振动成型的振动时间明显短于上部振动成型方式，采用底部振动时，若振动时间控制不当，易造成透水混凝土浆液聚集至试件底部，对透水混凝土各项性能检测产生影响；采用插捣成型方式所得的试件力学性能和耐久性能明显劣于其余成型方式，但由于插捣成型试块的孔隙率较大，其透水系数明显高于其余几种成型方式。静压成型过程中由于无振动，浆液仍在试件内部均匀分布，试件成型均匀性较高，在室内成型效果最佳，可作为室内成型推荐方式。

5 结语

（1）试验得到满足项目施工用强度、高透水系数、抗冻性能要求的透水混凝土配合比，可用于现场施工。应控制透水混凝土拌和物状态，禁止过振，避免浆液坠落堆积底部，影响透水混凝土的透水性。

（2）试验研发的透水混凝土增强剂具有一定的减水效果，可使混凝土拌和物具有良好的工作状态，力学性能、耐久性能、透水性能优于市场在售透水混凝土增强剂，具备推广使用价值。

（3）透水混凝土室内以静压成型效果最优，可有效降低同组试验结果的离散性，振动成型方式次之，插捣成型效果较差（透水系数）。使用上部振动和底部振动效果差异不大，但底部成型易造成浆液过多下坠。插捣成型由于密实性较差，孔隙率较大，透水效果较好。（来源：《江西建材》2023.12）

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