无砂透水混凝土的试验研究

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摘要: 对无砂透水混凝土的配合比设计和性能进行了试验研究， 分析了混凝土抗压强度和透水性与水灰比、灰骨比之间的关系，提出了不掺外加剂配制强度为24.5MPa ，透水系数为2.8mm/ s 的无砂透水混凝土的配制方法。

关键词:无砂透水混凝土；抗压强度；透水性；配合比

0 前言

无砂透水混凝土是由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土， 它不含细骨料， 由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构， 故具有透气、透水和重量轻的特点， 作为环境负荷减少型混凝土， 无砂透水混凝土的研究开发越来越受到重视。本文为探讨如何设计配合比， 加强和改进施工工艺， 提高无砂透水混凝土的性能进行了试验研究。

1 试验概况

1.1 原材料

水泥普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。骨料采用5mm～13mm、13mm～24mm两种粒级的卵石为骨料。拌合及养护用水饮用水。

1.2 配合比设计

无砂透水混凝土的配合比设计到目前为止仍无成熟的计算方法， 根据无砂透水混凝土所要求孔隙率和结构特征， 可以认为1m3混凝土的外观体积有骨料堆积而成。因此， 配合比设计的原则是将骨料颗粒表面用一层薄水泥浆包裹(约110mm) ， 并将骨料颗粒互相粘结起来， 形成一个整体， 具有一定的强度， 而不需要将骨料之间的孔隙填充密实。1m3 无砂透水混凝土的质量应为骨料的紧密堆积密度和单方水泥用量及水用量之和， 大约在1600kg～2100kg 的范围内。根据这个原则，可以初步确定无砂透水混凝土的配合比。

(1) 原材料的选择及用量

无砂透水混凝土原材料的选择主要是水泥强度等级、粗骨料的类型、粒径及级配。在粗骨料相互接触而形成的双凹粘结面上， 水泥浆厚度越厚， 粘结点越多，粘结就越牢固。就强度而言，人工碎石和单一粒径的骨料皆不利于相互粘结。因此，无砂透水混凝土应采用高强度等级水泥及较大幅度级配的卵石骨料配制。1m3 混凝土所用的骨料总量取骨料的紧密堆积密度的数值，大致为1200kg～1400kg。

水泥用量可在保证最佳用水量的前提下， 适当增加用量， 这样能够增加骨料周围水泥浆膜层的稠度和厚度， 可有效地提高无砂透水混凝土的强度。但水泥用量过大会使浆体增多，孔隙率减少，降低透水性。同时水泥用量受骨料粒径的影响， 如果骨料的粒径较小，骨料的比表面积较大， 则应适当增加水泥用量。通常透水性混凝土的水泥用量在250kg/ m3～350kg/ m3 范围内。

(2) 水灰比的选择

水灰比既影响无砂透水混凝土的强度， 又影响其透水性。无砂透水混凝土的水灰比一般是随着水泥用量的增加而减少，但只是在一个较小的范围内波动。对确定的某一级配骨料的水泥用量，有一最佳水灰比，此时无砂透水混凝土才会具有最大的抗压强度。当水灰比小于这一最佳值时， 水泥浆难以均匀地包裹所有的骨料颗粒， 工作度变差， 达不到适当的密实度， 不利于强度的提高。反之，如果水灰比过大，易产生离析，水泥浆会从骨料颗粒上淌下，形成不均匀的混凝土组织，既不利于透水，也不利于强度的提高。

一般无砂透水混凝土的水灰比介于0.25～0.40 之间， 在实际工作中常常根据经验来判定水灰比是否合适。取一些拌合好的拌合物进行观察，如果水泥浆在骨料颗粒表面包裹均匀，没有水泥浆下滴现象，而且颗粒有类似金属的光泽，则说明水灰比较为合适。

1.3 试验过程

搅拌采用水泥包裹法。先将全部骨料及1 %～3 % 的水装入搅拌机中预拌， 再加入水泥拌合。以形成包裹骨料表面的水泥浆壳， 最后加入剩的水搅拌均匀。这样的投料顺序和搅拌程序能使骨料表面形成均匀厚度的水泥浆层，以保证混凝土的强度和透水性。将搅拌均匀的混凝土混合料装入100mm ×100 mm×100mm的试模中，机械振捣20s。试件经自然养护28d 后， 分别在万能试验机上测试混凝土抗压强度， 在透水系数测定仪上测定变水位和定水位透水系数。

2 试验结果分析及结论

试验结果见表1、表2。

2.1 抗压强度

骨料类型影响无砂透水混凝土的抗压强度。一般认为， 卵石骨料的混凝土抗压强度大于碎石骨料， 这是由于碎石骨料粘结点少而小， 且在荷载作用下易产生应力集中引起局部破坏所致。对于卵石骨料的无砂透水混凝土，试验表明在其它条件相同情况下，5mm～13mm粒径骨料的混凝土抗压强度大于13mm～24mm 粒径骨料的混凝土强度；当灰骨比(1 :6) 相同时水灰比有一最佳值(约0.3) ，对5mm～13mm、13mm～24mm粒径的骨料的混凝土抗压强度分别达到19.3MPa 和15.4MPa (见表1、图1) 。其强度同时随灰骨比的变化而变化， 当水灰比不变(0.3) 时， 两种粒径骨料的混凝土强度均增加(见表2、图2) 。

2.2 透水性

试验结果表明: 无砂透水混凝土的透水性在灰骨比一定的情况下， 随水灰比的增大， 透水系数增大， 且粒径小的比粒径大的混凝土的透水系数略高( 见表1) ； 在水灰比一定的情况下， 随骨料量的增加， 透水系数增大(见表2) 。

3 结语

采用5mm～13mm的卵石骨料， 强度等级为42.5 的普通硅酸盐水泥在不掺外加剂的情况下， 用水泥裹石法可以配制出抗压强度为24.5MPa ， 透水系数为2.8mm/ s 的无砂透水混凝土， 最佳配合比为1 : 0.3 : 5.6。

参考文献

[ 1] 杨静. 建筑材料与人居环境. 清华大学出版社，2001

[ 2] 姜德民等. 透水性混凝土路面砖的研制. 新型建筑材料， 2003 (3)

[ 3] 赵铁军，李淑进. 混凝土的强度与渗透性. 建筑技术，2002(1)

[ 4] 陕西省水利科学研究所编. 陕西省《水工混凝土及砂浆配合比》

作者简介：孟宏睿(1968 - ) ，男，讲师，在读硕士研究生。

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