锦城学院 多孔混凝土透水路面基层(译)

武汉大学Technology-Mater期刊. Sci. Ed. 2008年六月DOI 10.1007/s11595-007-3391-4多孔混凝土透水路面基层材料的骨料级配YANG Zhifeng1,2, MA Wei1, SHEN Weiguo1*, ZHOU Mingkai1（1. 材料科学与工程学院，武汉科技大学，武汉430070；2. 高速公路研究所，交通部，中国北京100088）摘要：细骨料的比例对于材料的影响，颗粒粒径的最大尺寸，9.5mm至4.75mm粗骨料的粒子所占比例对于多孔混凝土性能的影响的调查研究。

结果表明，多孔混凝土水泥用量在150kg/m3具有高强度，并且具有令人满意的渗透作用，当骨料级配超过4.75mm，百分比为10%至15%，随着骨料的最大粒径的增大，多孔混凝土强度大幅降低，但是渗透性却增加。

当粒径为9.5mm至4.75mm的骨料占到总骨料比例的20%时，Weymouth理论已经不起作用了，多孔混凝土强度达到峰值。

多孔混凝土透水路面基层材料的最佳级配和分级，根据理论计算和实验结果得出。

关键词：骨料级配；多孔混凝土；透水路面；最大粒径；强度；透水性1 引言一年内，普遍有因为积水的影响对硬路面造成的损害，不论硬路面的结构类型，只考虑损害的不同程度。

水进入路面结构而无法被排出是造成路面材料和结构损害的主要原因。

根据来自Purdue大学的Mathis的研究，具有透水路面基层保护结构的道路具有30%（沥青混凝土路面）至50%（水泥混凝土路面）的较长使用寿命，相对于那些没有这种结构的道路而言[1]。

现在这里有三种类型的透水路面基层可供应用与研究，这是无限开放级粒料，粘结剂界开放层次颗粒物质和多孔混凝土[2]。

多孔混凝土具有许多优点，如高强度，低成本，低收缩率，抗冲刷性能等[3]。

多孔混凝土包含很少的细骨料，或者有时并没有包含细骨料，它也被称为无细石混凝土，这是一个由粗骨料的连锁而形成的多孔结构，多孔混凝土的强度的形成取决于总表面上的水泥浆体的粘结[4,5]。

粗骨料的包装状态取决于总的层次和粒子的形状和纹理[6]，所以在混凝土骨料级配是治理工程的多孔混凝土性能的主要因素之一，这不仅仅取决于混凝土的强度，还取决于混凝土的渗透性，而且，这两种性能是多孔混凝土透水路面基层爱聊的主要设计因素。

但是一般的透水混凝土具有高（超过200kg/m3）的水泥用量，来获得适度的强度，因为颗粒级配太劣[2,3]。

在这篇文章当中，我们对骨料的质量等级因素的影响，如最大粒径，细骨料的含量，以及4.75mm-9.5mm骨料的含量进行了研究。

根据在道路实际情况的和理论计算的分析，对于来自于骨料级配的影响，最优化限制多孔混凝土透水路面基层材料的建议。

2 实验2.1 原材料在本次测试中，使用强度为32.5MPa的普通硅酸盐水泥作为实验材料，由Huaxin水泥公司提供，水泥的测试性能由表1所示。

碎石是一种大小从4.75mm到26.5mm的石灰岩，由Huaxin混凝土混合料工厂提供，破碎石块粒径大小分布如图1所示。

1人工砂由Fugang砂厂提供，人工砂的粒径分布如图2所示。

图1 破碎石块粒径大小分布图2 人工砂的粒径大小分布2.2 混合比例在本文中，此次实验无所使用的混合物中水泥的含量被调整为150kg/m3。

使用4.75mm的筛漏对不同骨料百分比的骨料A组进行筛选实验，通过加入从2.55%到20%不等的人工砂。

测试组B组中的骨料等级的最大粒径尺寸从19.0mm到31.5mm不等，这是通过选择不同种类的粗骨料混合而成的，B组中骨料通过4.75mm的筛漏的百分比被调整为10%。

测试组C组中的粗骨料的级配进行了调整，通过使用骨料粒径的不同比例，尺寸范围从9.5mm-26.5mm和4.75mm-9.5mm，C组中骨料通过4.75mm的筛漏的百分比也被控制在10%左右为宜。

2.3 实验样品准备与制作事先准备好的多孔混凝土实验试块，是一个底部直径为150mm ，高150mm 的圆柱体的试块，在圆柱体试块的顶部表面用振动器加载了5kg 荷载的振动，每个圆柱体样本振动过程持续40s 。

2.4 试验方法具有渗透性的多孔混凝土试块被安置在如图3所示的设备中进行测试。

达西定律所描述的混凝土的渗透系数的计算如下：K T =Q ∙L A ∙∆ℎ∙t (1) 其中K T 是水温为T 时的渗透系数，单位为cm/s ，Q 是渗透水的体积，单位为cm 3，L 是测压计管测量点测试前后的垂直距离，单位为cm ，∆ℎ水头的压力，单位为cm ，t 是渗透时间，单位为s ，A 是试块的横截面积，单位为cm 2。

3 结果与讨论3.1 细骨料对混凝土透水性的影响一般的透水混凝土路面基层材料是一种“无细石混凝土”，所以骨料之间的联通的孔穴是很小，很微弱的，200kg/m 3的混凝土是需要的，为了达到5MPa 的设计强度。

添加一些细骨料能增加混凝土之间的连接点和提高混凝土渗透性的强度。

多孔混凝土骨料通过4.75mm 筛漏的百分比和对混凝土强度的影响关系如图4所示。

从图4中可以清晰地看出，第7天和第28天混凝土耐压强度随着通过4.75mm 筛漏的百分比的增加而增加，所以含有细骨料对于混凝土强度的构成是有巨大作用的，细骨料填装在粗骨料的间隙中，然图3 混凝土和设备的渗透率测量过程图解后，水泥浆附着在骨料的表面上，起着把粗骨料连接在一起的作用，起着增加骨料之间的粘结效果，所以，这样的结构增强了，还有拥有了细骨料，多孔混凝土的强度被改善了。

图4 4.75mm筛漏合格率对混凝土强度的影响图5 细骨料的含量对空隙率和渗透性的影响含有不同细骨料含量的多孔混凝土的孔隙率和渗透性如图5所示。

很明显的看出，多孔混凝土的孔隙率和渗透性随着细骨料含量的增加而减小，混凝土的渗透性从当4.75mm的筛漏通过率为2.55%时的5.37cm/s显著的降低至1.41cm/s，这时筛漏的通过率为20%。

细骨料填充着粗骨料之间的空隙，所以孔隙率或者细骨料的减少都会阻碍粗骨料之间的联通空隙。

所以通透性随之降低，但是仍然有20%-30%的有效空隙率值，比设计时的多孔混凝土透水路面基层材料的指数较高（不低于20%）。

从第A组的实验结果可以看出，通过4.75mm筛漏的百分比从10%-15%是适合的。

当细骨料含量为15%时，混凝土的强度比控制混凝土的强度高出40%，并且此透水混凝土拥有超过6MPa的抗压强度，来自于水泥的含量仅仅为150kg/m3的水泥。

如果使用开放的骨料级配，可以达到200kg/m3的强度。

3.2 最大粒径对混凝土性能的骨料的最大粒径对多孔混凝土特性的影响如表2所示。

从表中可以清晰地看出，随着骨料最大颗粒直径的增加，多孔混凝土的强度显著地降低，但是混凝土的空隙率和渗透性微弱地增加。

随着骨料直径的增加，骨料之间的连接点随之减少，所以粗骨料之间的连接力减弱，多孔混凝土的强度也降低，但是与此同时，多孔混凝土之间的连通空隙增加，渗透性也随之增强。

最适合多孔混凝土透水路面基层材料的骨料最大尺寸是26.5mm。

3.3 直径在4.75mm~9.5mm微粒对多孔混凝土性能的影响粒径在4.75mm-9.5mm的颗粒对多孔混凝土性能的影响如图6所示。

从图6中可以看出，第7天和第28天的多孔混凝土抗压强度出现一个峰值，在当4.75mm-9.5mm颗粒含量为20%的时候。

通过Weymouth的微粒干扰理论计算出了一个等级。

在这个理论中，据推测，当次级骨料的直径比较大颗粒平均距离（t）还要小时，次级骨料与粗骨料的聚合干扰现象不会发生，它可以用以下公式描述：t=[(d0d a )1/3−1]∙D (2)其中d0是捣实混合骨料的体积分数，d a是骨料的真实体积分数，D为总的平均直径。

C组骨料的等级测试和Weymouth临界值如表3所示。

据计算，干扰关键的通过率为34%。

当合格率低于此值时，大于9.5mm的颗粒挤紧在一起不会产生阻碍，所以强度随着4.75mm-9.5mm颗粒含量的增加而增加，因为它提高了骨料的堆积密度和增加了粗骨料之间的连接点。

当通过的百分比提高，包装状态受到干扰，连接被打破，所以强度降低。

图6 直径4.75mm-9.5mm颗粒对抗压强度的影响3.4 多孔混凝土的最佳级配根据上述结果，通过4.75mm筛漏的最适合的百分比为10%-15%，因此，多孔混凝土具有较高的强度和合理的渗透性。

表4列出了两个用Weymouth理论计算出来的理论等级，并且与真实颗粒级配实验作对比。

测试结果和实验结果如表4所示。

从表4可以发现，级配筛分实验和计算等级十分的相似，并且实验试块具有高强度和可观的渗透性。

根据原材料的条件，在实际的运用中，还有考虑到一些道路基层材料的准则，多孔混凝土透水路面基层材料的最佳级配，建议如图7所示。

与开放的颗粒级配相比，这种拥有连续级配的多孔混凝土能在使用较少水泥用量的情况下提供高强度。

图7 骨料级配的建议范围4 结论a)细骨料含量的增加，多孔混凝土的强度增加，而与此同时渗透性却减小，与普通的混凝土路基材料相比，大约有50kg/m3的水泥被节约出来。

b)随着多孔混凝土骨料最大粒径的增加，混凝土的强度降低，而通透性增加。

c)适合颗粒直径在4.75mm-9.5mm的含量为20%左右，此时粗骨料与次级骨料结合的干扰少，因此，多孔混凝土具有高强度和可观的渗透性。

参考文献[1] Ghofoori N, Duta S. 无细混凝土路面应用的发展[J].交通运输工程, 1995,121(3):282-288[2] Zhen M L, Chen S F, Wang C T. 多孔混凝土的强度特性[J].长安大学学报, 2006,26(4):20-26[3] Sun J W, Wang C T, Zhen M L,et al . 透水路基地的物理力学性能[J]. 高速公路, 2006(8):341-345[4] Liu X J, Gao J M, Li B H. 粗骨料的级配多孔混凝土性能[J]. 中国混凝土与水泥制品, 2005(5):11-13[5] Marlof A, Neithalath N, Sell E, et al . 增强孔隙混凝土吸声料级配的影响[J]. ACI的材料杂志, 2004,101(1):82-91[6] P K Mehta, P C Aitcin.生产高性能混凝土的基本原则[J]. 聚合混凝土, 1990,12(2):71-75原文题目去百度文库里面搜索The Aggregate Gradation for the Porous Concrete Pervious Road Base Material。