透水混凝土的試驗研究及工程應(yīng)用

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摘要：透水混凝土又稱為無砂混凝土。它由膠凝材料、粗骨料、水和外加劑按照一定的比例拌合而成。由于透水混凝土硬化后水泥石中存在著較大的孔洞，具有良好的滲透性能，可緩解城市的“熱島效應(yīng)”，吸聲降噪，有效改善城市的熱環(huán)境，北京奧林匹克公園中心區(qū)域綠化工程項目即采用了透水混凝土。本文從水泥性能、粗骨料、水灰比、細骨料摻量等幾個方面進行對比試驗，研究了以上幾個因素對透水混凝土性能的影響。 

關(guān)鍵詞：透水混凝土；骨料；水灰比；空隙率  abstract: pervious concrete, also known as non-sand concrete, is mixed by cementitious material, coarse aggregate, water and admixtures in accordance with a certain proportion. due to large holes in hardened cement paste of the permeable concrete, it has a good permeability, which can alleviate the urban “heat island” effect, reduce noise, and effectively improve the urban thermal environment. therefore, it has been applied in the greening project of the central area of beijing olympic park. in the paper, the comparative tests from the cement performance, coarse aggregate content, water-cement ratio content, fine aggregate content are be presented, as well as the research on the impacts of the performance of pervious concrete from the above content factors.  key words: pervious concrete; aggregate; water-cement ratio; porosity  中圖分類號：tu377文獻標識碼：a文章編號：2095-2104（2012）  1 引言  城市道路、人行道、廣場等城市設(shè)施無論是在設(shè)計還是在施工上，歷來都強調(diào)要求混凝土密實、不透水。這種觀念在我國諸多建設(shè)領(lǐng)域被廣泛接受，殊不知這種不透水地面會給城市環(huán)境帶來很多危害，其中最為典型的是造成了城市的“熱島效應(yīng)”[1]。因此，開發(fā)應(yīng)用一種適合于路面工程的透水混凝土顯得尤為重要和緊迫。透水混凝土具有良好的透氣性和透水性，可用于鋪筑路面工程，對改善環(huán)境降低路面噪音和提高行車舒適性均具有良好的效果，屬于一種環(huán)保型綠色的建筑材料，它能擴大城市的透水、透氣面積，對調(diào)節(jié)城市空氣的溫度和濕度，維持地下土壤的水位和生態(tài)平衡具有重要作用[2,3]。我國在近幾年對透水混凝土進行了一定的研究，但在實踐工程中的應(yīng)用還是非常有限。本研究選用單粒級的粗集料構(gòu)建混凝土強度架，以一定量水泥漿作為包敷潤滑材料，添加適量水及其他輔料，拌制而成透水混凝土，研究其特性，并應(yīng)用到工程實踐中去。  2透水混凝土的結(jié)構(gòu)特征  透水混凝土主要是由水、水泥、粗骨料組成的，采用單粒級粗骨料作為骨架，水泥凈漿或加入少量細骨料的砂漿薄層包裹在粗骨料顆粒的表面，作為骨料顆粒之間的膠結(jié)層。骨料顆粒通過硬化的薄層水泥漿膠結(jié)而形成多孔的堆積結(jié)構(gòu)，因此混凝土內(nèi)部存在著大量的連通孔隙，且多為直徑超過l.0mm的大孔[4,5]。透水混凝土具有高透水性、高承載能力、易維護性、抗凍融性、耐用性、高散熱性、良好的裝飾效果等特性。透水混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型示意圖如圖1所示。[]  根據(jù)結(jié)構(gòu)模型示意圖可知，透水混凝土受力時通過骨料間的膠結(jié)點傳遞力的作用，由于骨料本身的強度較高，水泥凝膠層很薄，水泥凝膠體與粗骨料界面之間的膠結(jié)面積小，其破壞特征是骨料顆粒間的連接點處被破壞，因此在保證一定空隙率的前提下，增加交接點的面積，提高交接層的強度是提高透水性混凝土強度的關(guān)鍵。  圖1 透水混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型示意圖  3 試驗配制  3.1 原材料的品種與選擇  3.1.1 水泥  在透水混凝土中，水泥石與骨料界面的粘結(jié)強度是混凝土的最薄弱環(huán)節(jié)， 是決定混凝土強度的關(guān)鍵因素，因此水泥的選擇尤為重要，透水混凝土應(yīng)采用強度較高的普通硅酸鹽水泥。水泥的用量以漿體剛能完全包裹骨料的表面為最佳，不宜出現(xiàn)流漿和滴漿現(xiàn)象，形成一種均勻的水泥漿膜層，如水泥用量過大會形成不透水的水泥層，減小孔隙率，影響透水效果，同時還會增加成本，造成水泥石收縮量增大，容易開裂，使混凝土的強度反而降低。本研究中采用的水泥具體性能見表1：    表1 北京某水泥廠生產(chǎn)po42.5水泥    3.1.2粗骨料  粗骨料是透水混凝土的結(jié)構(gòu)骨架，骨料粒徑大小的選擇要根據(jù)工程實際情況而定。從理論上分析骨料粒徑越小，其比表面積越大，所形成的結(jié)構(gòu)骨架單位體積內(nèi)骨料顆粒之間接觸點數(shù)量越多，膠結(jié)面積越大，混凝土強度越高，透水性能會降低；骨料粒徑越大，比表面積越小，所形成的結(jié)構(gòu)單位體積內(nèi)骨料顆粒之間接觸點數(shù)量減少，膠結(jié)面積小，從而可提高透水性，但會降低強度。使用連續(xù)級配骨料，骨料之間填充效果良好，混凝土孔隙率會降低，強度較高；單粒級骨料配制的透水混凝土，骨料顆粒間缺乏級配石的填充，因而，孔隙率較大，強度偏低。本試驗中采用5-25mm、5-16mm及10-16mm三種粒級的骨料配制透水混凝土。骨料性能見表2。  表2 河北某砂石廠骨料性能    3.2 試驗過程  3.2.1骨料對透水混凝土影響  本試驗過程中，選用三種不同粒徑的粗骨料，研究了骨料粒徑對透水混凝土性能的影響，試驗數(shù)據(jù)見表3。  表3 不同骨料粒級對透水混凝土性能的影響    注：配合比是材料用量之間的質(zhì)量比  表3表明在相同配合比時幾種不同粒徑骨料配制出的透水混凝土性能指標，從表中數(shù)據(jù)可看出：粗骨料粒徑級配直接影響到了透水混凝土的相關(guān)性能，連續(xù)級配骨料配制的透水混凝土孔隙率較低，填充相對密實，強度相對較高；單級配骨料填充性相對較差，混凝土孔隙率較高，而強度相對較低。因而，在配制透水混凝土?xí)r，可以根據(jù)實際工程需要，合理選擇骨料級配。  3.2.2不同水灰比試驗  本試驗研究相同骨料用量，不同水灰比對透水混凝土性能的影響。試驗結(jié)果見表4。  表4：不同水灰比對透水混凝土性能影響    注：配合比是材料用量之間的質(zhì)量比  通過對多組試塊的試壓比較，驗證得知透水混凝土類同常規(guī)混凝土，水灰比是決定強度的一個重要因素，隨水灰比降低，強度逐漸提高，但透水混凝土試塊離散性較大，試塊成型過程及成型方式對試塊后期的強度有很大影響，同時透水混凝土的施工過程對其成型后的透水性及強度也會產(chǎn)生較大影響，施工過程中應(yīng)該根據(jù)實際工程特點制定施工方案。