透水混凝土配合比参数选择及设计方法研究_徐仁崇

关键词： 透水混凝土；配合比；骨料级配与粒径；体积砂率
中图分类号： TU528.062
文献标志码： A
文章编号： 1002-3550（2011）08-0109-04
Study on parameters' selection and design method of pervious concrete mix proportion
1.2.3 透水系数的测定
采用“固定水位高度法”测试透水混凝土的透水系数。事先
·109·
将试块四个侧面用净浆密封，使成型面作为测试表面，测试透
水仪中水位由 180 mm 降至 0 mm 时所用时间 t，通过式（2）计
算透水系数 v。
v=h/t
（2）
2 配合比设计ຫໍສະໝຸດ Baidu数的选择
2.1 孔隙率
由于进行透水混凝土的配合比设计时，透水系数并不能直 接通过配合比设计确定。虽然孔隙率是反映透水混凝土透水系 数的一个重要指标，但孔隙率与透水系数并不存在对等关系，其 他一些因素比如孔隙的特征、大小及孔隙的路径走向等，对透 水混凝土的透水性能也有着不可忽略的影响。因此，探讨孔隙率 与透水系数的关系对透水混凝土配合比设计具有重要意义。
2.3 骨料级配与粒径
在 CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》的透水 混凝土配合比设计中，只给出孔隙率和水胶比两个配合比设计参 数，但是仅仅依靠这两个参数求得的透水混凝土配合比很难满足 强度的要求。有时尽管使用了较小的水胶比和相当大的水泥用 量，但仍然配制不出符合设计强度的透水混凝土，因为影响透水 混凝土性能还有另一个重要因素—骨料级配与粒径。试验选用 5~10 mm 和 10~20 mm 两种不同粒径的碎石，在不同水泥用量下 研究了骨料级配对透水混凝土性能的影响，试验结果见图 3。
26.6
10.72
小，数值相差越大。透水混凝土内部孔隙示意图如图 2 所示，透 水混凝土的内部宏观孔隙分为连通孔隙、封闭孔隙及半封闭孔 隙 3 种，其中对透水混凝土透水性能有贡献的只有连通孔隙；透 水混凝土的设计孔隙率较小时，配合比中胶凝材料用量较多，胶 凝材料用量的增加提高了透水混凝土内部封闭孔隙与半封闭 孔隙形成的几率，即造成的封闭孔隙与半封闭孔隙越多。
XU Ren-chong 1，GUI Miao-miao 1，LIU Jun-xiu 2，CHEN Qing-ji 1，GONG Ming-zi 1 （1. Xiamen Academy of Building Research Group Co.，Ltd.，Xiamen 361004，China；
图 2 透水混凝土内部孔隙种类示意图 由图 1 可知，透水系数与设计孔隙率和实测孔隙率皆呈现 一定的指数函数关系，透水混凝土的透水系数随着设计孔隙率、 实测孔隙率的增大而增大。确定设计孔隙率与透水系数的函数 关系后，可以根据所需的透水系数设计值计算得到设计孔隙率 这一配合比设计参数。本研究中，通过对试验结果的拟合，确定 设计孔隙率与透水系数的函数关系式为：v=6.142 69×10-4R2.8601。
2.2 水胶比
水胶比是普通混凝土配合比设计中的重要参数。试验证明[2]， 在水泥强度等级相同的条件下，水胶比是影响混凝土强度的最 主要因素，水胶比越大，混凝土水化剩余的水分越多，而多余的 水分残留在混凝土中形成水泡或水道，随着混凝土硬化而蒸发 后便留下孔隙，孔隙的存在降低了混凝土的密实性，从而降低 了混凝土的强度。但是对于透水混凝土而言，由于其结构中存在 大量的孔隙，水胶比对其强度的影响与对普通混凝土的影响不 同，透水混凝土的水胶比宜选为 0.25~0.35[3-5]。
表 2 体积砂率对透水混凝土性能影响结果
体积砂率 水泥 砂子 透水系数 抗压强度 /MPa 编号
/% （/ kg/m3） （/ kg/m3） （/ mm/s） 7 d 28 d
1
0
420
0
3.58
17.4 21.6
每组测值 均值
5.3
1.01
15
6.9
6.5
0.43
1.54
1.46
7.4
1.82
12.0
2.06
20
13.4
13.0
0.65
2.82
2.85
13.7
3.67
18.2
5.61
25
19.1
19.2
0.77
6.24
6.53
20.5
7.75
25.4
9.57
30
23.7
25.2
0.84
10.23 10.17
2.4 体积砂率
通常情况下为了得到理想的孔隙率，设计透水混凝土时一 般不会使用砂子。但有研究表明[6-7]，在透水混凝土配合比设计 时掺入适量的砂子，可以在不降低透水系数的条件下获得较高 的强度。“体积砂率”即透水混凝土配合比中砂子体积占砂子与 水泥总体积的百分比。
试验选用 10~20 mm 的碎石，在透水混凝土配合比中引入 5%、10%、15%、20%和 25%的体积砂率，研究体积砂率对透水混 凝土强度及透水系数的影响，试验结果见表 2。
徐仁崇 1，桂苗苗 1，刘君秀 2，陈清己 1，龚明子 1 （1. 厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361004；2. 厦门天润锦龙建材有限公司，福建 厦门 361009）
摘 要： 在透水混凝土的配合比设计中引入骨料级配与粒径、体积砂率两个参数，并研究设计孔隙率、骨料级配与粒径、体积砂率对透水
2. Xiamen Tianrun Jinlong Building Material Co.，Ltd.，Xiamen 361009，China）
Abstract: Gradation and particle size of aggregate and sand volume ratio were introduced into the mix proportion of pervious concrete and the influence of design porosity，gradation and particle size of aggregate，sand volume ratio on performance of pervious concrete were studied.The results indicate that the exponential relation is presented between the design porosity and permeation coefficient.Gradation and particle size of aggregate has a great effect on strength and permeation coefficient.The strength can be increased and the permeation coefficient was not reduced when sand was added into the pervious concrete and the sand volume ratio is related to the content of cement and the gradation and particle size of aggregate.The design method of mix proportion that includes the parameters of design porosity，water-binder ratios，gradation and particle size of aggregate，sand volume ratio is very useful. Key w ords: pervious concrete；mix proportion；gradation and particle size of aggregate；sand volume ratio
0 引言
透水混凝土属于一种环保型绿色建筑材料，用其铺设的混凝 土路面具有良好的透水透气性，将其应用于广场、小区路面、公园 道路及停车场等，对提高行人和行车舒适度、缓解城市热岛效应、 保持生态平衡具有良好的效果[1]。但至今为止，国内还没有一套 比较成熟的透水混凝土配合比设计方法。虽然 CJJ/T 135—2009 《透水水泥混凝土路面技术规程》中给出了以孔隙率为目标的配 合比设计方法，但是由于计参数较少，致使配合比设计人员需 要进行大量的试验才能得到目标配合比。探索研究了对透水混 凝土的配合比设计方法进行，引入了骨料级配和粒径、体积砂 率 2 个配合比设计参数，完善了透水混凝土的配合比设计方法。
司生产的中砂，细度模数 2.4，含泥量 2.1%，堆积密度 1 510 kg/m3，
表观密度 2 660 kg/m3，级配区属二区；减水剂：福建科之杰新材
料有限公司生产的 Point-S 聚羧酸缓凝高效减水剂，减水率为
25.9%（0.8%掺量）；水：自来水。
1.2 试验方法
1.2.1 孔隙率的测定
将试件在水中浸泡 24 h 后，在水中测试试件的质量 m1，然 后将试件风干 24 h，测其质量 m2，根据式（1）计算混凝土的孔隙 率 Ρ。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
水泥：福建三德水泥股份有限公司生产的 P·O 42.5 级水泥； 碎石：厦门海沧顺信建材厂生产的粒径分别为 5~10 mm 和 10~ 20 mm 的花岗岩碎石，表观密度为 2 780 kg/m3，紧密堆积密度 分别为 1 530 kg/m3 和 1 520 kg/m3；砂子：厦门海城商贸有限公 收稿日期：2011-02-15 基金项目：厦门市科技计划资助项目（3502Z20100044）
2011 年 第 8 期（ 总 第 262 期 ） Number 8 in 2011（Total No.262）
doi：10.3969/j.issn.1002-3550.2011.08.036
混
凝
土
Concrete
预拌混凝土 READY MIXED CONCRETE
透水混凝土配合比参数选择及设计方法研究
! " Ρ= 1-（m2-m1） ×100% V·ρ 水
（1）
式中：V — ——试件的体积；
ρ 水 — ——水的密度。
1.2.2 抗压强度的测定
透水混凝土的抗压强度测试按照 GB/T 50081—2002《普通混
凝土力学性能试验方法标准》进行，成型 150 mm×150 mm×150 mm
立方体试块。
混凝土性能的影响。结果表明：设计孔隙率与透水系数存在指数函数关系；骨料级配与粒径对混凝土的强度及透水性能影响较大；适量体
积砂子的掺入能提高混凝土的强度而不降低其透水性能，且体积砂率的大小取决于水泥用量及骨料级配与粒径；以设计孔隙率、水胶比、
骨料粒径与级配、体积砂率为参数的透水混凝土配合比设计方法能够有效的指导透水混凝土的配合比设计。
度值较高，但透水系数较低，而 10~20 mm 的碎石得到的相反结 果。使用大粒径骨料配制的透水混凝土抗压强度较低，主要是因 为骨料粒径越大，骨料间的咬合点越少，由此产生的咬合摩擦 力及其与水泥浆体的黏接力减少所致。因此，进行透水混凝土的 配合比设计时，有必要把“骨料级配与粒径”作为一个设计参 数，根据设计要求选择合适的骨料级配与粒径，才可得到透水 系数和抗压强度相匹配的透水混凝土。
试验采用粒径为 10~20 mm 的碎石，设计透水混凝土的孔隙 率为 15%、20%、25%和 30%时，研究设计孔隙率、实测孔隙率与 透水系数的关系，试验结果见表 1 及图 1。
表 1 实测孔隙率及透水系数与设计孔隙率的关系
设计孔隙率 实测孔隙率 /%
透水系数 （/ mm/s）
实测 / 设计
/%
每组测值 均值
图 1 透水系数与设计孔隙率、实测孔隙率的关系曲线 从表 1 可以看出，设计孔隙率与实测孔隙率存在着一定的 差异，且设计孔隙率越小，实测孔隙率与设计孔隙率的比值越
·110·
图 3 不同级配骨料对透水混凝土强度及透水系数的影响 从图 3 中可以看出，不论使用哪种石子，透水混凝土的抗 压强度皆随水泥用量的增加而增加，而透水系数则随着水泥用 量的增加而减小。在相同水泥用量的情况下，对比两种不同粒径 的碎石可发现，使用 5~10 mm 的碎石配制的透水混凝土抗压强