透水混凝土配合比设计及测试方法

透水混凝土配合比设计及测试方法

赵俊芳

身份证：61032619850409XXXX北京

摘要：由于透水混凝土优异的性能，在全世界范围内发展迅速也得到了广泛的应用，在我国，随着海绵城市的加速进行和城市热岛效应的加剧，透水混凝土必将进入一个高速发展的黄金时期。透水混凝土对材料相较于普通混凝土有着较高的要求，在配合比设计方面也有着严格规定，在透水混凝土配合比设计中，应根据主要的技术指标要求，考虑各因素对其影响，恰当选择配合比参数。鉴于此，本文主要分析透水混凝土配合比设计及测试方法。

关键词：透水混凝土；配合比设计；测试

1、透水混凝土的性能参数

透水混凝土又称多孔混凝土、无砂混凝土，是一种具有大孔隙率、少量或不含细集料并对环境友好的绿色混凝土。它是一种以硅酸盐水泥为胶结剂，使用粒径适宜的单一或不连续级配的粗骨料配制而成的具有多孔结构的混凝土，主要靠水泥浆体包裹在粗骨料颗粒表面，使得骨料颗粒间相互接触，并通过裹浆层粘结在一起，从而形成一种孔径大小相近、孔隙分布较均匀且连通孔较多的蜂窝状结构。内部存在的孔隙使得透水混凝土具有较好的透水性和过滤性，同时具备一定的承载能力。

在透水混凝土的应用过程中，通常选用CJJ/T13—2009《透水混凝土路面技术规程》为其标准，具体性能指标见表1。

表1透水混凝土的性能

2、透水混凝土配合比设计方法

2.1、绝对体积法理论

针对设计透水混凝土配比时，所选用的体积法的根本思路和碾压类型的混凝土进行包裹填充的理论是相似的。在设计透水混凝土的配比过程中，所运用的体积法与针对普通的混凝土进行设计的过程中具有不同的特征，透水混凝土在一般情况下都是采用粗骨料进行配比，一般情况都不会掺和细料，因此在进行设计的过程中，不需要对砂率的问题进行考虑，在集料的用量上、以及对集料的密度程度进行了解即可，在进行配合比设计的过程中，应该将其孔隙率和强度进行适当的兼顾，应该根据对混凝土的要求结构性的特点和孔隙率进行设计，在一定程度上可以理解为1m3的混凝其表面的体积，是通过骨料进行堆积而形成的，所以在进行设计配比的过程中，将骨料的颗粒表面应用水泥将其进行包裹。

另外把骨料的骨料之间相互的连接起来，将其构建成为一个整体的形状，1m3的透水混凝土在一般情况下，其重量应该是用水量、骨料紧密堆积密度、水泥单方的用量之间的和，一般大约是在1800-2100kg范围以内，应该按照此类原则，将透水混凝土在进行配比时进行初步确定。

2.2、主要设计参数

根据试验研究及现行标准规范的要求，表2总结了透水混凝土设计部分参数范围。通过设计参数可对透水混凝土配合比进行设计。

表2透水混凝土设计参数

2.3、配合比设计方法

（1）确定主要参数

1）粗骨料在紧密堆积状态下的空隙率及用量

在使用状态下测得粗骨料紧密堆积密度ρ0′、表观密度ρ0，从而求得此状态下粗骨料的空隙率P。每m3混凝土中粗骨料的用量为其紧密堆积状态下的质量×0.98(折减系数)。

2）目标孔隙率

透水混凝土的目标孔隙率的确定是根据实际使用要求来确定的，主要是为了满足透水性能的要求。透水要求高则该值偏大，同时还要结合强度要求进行设定。实测孔隙率往往由于种种因素与目标孔隙率之间有一定差别。透水性混凝土中的孔隙有三种：一是封闭的孔隙；二是开口但不连续的孔隙，这两种孔隙的过多存在对混凝土的透水性是不利的；三是贯穿混凝土且连续的有效孔隙，它的存在是透水性混凝土透水性的保证。本研究所测定的孔隙率是有效孔隙率。

（2）水灰比

水灰比必须要严格控制。水灰比既影响透水混凝土的强度，又影响其透水性。对不同粒径、不同颗粒形状的骨料，其合理水灰比不同。当水灰比太小，水泥浆则过稠，水泥浆较难均匀地包裹在粗骨料颗粒表面，不利于强度的提高。如果水灰比过大，水泥浆则过稀，水泥浆又会从骨料颗粒表面滑下，包裹粗骨料颗粒表面水泥浆过簿，不利于强度的提高，同时由于水泥浆流动性过大，水泥浆可能把透水空隙部分或全部堵实，既不利于透水，也不利于整体强度的提高。

（3）选择水胶比

普通混凝土水胶比和抗压强度满足鲍罗米线性关系，但透水混凝土有独特的骨架－孔隙结构形式，水胶比与抗压强度不再满足鲍罗米公式。包裹粗集料的浆体应具有适宜的粘性，使透水混凝土浆体包裹骨料粘聚性好，不松散，手攥成团具有光泽，因此水胶比具有适用范围（如表1所示），为0.25~0.35。透水混凝土水胶比不再由公式计算得出，而是在上述适用范围内选取。

（4）计算胶凝材料用量

透水混凝土由粗集料、浆体和孔隙三元素组成，因此浆体体积可按下式计算：

VP=1-VG-1×Rviod（2）VG=mG/ρg（3）

式中，Vp为每立方米透水混凝土中浆体体积；VG为每立方米透水混凝土中粗集料体积，可由式(3)计算；Rviod为设计孔隙率；ρg为粗集料表观密度。

设计孔隙率包括连通孔隙、半连通孔隙和封闭孔隙的总占比，其中连通孔隙（连续孔隙）为混凝土透水提供了必要通道。然而，在实际配合比设计及制备过程中连续孔隙率是不可控制的，无法通过设计连续孔隙率制备透水混凝土。

为了检测该配合比设计方法的可行性，分别取目标孔隙率为15%、20%、25%进行对照试验。根据上述原理，配合比中水泥浆的体积为每立方混凝土的粗骨料的空隙减去目标空隙，再由水泥的密度和所设定的水灰比即可求得水和水泥的用量。

通过设计孔隙率和透水系数关系（图1），即可以确定满足透水系数要求的设计孔隙率。研究表明，浆体体积与粗集料堆积后内部颗粒间隙体积(即1-VG)比例为30%~60%时，透水混凝土力学性能和透水性能均较优，因此可推算出设计孔隙体积占据粗集料颗粒间隙体积(即1-VG)比例为40%~70%时，透水混凝土性能较优异。

（5）计算用水量及外加剂用量

每立方米透水混凝土用水量和外加剂用量可分别按式（4）、式（5）计算。

mw=mb×(W/B)（4）

mca=mb×βa（5）

式中，mw、mca分别为每立方米透水混凝土用水量和外加剂用量；βa为外加剂对胶凝材料的掺量｡

3、透水性能测试方法

（1）理论连续孔隙率和设计孔隙率相接近。（2）无论设计参数中的孔隙率设计多少，最终理论连续孔隙率均会和设计孔隙率相接近。理论连续孔隙率只和设计参数中的水胶比相关联，为后期寻找强度和孔隙率、水胶比的关系奠定了条件。（3）配合比中水泥用量随着设计孔隙率的变化而变化，保证了混凝土的实际孔隙率与设计孔隙率相接近。（4）试配过程中，达到标准中所描述的状态，试拌配合比的调整幅度不大，能很好的指导基准配合比的推出。

透水水泥混凝土的配合比设计是基于理论计算出试拌配合比，结合实际试配得出基准配合比，是理论加实际试配才能得出所需配合比。理论计算出来的试拌配合比作为的指导和参考配合比，试拌过程中围绕着这个配合比进行小幅度的调整。《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T135-2009的透水水泥混凝土的配合比设计的设计参数与获得配合比后实际计算出来的参数有一定的差距，需要在试拌配合比中做较大幅度的调整。基本失去了参考和指导的作用。新方法设计配合比中的各个参数基本和设计参数吻合，试配过程中无需做较大的调整就能快速获得需要的基准配合比，比较与实际试配相匹配。

总之，透水的混凝土是运用粗骨料经过硬化的水凝浆的薄层，进行胶结形成了多孔堆聚的结构，在其内部含有较多的空隙，并且大多是直径都超过了1mm的大孔。因此透水混凝土具有较好的透水性质，并且透水强度较好。另外由于原料具有一定的特征，所以透水混凝土的制品表面相对来说比较粗糙。

参考文献

[1]王海萍.透水混凝土及其排水系统设计与研究[D].安徽理工大学,2014.

[2]李鸽.透水混凝土的试验研究[D].安徽理工大学,2013.

[3]刘翠萍.透水混凝土收缩性能试验研究[D].北方工业大学,2009.

[4]曾伟.透水混凝土配合比设计及性能研究[D].重庆大学,2007.

[5]程娟.透水混凝土配合比设计及其性能的实验研究[D].浙江工业大学,2007.