高强度透水混凝土制备综述.docx

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1、引言近年来，不透水路面带来的负面影响日益突出，例如“热岛效应”，暴雨后城市洪涝， 雨水不能够渗入地下导致地表的植物因为缺水难以存活等。海绵城市可以提升城市生态系统 功能和减少城市洪涝灾害的发生。一般的混凝土材料具有较好的抗压性能，但其不透水性 制约了环境可持续发展，这会破坏城市地表生态平衡，加重城市“热岛效应”。透水混凝土 具有渗水快、吸音降噪、改善土壤及缓解城市“热岛效应”等优点，其制备和应用具有重要 现实意义。1、透水混凝土的原材料透水混凝土的主要原材料有胶凝材料、骨料、外加剂和水等，不用或很少用细集料，可将其 看成是由胶凝材料起界面粘结作用的粗集料堆聚结构。胶凝材料中，水泥作为基本原料，

2、其主要作用是为骨料提供充足的包裹层并将骨料胶结为整 体。水泥的强度越高，透水混凝土的强度也会相应提高。除了常见的硅酸盐水泥外，还有一 些复合胶凝材料作掺料，如粉煤灰、矿粉、硅灰等，它们可以有效增强胶凝材料的黏结强度， 从而提高混凝土强度。骨料是透水混凝土的结构骨架，骨料的级配、表面形态等状态直接关 系到透水混凝土的强度、孔隙率、透水系数等，从而影响到透水混凝土的物理力学性能。外 加剂也是透水混凝土不可缺少的原料。透水混凝土主要外加剂有调整混凝土凝结时间的缓凝 剂、提高混凝土流动性的减水剂、增加稠度提高透水混凝土强度的增强剂、彩色透水混凝土 用的染色剂、增加表面亮度质感和耐磨性的保护剂等。2、透

3、水混凝土的配合比设计不同于普通混凝土在进行配合比设计时要设法减小孔隙率、提高密实度，透水混凝土在配合 比设计时必须预留合理的孔隙率来保证透水性。透水混凝土的配合比设计思路是在达到透水 性基本要求的同时，尽量提高强度。透水混凝土配合比设计常用的是体积法、质量法和比 表面积法。2.1体积法体积法是以混凝土孔隙率为控制指标，通过设定孔隙率计算出填浆体 积，再根据水胶比及各胶凝材料的密度计算出各胶凝材料的用量；集料用量则可通过测定其 表观密度计算得到。体积法目标明确、思路清晰、精确度高，计算方法简单直观，但实测连 续孔隙率与设定孔隙率有较大差距。2.2质量法质量法是根据相关的经验图表进行计算。如 果原

4、材料情况比较稳定，所配制的混凝土拌合物的容重将接近一个固定值。我们可以先假定 一个混凝土混合物表观密度值，再根据各材料之间的质量关系计算出各材料的用量。质量法 可以快速得出各材料的用量，计算简便，但其不够准确，并且很难保证孔隙率。2.3比表面 积法比表面积法和传统的混凝土浆体包裹理论类似。先计算In?透水混凝土中的骨料用量， 然后计算In?透水混凝土中水泥和水的用量，水泥用量的计算应根据粗骨料的比表面积推导 得出，水的用量则根据水灰比计算。比表面积法理论简单，思路清晰。3、透水混凝土的制备工艺3.1成型工艺透水性混凝土搅拌时的投料顺序有多种，可根据实际情况采用一次全部倒入法、 预拌水泥浆法、包

5、裹粗集料法和水泥裹石法等。其中，水泥裹石法可改善混凝土强度和透 水性，适用于透水混凝土搅拌，是透水混凝土施工中提倡应用的搅拌方法。水泥裹石法，也 称造壳法，其工艺流程如图1所示。这种搅拌工艺预拌水量（WJ的控制是一个重要的技术 指标，一般情况下预拌水量（WJ为总用水量的石子水（WJ搅拌20s胶凝材料搅拌90s外加剂、水（WJ搅拌90s出料图1水泥裹石法工艺流程3. 2成型方法徐崇仁等经试验确定压力成型法和振压成型法可作为透水混凝土实验室配 合比成型方法。压力成型法混凝土拌合物装入专用静压成型模具中，然后将模具置于 压力机下施加压力至试验值并维持5s后卸荷，最后取下试模套具，用D40nlm的铁棒

6、“滚压” 成型面直至平整并用抹刀将成型面抹平。混凝土试块成型尺寸为150mmX150mmXl50md 压 力成型法对浆体稠度要求不太高，但压力较大时，骨料很容易受到破坏，成为混凝土产生开 裂的薄弱点，需要合适的成型压力。振压成型法将混凝土拌合物装入试模并在振动台 上振动4s,然后使用静压成型装置向拌合物施加压力至试验值并维持5s后卸荷，最后用 D40nmi的铁棒“滚压”成型面直至平整并用抹刀将成型面抹平。振压成型法对骨料无损伤, 但振动时浆体易顺流而下，堵塞连通孔隙，对浆体稠度要求高。3.3测试方法透水混凝土主 要测试指标有抗压强度和透水性的检测。抗压强度依据GB/T 50081-2002普通

7、混凝土力 学性能试验方法进行试验，标准立方体试块尺寸为150mniX 150mmX 15Omm,试验龄期28d。 透水性依据CJJ/T 135-2009透水水泥混凝土路面技术规程测定混凝土透水率。4、透水混凝土的性能及制备机理透水混凝土在内部结构上属于骨架孔隙结构，在实际应用中主要承受压力荷载作用，所以主 要考虑其抗压强度对整体性能的影响，同时需考虑其透水性能。透水混凝土的综合性能主要 由原材料和配合比决定。4.1原材料4.L1骨料骨料对于透水混凝土综合性能的影响机理 主要通过骨料的种类与形状、粒径大小、骨料级配3个方面实现。（1）骨料的种类与形状。 骨料的形状、表面粗糙程度是影响骨料与水泥之

8、间粘结强度的重要因素。通常情况下，在配 置透水混凝土时常见的粗骨料主要有碎石和卵石两种。碎石表面粗糙，棱角分明，摩擦阻力 大；而卵石没有棱角棱边，多呈球形或椭圆形，且表面光滑，摩擦阻力小。二者相比，碎 石在形状和摩擦阻力上比卵石更具有优势，能够与水泥之间产生更大的接触面积和更强的粘 结能力，因而在配置透水混凝土时应采用碎石作为主要粗骨料。（2）骨料粒径大小。骨料 粒径的大小决定了透水混凝土内部主体骨架的堆积结构情况。一般来说，骨料粒径越大，骨 料的孔隙率也会越大，相应的透水性能也会越好。研究发现：随着骨料粒径的增大，透水混 凝土的孔隙率逐渐增大，强度先提高后降低，其中当骨料粒径为510mm时透

9、水混凝土强度 达到较高水平。（3）骨料级配。透水混凝土内部结构属于骨架孔隙结构。一般在讨论骨 料级配对于透水混凝土强度影响时，主要考虑掺入细骨料的粒径大小对强度的作用。薛文韬 等从理论和试验的角度对骨料级配的影响机理做出了解释。透水混凝土中由于骨料之间的 相互架空搭接，集料尖角处应力集中现象比较普遍。随着细小骨料含量的增多，透水混凝土 受压时端部或角部的应力集中现象得到减弱，而试块承压面面积趋于稳定增大，从而使透水 混凝土的抗压强度得以提高。随着小粒径骨料含量的增多，抗压强度总体增高，5lOmni骨 料含量为75%的抗压强度比含量为25%的抗压强度高34. 06%。4. L 2胶凝材料透水混凝

10、土骨 料之间主要靠胶凝材料相互粘结，由于其孔隙率一般都在20%左右，所以抗压强度较低，因 此掺合料改性胶材一直是透水混凝土研究的热点口”从降低成本和实现透水混凝土胶结的 两个目的综合考虑，一般胶凝材料中主要选择粉煤灰、硅灰和矿粉。复合胶凝材料可以有效增强胶凝材料的黏结强度，其中各矿物掺合料对透水混凝土的强度贡献程度由大到小依次为 硅灰、粉煤灰、矿粉贾仁甫等I研究认为，单掺掺合料时，粉煤灰、矿粉对透水混凝 土有效孔隙率无明显影响，但抗压强度降低；硅灰对透水混凝土抗压强度的影响随硅灰掺量 的增加先增大后减小，在单掺掺量7.5%左右时最佳；矿粉和粉煤灰复掺时，粉煤灰比例增 加，透水混凝土有效孔隙率和

11、抗压强度下降；矿粉、粉煤灰分别和硅灰复掺时，硅灰比例在 一定掺量范围内，有效孔隙率降低、抗压强度增加，但超过一定掺量后，有效孔隙率提高、 抗压强度下降。外加剂外加剂对透水混凝土性能有一定影响。透水混凝土外加剂主要 是减水剂与增强剂。减水剂等对新拌透水混凝土流动性较为敏感，随着减水剂掺量的增加, 拌合物流动度增大，抗压和透水系数都有所降低，同时容易和骨料离析，底部会出现漏浆堵 孔现象，从而影响透水混凝土的透水性。增强剂能够有效提高拌合物坍落度，还可使骨料具 有较高的挂浆性能吐。4.2配合比水灰比水灰比增大，透水系数随之减小，抗压 强度随着水灰比的增大先增大后减小。在制备透水混凝土时存在一个最佳水

12、灰比，此时水泥 浆体能够均匀地包裹在骨料表面；水灰比增大时，水泥浆体流动性增加，在成型时容易造成 浆体堆积，从而降低强度与透水率；当水灰比降低时，浆体干硬，水泥颗粒易于结团，致使 浆体不能充分包裹骨料，从而降低强度。谭燕等.经过试验得出结论：水灰比在0. 290. 37 时透水混凝土具有较优的使用性能，其中水灰比为0.33时强度最高。4. 2.2水胶比在无减 水剂等具有减水效果的外加剂掺入的情况下，随着水胶比的增大，孔隙率和透水系数逐渐减 小，而抗压强度呈先增大后减小趋势。对于工程比较常用的5lOmm连续级配的花岗岩碎石 为粗骨料，P 0 42. 5硅酸盐水泥为胶凝材料的透水混凝土，水胶比宜控

13、制在0. 250. 35 左右，这时的孔隙率、透水系数、抗压强度可满足一般的设计要求。4. 2.3骨胶比骨胶 比即骨料与胶凝材料的质量比。透水混凝土的抗压强度随着骨胶比的增大而降低，透水性能 则呈相反的变化趋势。随着骨胶比的增大，透水混凝土中的胶凝材料减少，导致透水混凝土 中连通孔隙数量的增多，相应的平均孔径增大，而粘结骨料之间的浆体数量和厚度减小，浆 骨之间的粘结力下降，最终导致透水系数的增大和抗压强度的降低皿。结语由于透水混凝土的透水性能与抗压强度存在此起彼落的客观矛盾，因此目前普遍应用的具有 较高透水性能的透水混凝土的强度处于一个较低水平。如何优化透水混凝土配合比，使其在 保证混凝土透水性能的同时具有较高的抗压强度，以及如何解决透水混凝土使用过程中透水 性能的下降问题都有待进一步研究。此外，有关透水混凝土养护、管理等方面的国家级规范 标准的制定也还处于摸索状态，高强透水混凝土在全国范围内的使用也有待进一步推广。但 不可否认的是，高强透水混凝土有着优越的性能，在海绵城市建设中发挥着重要作用。在深 入研究高强透水混凝土的制备并改善其性能后，相信其将在城市建设中得到更广泛的应用， 进而推动我国生态文明建设与现代化城市建设。