以破碎混凝土为骨料的透水混凝土性能研究

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【摘要】透水混凝土是一种大孔隙混凝土，是由集料、水泥和水拌制而成的，其结构特点是采用特定粒径集料作为骨架，胶结材料包裹在骨料表面作为胶结层，形成骨架- 孔隙结构的蜂窝状多孔材料[1]。本课题在前人研究基础上，使用破碎混凝土取代部分骨料，使废弃混凝土得到利用，试验证明，破碎混凝土替代部分骨料，能满足混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和透水性的要求。

【关键词】透水混凝土；抗压强度；劈裂抗拉强度；透水性

1、引言

透水混凝土又称多孔混凝土，也可以叫做排水混凝土。是由欧美、日本等国家针对其城市道路的路面缺陷而开发使用的一种铺装材料。运用生态透水混凝土技术生产出来的通透地面，具有良好的透水性，能够迅速收集雨水，补充城区日益枯竭的地下水资源，提高地下水储量并减轻市政管道压力，缓解“热岛现象”传统混凝土铺成的路面，雨水难以下渗，很快形成地表径流排走。不透水的路面缺乏对城市地表温度、湿度的调节能力，地面易干燥，扬尘污染严重，而且雨后水分快速蒸发，空气湿度大，夏天使人闷热难受，形成城市中的“热岛效应”。此外，传统的混凝土地面使地表植物生长困难，有的树木甚至因根系缺水而倒伏、死亡，从而丧失生态作用。本项目主要是研究透水混凝土的性质，通过破碎混凝土废物回收重新利用的方法来改变传统混凝土的浪费不可利用的现状，体现了绿色环保和可持续发展的观念。

2、原始材料试验

2.1 水泥

本次试验采用的水泥为PO32.5普通硅酸盐水泥，经过凝结时间、胶砂强度等性质的测定，该水泥

满足32.5水泥的要求。

2.2 骨料

2.2.1 粗骨料堆积密度和表观密度

根据混凝土骨料试验规程，测出粗骨料的堆积密度密度为1401.2Kg/m3，表观密度采用容量瓶法，测得表观密度为2877.5 Kg/m3。

2.2.2 骨料筛分试验

2.2.2.1 碎石

本次试验采用的碎石粗骨料筛分试验结果见表1。

2.2.2.2 破碎混凝土骨料

将废弃的混凝土块用混凝土破碎仪破碎后进行筛分，筛分试验结果见表2。

破碎骨料取用范围2.36-16，区域中颗粒集中在2.36-9.6区域，级配一般，但与粗骨料混合使用可以弥补粗骨料在2.36-4.75的不足。

3 配合比设计

3.1 设计方法

透水混凝土图的配合比设计国家没有明确的设计方法，参考前人研究设计方法，本试验采取以下设计方法。

3.1.1 设计基本思想

透水混凝土是一种大孔径混凝土，利用粗骨料形成骨架，水泥和水的混合物对骨架进行填充，这样既能保证一定强度，又可以保证孔隙率来透水。

3.1.2 设计具体步骤

（1）根据粗骨料堆积表观密度ρg乘以折减系数0.98，算出每立方混凝土骨架需要的粗骨料量；

（2）拟定目标孔隙率P目，实际孔隙率与目标孔隙率之间的差值就是需要水泥和水填充的体积；

（3）拟定水灰比W/C；

（4）使用体积法，计算出水，水泥，骨料的用量。公式C/ρc + W/ρw =（P 实-P目）×1000

3.1.3 数值取用

透水混凝土的强度主要受水泥强度和骨料坚硬程度影响，本次实验的骨料为硬的近正方体的角砾，水泥为PO32.5普通硅酸盐水泥。

透水混凝土的透水性主要通过混凝土的连通的孔隙达到，因此连通孔隙的孔隙率很重要，在透水混凝土设计的过程中，透水混凝土的设计思想是由骨料构成混凝土的骨架，由水和水泥将空隙填充，最后达到目标的孔隙率。因此对水灰比和骨料的级配区域有特定要求。水灰比一般在0.25-0.4，根据前人经验，0.31为最佳水灰比，本次试验做了一组水灰比0.4和0.31的对比试验。骨料的级配，对于骨料首先要求要级配良好，本次实验的骨料级配良好（详见筛分实验），其次对骨料的级配区域有要求，根据前人经验一般取在2.36mm-12mm较为恰当，本次由于实验室器材限制，故取2.36mm-16mm的级配区域。

3.2 配合比

根据以上计算思路，本次试验共设计了五组配合比，详细数据见表3和表4。

4 混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验

根据以上配合比设计，经过拌合混凝土，制作试件，28天标准养护后，测定其立方体抗压强度和劈裂抗拉强度，具体数据见表5和表6。

表4 普通混凝土和掺入破碎混凝土后的混凝土强度

注：由于第一组实验时拌合用量不足，截面高度偏小，故结果偏大，取值为缩小结果

根据上述混凝土强度试验结果可以看到

（1）通过1，2组对比可得，透水混凝土强度水灰比0.31优于水灰比0.4；

（2）通过1，3组对比可得，在破碎骨料用量较小的情况下，混凝土抗压强度无明显改善；

（3）通过1，3，4，5组对比可得，当水灰比为0.31时，无论是否掺破碎骨料，混凝土的抗拉强度都比同等级（C25）普通混凝土好；

（4）通过1，4，5组对比可得，当水灰比为0.31时，破碎骨料为15%即以上时，抗压强度明显好于不掺破碎骨料混凝土，接近C30的要求；

（5）通过1，3，4，5组对比可得，在一定限度内，破碎骨料越多，混凝土的抗拉强度越好，混凝土的抗压强度越高。

5 混凝土抗渗试验

5.1 抗渗试验试件成型及抗渗数据

抗渗试验试块为φ150高150的圆柱形试块，每组试验3个试块。经混凝土拌合，成型后养护28天，采用采用混凝土抗渗试验仪，对透水混凝土的抗渗性进行实验。试验前一天取出试块，用石蜡进行封边，用压力机将石蜡封边的试块压入金属试模，并将试块和模具之间的缝隙密封处理，防止水份从缝隙渗透。设定仪器，每8小时读一次数。

表5 抗渗试验数据

注：从第二组开始，确认必然有试块会在未达到0.1MPa前渗水，故在括号中记下在渗水时的具体压力。

5.2 抗渗试验数据处理

参考公式： K=（mDm 2）/2ΣTH（cm/s） [2]

式中：m――混凝土空隙率；Dm――平均渗透高度（cm）；T――恒压渗水时间（S）；H――压力水头

本次实验混凝土空隙率根据前人经验大约都在5%，都直接被渗透故平均渗透高度都是15cm。加载过程中渗水时间T类比恒压渗水时间，加载过程中渗水时间T等于加载压力时间，和压力大小成正比，看作T=αP；同时压力水头也与压力大小成正比，看作H=βP。同一台机器加载压力速度相同，即α为定值，又因为压力水头是把压力大小转化为水头高度，截面面积，当地重力加速度，水密度都为定值，所以β也是定值。

因此容易得到透水系数和压力的平方和的倒数成正比，从而得出出每组混凝土的透水系数K的关系，详见表10。

6 结论

通过以上试验相关数据可以得出，破碎骨料无论是对透水混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度，还是透水能力都有改善效果，当破碎骨料用量达到15%左右时，改善效果较明显。因此，可以在工程实际中采用破碎混凝土替代部分骨料拌合透水混凝土，节约一定数量的骨料用量，节约工程造价，从而体现了绿色环保和可持续发展的理念。

课题来源：2014国家级大学生创新项目一般项目，项目编号：201411122008Z

参考文献：

[1] 张朝辉，王沁芳，杨江金，廖佳庆，杨娟.透水混凝土配合比参数选择及设计方法研究[J].混凝土，2008，（6）：120-122

[2] 颜承越. 混凝土渗透系数与抗渗标号的换算[J]. 混凝土.1993，（3）：18-20

[3]GB/T 50082-2009，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S]

[4]CJJ/T 135-2009，透水水泥混凝土路面技术规程[S]

作者简介：

第一作者：苏凯，男，1994----，本科生在读，研究方向：土木工程。

苗宝丰，周佩佩，程毅，周晨：三江学院土木工程学院12级、13级本科生。

指导老师：李芸，女，副教授；王珊珊，女，高级工程师。