_透水混凝土配合比參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)方法研究_透水混凝土配合比參概況

1、收稿日期:2011-02-15基金項(xiàng)目：廈門市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（3502Z20100044混凝土Con crete2011 年第 8 期（總第 262 期 Number 8in 2011（Total No.262doi :10.3969/j.iss n.1002-3550.2011.08.036Abstract:Gradati on and particle size of aggregate and sand volume ratio were in troduced into the mix proporti on of pervious con crete and thein flue

2、nee of desig n porosity ,gradati on and particle size of aggregate ,sa nd volume ratio on performa nee of pervious con crete were studied.The re-sults in dicate that the exp onen tial relati on is prese nted betwee n the desig n porosity and permeati on coefficie nt.Gradatio n and particle size of a

3、g-gregate has a great effect on stre ngth and permeatio n coefficie nt.The stre ngth can be in creased and the permeati on coefficie nt was not reduced whe n sand was added into the pervious con crete and the sand volume ratio is related to the content of ceme nt and the gradati on and particle size

4、 of aggregate.The desig n method of mix proporti on that in cludes the parameters of desig n porosity ,water- binder ratios ,gradation and particle size of aggregate ,sand volume ratio is very useful.Key w ords:pervious con crete ;mix proporti on ;gradati on and particle size of aggregate ;sa nd vol

5、ume ratioStudy on parametersselect ion and desig n method of pervious con crete mix proporti onXU Ren-chong 1,GUI Miao-miao 1丄IU Jun-xiu 2,CHEN Qing-ji 1,GONG Ming-zi1(1.Xiame n Academy of Buildi ng Research Group Co., Ltd.,Xiame n361004,Chi na ;2.Xiame n Tia nrun Ji nlo ng Buildi ng Material Co.,Lt

6、d.,Xiamen361009,Ch ina摘要:在透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)中引入骨料級配與粒徑、體積砂率兩個參數(shù),并研究設(shè)計(jì)孔隙率、骨料級配與粒徑、體積砂率對透水混凝土性能的影響。結(jié)果表 明:設(shè)計(jì)孔隙率與透水系數(shù)存在指數(shù)函數(shù)關(guān)系；骨料級配與粒徑對混凝土的強(qiáng)度及透 水性能影響較大；適量體積砂子的摻入能提高混凝土的強(qiáng)度而不降低其透水性能，且 體積砂率的大小取決于水泥用量及骨料級配與粒徑；以設(shè)計(jì)孔隙率、水膠比、骨料粒徑與級配、體積砂率為參數(shù)的透水混凝土配合比設(shè)計(jì)方法能夠有效的指導(dǎo)透水混 凝土的配合比設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：透水混凝土 ；配合比;骨料級配與粒徑；體積砂率中圖分 類號:TU528.062文獻(xiàn)標(biāo)志碼

7、:A文章編號：1002-3550(201108-0109-04徐仁崇1,桂苗苗1,劉君秀2,陳清己1,龔明子1(1.廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建廈門361004;2廈門天潤錦龍建材有限公司，福建廈門361009透水混凝土配合比參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)方法研究預(yù)拌混凝土 READY MIXED CONCRETE0引言透水混凝土屬于一種環(huán)保型綠色建筑材料，用其鋪設(shè)的混凝土路面具有良好的 透水透氣性，將其應(yīng)用于廣場、小區(qū)路面、公園道路及停車場等，對提高行人和行車舒適度、緩解城市熱島效應(yīng)、保持生態(tài)平衡具有良好的效果1。但至今為止，國內(nèi)還沒有一套比較成熟的透水混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。雖然CJJ/T 1

8、352009透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程中給出了以孔隙率為目標(biāo)的配合比設(shè)計(jì)方法，但是由于計(jì)參數(shù)較少,致使配合比設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)才能得到目標(biāo)配合比。探索研究了 對透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，引入了骨料級配和粒徑、體積砂率 2個配合 比設(shè)計(jì)參數(shù)，完善了透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法。1原材料及試驗(yàn)方法1.1原材料水泥:福建三德水泥股份有限公司生產(chǎn)的 P O 42.5級水泥;碎石:廈門海滄順信 建材廠生產(chǎn)的粒徑分別為510mm和1020mm的花崗巖碎石，表觀密度為 2780kg/m 3,緊密堆積密度分別為1530kg/m 3和1520kg/m 3;砂子:廈門海城商貿(mào)有限 公司生產(chǎn)的中砂，細(xì)度

9、模數(shù)2.4,含泥量2.1%,堆積密度1510kg/m 3表觀密度 2660kg/m 3,級配區(qū)屬二區(qū)；減水劑:福建科之杰新材料有限公司生產(chǎn)的 Point-S聚羧 酸緩凝高效減水劑，減水率為25.9%(0.8%摻量;水:自來水。1.2試驗(yàn)方法1.2.1孔隙率的測定將試件在水中浸泡24h后，在水中測試試件的質(zhì)量 m 1,然后將試件風(fēng)干24h，測 其質(zhì)量m 2,根據(jù)式(1計(jì)算混凝土的孔隙率 PP =1(m 2-m 1V 水X100%(1式中:V試件的體積；P水水的密度。1.2.2抗壓強(qiáng)度的測定透水混凝土的抗壓強(qiáng)度測試按照 GB/T 50081 2002普通混凝土力學(xué)性能試 驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，成型150

10、mmX150mmX 150mm立方體試塊。1.2.3透水系數(shù)的測定采用固定水位高度法”測試透水混凝土的透水系數(shù)。事先表1實(shí)測孔隙率及透水系數(shù)與設(shè)計(jì)孔隙率的關(guān)系實(shí)測 /設(shè)計(jì)0.430.650.770.84設(shè)計(jì)孔隙率202530實(shí)測孔隙率/%透水系數(shù)/(mm/s每組測值5.36.97.412.013.413.718.219.120.525.423.726.6均值6.513.019.225.2均值1.462.856.5310.17每組測值 1.011.541.822.062.823.675.616.247.759.5710.2310.72將試塊四個側(cè)面用凈漿密封，使成型面作為測試表面，測試透水儀中水

11、位由180mm降至0mm時所用時間t ,通過式(2計(jì)算透水系數(shù)v。v =h /t(22配合比設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇2.1孔隙率由于進(jìn)行透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)時，透水系數(shù)并不能直接通過配合比設(shè)計(jì)確雖然孔隙率是反映透水混凝土透水系數(shù)的一個重要指標(biāo)，但孔隙率與透水系數(shù) 并不存在對等關(guān)系，其他一些因素比如孔隙的特征、大小及孔隙的路徑走向等，對透 水混凝土的透水性能也有著不可忽略的影響。因此，探討孔隙率與透水系數(shù)的關(guān)系 對透水混凝土配合比設(shè)計(jì)具有重要意義。試驗(yàn)采用粒徑為1020mm的碎石，設(shè)計(jì)透水混凝土的孔隙率為15%、20%、25%和 30%時，研究設(shè)計(jì)孔隙率、實(shí)測孔隙率與透水系數(shù)的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié) 果見表1及圖

12、1。從表1可以看出，設(shè)計(jì)孔隙率與實(shí)測孔隙率存在著一定的差異，且設(shè)計(jì)孔隙率越 小，實(shí)測孔隙率與設(shè)計(jì)孔隙率的比值越小，數(shù)值相差越大。透水混凝土內(nèi)部孔隙示意 圖如圖2所示,透水混凝土的內(nèi)部宏觀孔隙分為連通孔隙、封閉孔隙及半封閉孔隙3種，其中對透水混凝土透水性能有貢獻(xiàn)的只有連通孔隙；透水混凝土的設(shè)計(jì)孔隙率較 小時,配合比中膠凝材料用量較多，膠凝材料用量的增加提高了透水混凝土內(nèi)部封閉 孔隙與半封閉孔隙形成的幾率，即造成的封閉孔隙與半封閉孔隙越多。由圖1可知，透水系數(shù)與設(shè)計(jì)孔隙率和實(shí)測孔隙率皆呈現(xiàn)一定的指數(shù)函數(shù)關(guān)系 透水混凝土的透水系數(shù)隨著設(shè)計(jì)孔隙率、實(shí)測孔隙率的增大而增大。確定設(shè)計(jì)孔隙 率與透水系數(shù)的函

13、數(shù)關(guān)系后，可以根據(jù)所需的透水系數(shù)設(shè)計(jì)值計(jì)算得到設(shè)計(jì)孔隙率 這一配合比設(shè)計(jì)參數(shù)。本研究中，通過對試驗(yàn)結(jié)果的擬合，確定設(shè)計(jì)孔隙率與透水系 數(shù)的函數(shù)關(guān)系式為：v =6.14269 W-4R 2.8601。水膠比是普通混凝土配合比設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。試驗(yàn)證明2,在水泥強(qiáng)度等級相同的條件下，水膠比是影響混凝土強(qiáng)度的最主要因素，水膠比越大，混凝土水化剩余 的水分越多，而多余的水分殘留在混凝土中形成水泡或水道，隨著混凝土硬化而蒸發(fā) 后便留下孔隙，孔隙的存在降低了混凝土的密實(shí)性，從而降低了混凝土的強(qiáng)度。但是 對于透水混凝土而言，由于其結(jié)構(gòu)中存在大量的孔隙，水膠比對其強(qiáng)度的影響與對普 通混凝土的影響不同，透水混凝

14、土的水膠比宜選為 0.250.353-5。2.3骨料級配與粒徑在CJJ/T 135-2009透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程的透水混凝土配合比設(shè) 計(jì)中，只給出孔隙率和水膠比兩個配合比設(shè)計(jì)參數(shù)，但是僅僅依靠這兩個參數(shù)求得的 透水混凝土配合比很難滿足強(qiáng)度的要求。有時盡管使用了較小的水膠比和相當(dāng)大的 水泥用量，但仍然配制不出符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度的透水混凝土 ，因?yàn)橛绊懲杆炷列阅苓€ 有另一個重要因素一骨料級配與粒徑。試驗(yàn)選用 510mm和1020mm兩種不同粒 徑的碎石，在不同水泥用量下研究了骨料級配對透水混凝土性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。從圖3中可以看出，不論使用哪種石子，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度皆隨水泥用量的

15、增加而增加，而透水系數(shù)則隨著水泥用量的增加而減小。在相同水泥用量的情況下 對比兩種不同粒徑的碎石可發(fā)現(xiàn)，使用510mm的碎石配制的透水混凝土抗壓強(qiáng)透水系數(shù)與設(shè)計(jì)孔隙率、半封川孔呼(hj5-10 mniM1 flT-割冊1忑強(qiáng)廈4蔬/m日工那聯(lián)彈酸【wu耳嚓餐峻 豊w/lf粗韻淖|*壺II1D9v 6 142 69 N 10 H實(shí)測孔隙率的關(guān)系曲線半封閉孔隙透水混凝土內(nèi)部孔隙種類示意圖圖3半封閉孔隙r I 透水系數(shù)|不同級配骨料對透水混凝土強(qiáng)度及透水系數(shù)的影響表3透水混凝土配合比設(shè)計(jì)體積砂率取值表%初始水泥用量/(kg/m 3碎石級配/mm 5101020400450W 20 15300350

16、10 10350400 15 10度值較高，但透水系數(shù)較低，而1020mm的碎石得到的相反結(jié)果。使用大粒徑骨料配制的透水混凝土抗壓強(qiáng)度較低，主要是因?yàn)楣橇狭皆酱螅橇祥g的咬合點(diǎn)越少,由此產(chǎn)生的咬合摩擦力及其與水泥漿體的黏接力減少所致。因此，進(jìn)行透水混凝 土的配合比設(shè)計(jì)時，有必要把骨料級配與粒徑”作為一個設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選 擇合適的骨料級配與粒徑，才可得到透水系數(shù)和抗壓強(qiáng)度相匹配的透水混凝土。2.4體積砂率通常情況下為了得到理想的孔隙率，設(shè)計(jì)透水混凝土?xí)r一般不會使用砂子。但 有研究表明6-7,在透水混凝土配合比設(shè)計(jì)時摻入適量的砂子，可以在不降低透水系 數(shù)的條件下獲得較高的強(qiáng)度。體積砂率”

17、即透水混凝土配合比中砂子體積占砂子與水泥總體積的百分比。試驗(yàn)選用1020mm的碎石，在透水混凝土配合比中引入 5%、10%、15%、20% 和25%的體積砂率，研究體積砂率對透水混凝土強(qiáng)度及透水系數(shù)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見 表2。由表2中可知，體積砂率在015%范圍內(nèi)透水系數(shù)變化較小，當(dāng)體積砂率超過 15% 時，透水系數(shù)明顯下降。這主要是因?yàn)?，在配合比設(shè)計(jì)中，砂子等體積取代水泥，透水 混凝土的孔隙率保持不變，因此其透水系數(shù)隨著體積砂率的變化較?。坏w積砂率超 過一定值后，由于骨料的級配得到改善且砂子堵塞透水混凝土孔隙的幾率增大，從而 導(dǎo)致透水系數(shù)下降。從表2中還可以看出，透水混凝土的28d抗壓強(qiáng)度隨

18、體積砂率的增加先增大后 減小，體積砂率為5%時,28d抗壓強(qiáng)度最高，體積砂率超過15%時,28d抗壓強(qiáng)度值下 降明顯。在膠結(jié)材料用量較大時，即使部分膠凝材料被砂子取代，骨料的表面也能被 漿體充分包裹，顆粒之間仍能形成較強(qiáng)的膠結(jié)層，且砂子在混凝土中也提高了混凝土 的整體剛度，因此透水混凝土的強(qiáng)度有所增高；但是，當(dāng)體積砂率超過一定值時，使用 的膠凝材料相對減少，膠凝材料的量不足以在骨料的顆粒之間形成足夠厚的漿體，使 混凝土內(nèi)部的膠結(jié)性能降低，因此混凝土的強(qiáng)度開始下降。由試驗(yàn)結(jié)果可知，體積砂率”對透水混凝土的強(qiáng)度具有重要的影響，在透水混凝 土的配合比設(shè)計(jì)中引入 體積砂率”這一參數(shù)，對透水混凝土中摻用

19、砂子時配合比設(shè) 計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)中最佳體積砂率為 5%,且體積砂率不宜超過15%。 對于不同的水泥用量及石子級配，體積砂率的取值不同，表3給出了經(jīng)過試驗(yàn)研究得 到的砂率取值表。3配合比設(shè)計(jì)步驟對CJJ/T 135-2009透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程中配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行 完善，引入骨料粒徑與級配”和體積砂率”兩個設(shè)計(jì)參數(shù)，配合比設(shè)計(jì)步驟如下：(1根據(jù)透水混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度選擇合適的粗骨料的粒徑與級配、水膠比。配 制強(qiáng)度等級較高的透水混凝土可選用粒徑為510mm的碎石，配制強(qiáng)度等級較低的透水混凝土可選用粒徑為1020mm的碎石;水膠比可根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)在 0.250.35之 間選擇。(2根據(jù)

20、設(shè)計(jì)的透水系數(shù)v (mm/s和式(3計(jì)算出透水混凝土的設(shè)計(jì)孔隙率 R (%,m、n為回歸系數(shù)。v =m R n(3(3根據(jù)粗骨料的緊密堆積密度p G (kg/m 3按式(4計(jì)算出粗骨料的用量 W G (kg/m 3,為骨料修正系數(shù)(通常取0.98。W G =apG(4(4根據(jù)孔隙率R (%和水膠比a (W W 1/W C1按式(5、(6計(jì)算出初步水泥用量 W C1(kg/m 3 和用水量 W W 1(kg/m 3，其中p G為粗骨料表觀密度(kg/m 3, p為水泥的表觀密度(kg/m 3。a =W W 1/W C1(5R =1-p G / p-W W 1/1000-W C1/pC(6(5在表

21、3中,根據(jù)初步水泥的用量 W C1(kg/m 3及粗骨料的級配選擇體積砂率 S T (%，根據(jù)式(7(9計(jì)算砂的用量W S (kg/m 3、實(shí)際水泥用量 W C (kg/m 3及用水量 W W (kg/m 3,其中p S為砂緊密堆積密 度(kg/m 3。W S =W C1/ p C S T -Vy(S =W C1 -(1-S T (8W W =W C a-(9(6根據(jù)各材料的計(jì)算用量進(jìn)行試拌，加入適量的外加劑W J (kg/m 3，外加劑的用量可根據(jù)透水混凝土拌合物的表面漿體包裹情況進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)透水混凝土表面具有金屬光澤且經(jīng)振動后漿體不堆積為宜。(7根據(jù)試拌情況調(diào)整各材料的用量，確定最終配合比

22、：水泥：水：砂：石子：減水劑 =W C : W W : W S : W G : W J4配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30，透水系數(shù) 3mm/啲透水混凝土，配合比設(shè)計(jì)步驟為：(1因?yàn)樗渲频耐杆炷翉?qiáng)度較高，因此選擇級配為510mm的碎石，每立 方米混凝土的碎石用量為 W G =1530X0.98=1499kg/m 3。(2透水系數(shù) 3mm/s由公式計(jì)算得到設(shè)計(jì)孔隙率為 R =19.5,即設(shè)計(jì)孔隙率為19.5%。(3選擇水膠比為0.3,根據(jù)式(5、(6計(jì)算得到初始水泥 用量 W C1=420kg/m 3。(4石子選用510mm碎石，初始水泥用量為420kg/m 3,因此根據(jù)表4選擇體積 砂

23、率為15%根據(jù)式(7、(8、(9計(jì)算得到砂的用量 W S =56kg/m 3,水泥用量 W C =357kg/m 3 及用水量 W W =107kg/m 3。(5根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并在實(shí)驗(yàn)室試拌，確定減水劑的用量 W J =2.32kg/m 3。(6另選擇0.27、0.33兩個水膠比，按照上述步驟進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，透水混凝土配 合比及試驗(yàn)結(jié)果見表4。注冰膠比為0.3。表2體積砂率對透水混凝土性能影響結(jié)果編號123456抗壓強(qiáng)度/MPa體積砂率/%0510152025水泥 /(kg/m 3420399378357336315砂子 /(kg/m 301937567493透水系數(shù)/(mm/s3.583.553.

24、623.563.122.8628d 21.623.722.521.218.215.37d 17.418.718.216.814.313.1從表4中可以看出，采用本文的配合比設(shè)計(jì)方法可以較為簡單、有效的配制出 滿足設(shè)計(jì)要求的透水混凝土，透水混凝土拌合物及成型試塊見圖 4。5結(jié)論(1設(shè)計(jì)孔隙率與透水系數(shù)存在指數(shù)函數(shù)關(guān)系：v =6.14269 10-4R2.8601，在進(jìn)行透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)時，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求的透水系數(shù)計(jì)算出設(shè)計(jì)孔隙率。(2粗骨料的級配與粒徑對透水混凝土的性能有顯著影響，粒徑較小的粗骨料配制的透水混凝土強(qiáng)度較高，但透水系數(shù)相應(yīng)降低。為保證透水混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)選擇合適的骨料

25、級配與粒徑。(3在透水混凝土中摻入適量體積的砂子會提高混凝土的抗壓強(qiáng)度而不降低其 透水性能，對于不同的水泥用量及骨料級配，應(yīng)選擇合理的體積砂率。(4試驗(yàn)證明，以設(shè)計(jì)孔隙率、水膠比、骨料粒徑與級配和體積砂率為設(shè)計(jì)參數(shù) 的透水混凝土配合比設(shè)計(jì)方法能夠配制出滿足設(shè)計(jì)要求的透水混凝土，可有效的指導(dǎo)透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)：1楊善順.環(huán)境友好型混凝土 -透水混凝土 J.廣東建材,2004(10:36-39.2MEHTA P K.C on crete :microstructure properties and materialsM.3rded.New York :MeGraw Hill ,200

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27、興，張濤霍亮,等.透水混凝土的制備、物理力學(xué)性能及其工程應(yīng)用 C/兩岸四地高 性能與超高性能混凝土學(xué)術(shù)交流會論文集，2010作者簡介:徐仁崇(1982-,男，工程師, 碩士，主要從事高性能混凝土及新型建筑材料的研究開發(fā)工作。聯(lián)系地址：廈門市同安區(qū)新民鎮(zhèn)鳳嶺路 760號(361100聯(lián)系電話:0592-*表4透水混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果原材料用量/(kg/m 3抗壓強(qiáng)度/MPa編號P1P2P3水泥 357374340石子 149914991499砂 565953 水 107101112減水劑 2.322.622.04水膠比 0.300.270.33透水系數(shù) /(mm/s 2.911.833.3728d 30.434.326.57d 26.728.523.6圖4透水混凝土的拌合物及成型試塊44444444444444444444444444444444444444444444444行業(yè)資訊444444444444444444444444444