透水混凝土的配制
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透水混凝土的配制
孟宏睿!陈丽红"薛丽皎"
（!#西安建筑科技大学，$!%%&&；"#陕西理工学院，$"’%%’）
摘
要：透水混凝土具有良好的透气性和透水性。试验中采用单粒级和双粒级卵石粗骨料，结果表明：透水
混凝土的透水性和抗压强度与混凝土的孔隙率有关；单粒级粗骨料幅差越大，配制的透水混凝土强度越高，透水性越差；双粒级粗骨料配制的透水混凝土性能明显优于单粒级粗骨料，双粒级粗骨料的掺配存在最佳比例。
关键词：透水混凝土；骨料级配；强度中图分类号：()&"*
文献标识码：+
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生态环境友好型混凝土是指既能减少对地球环境的负荷，同时又能与自然生态系统协调共生，为人类构筑舒适环境的混凝土材料。透水混凝土是生态环境友好型混凝土之一，与传统的混凝土相比，其最大特点是有!&KL’%K的连通孔隙，具有透气性和透水性。将这种混凝土用于铺筑道路、广场、人行道路等，能扩大城市的透水、透气面积，增加行人、行车的舒适性和安全性，减少交通噪声，对调节城市空气的温度和湿度、维持地下土壤的水位和生态平衡具有重要作用。"%世纪欧、美、日等国家和地区开始研究开发透*%年代以来，
水性混凝土，并将其应用于广场、步行街道路的两侧和中央隔离带、公园内道路及停车场等，以增加城市的透水、透气空间，调节城市微气候、保持生态平衡效果良好；/%年代以来，国内开始对透水性混凝土进行研究，但由于其抗压强度较低，以及地基状况、施工方法等原因，至今仍未达到实际应用的程度。本试验主要研究透水混凝土，采用单粒级和双粒级天然粗骨料，在不掺入矿物细掺料及外加剂的情况下，通过优化颗粒粒径和调整配合比，运用常规施工方法，在满足必要透水性的情况下提高混凝土的强度，达到实际
应用的程度。
;透水混凝土的结构特征
透水混凝土是由水、水泥、粗骨料组成的，采用单
粒级粗骨料作为骨架，水泥净浆或加入少量细骨料的砂浆薄层包裹在粗骨料颗粒的表面，作为骨料颗粒之间的胶结层，骨料颗粒通过硬化的水泥浆薄层胶结而形成多孔的堆积结构，因此混凝土内部存在着大量的连通孔隙，且多为直径超过!AA的大孔。在雨天或路面积水时，水能沿这些贯通的孔隙通道顺利渗入地下，因此具有良好的透水性和透气性。透水混凝土内部结构模型如图!所示。
图!
孟宏睿，陕西汉中人，西安建筑科技大学，博士，副教授，!/.*年’月生，
透水混凝土内部结构模型
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收稿日期："%%-,%/,%"
根据结构模型可知，透水性混凝土受力时通过骨料间的胶结点传递力的作用，由于骨料本身的强度较
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建筑技术第!"卷
高，水泥凝胶层很薄，水泥凝胶体与粗骨料界面之间的胶结面积小，其破坏特征是骨料颗粒间的连接点处被破坏，因此在保证一定空隙率的前提下，增加交接点的面积，提高交接层的强度是提高透水性混凝土强度的关键。
而可考虑"&!%’()。单粒级骨料易使混凝土发生离析现象，制作透水混凝土时须调整水泥用量和水灰比，否则极易出现骨料表面的水泥浆膜层厚度不均匀、流浆等现象，直接影响混凝土的强度、透水性及质量稳定性。
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试验配制
原材料的品种与选择
（$）在透水混凝土中，水泥石与骨料界面的粘结
强度是混凝土的最薄弱环节，是决定混凝土强度的关键因素，因此水泥的活性、品种、数量的选择尤为重要。透水混凝土要采用强度较高、混合材料掺量较少的水泥或普通硅酸盐水泥。水泥浆的用量以刚能完全包裹骨料的表面为最佳，形成一种均匀的水泥浆膜层，并采用最小水泥用量为原则；因过大的水泥用量不仅会造成透水性的减弱、增加成本，还会造成水泥石收缩量增大，形成裂缝，使混凝土的强度反而降低。
（#）粗骨料是透水混凝土的结构骨架，骨料粒径的大小视透水混凝土结构的厚度、强度、透水性而定。试验资料表明，透水混凝土的颗粒级配是决定其强度和透水的主要因素之一，为保证透水混凝土强度及其透水功能，粗骨料常用颗粒较小的单粒径。骨料粒径越小，骨料的堆积密度越大且颗粒间的接触点越多，配制的透水混凝土强度高，透水性能会降低。骨料粒径越小，其比表面积越大，所形成的结构骨架单位体积内骨料颗粒之间接触点数量越多，胶结面积越大，可提高混凝土的强度，但须同时调整水泥用量。骨料粒径越大，比表面积越小，所形成的结构骨料单位体积内骨料颗粒之间接触点数量少，胶结面积越小，从而可提高透水性，但会降低强度。
粗骨料有连续级配与间断级配之分。连续级配即颗粒由小到大，每级粗骨料占有一定比例，相邻两级粒径之比为#%#，天然河卵石均属连续级配，连续级配的粒级间会出现干扰现象。为得到较小空隙率，相邻两级骨料粒径比应较大，才能使颗粒十分靠近，大颗粒的数量最多，这就是间断级配。如图#所示，将!个大球堆成最紧密状态，次一级小球直径只有正好小于此空隙尺寸，才能填入空隙中，设大球直径为"，小球直径为!，若相邻两级粒径之比"&!%"，直径小的一级骨料正好填充大一级骨料的空隙，此时骨料的空隙率最低，比表面积最小，接触点数量较多。但在混凝土中，骨料并非球形，粒径也不等，各骨料颗粒间有水泥砂浆层，故大颗粒间距可能增大，因
图#
粗骨料间断级配原理
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考虑上述因素的影响，试验时采用单粒级和双粒级汉江卵石粗骨料，单粒级为#*+($,--、+($!--、双粒级为大量$,($!--、$!(#’--四种粒级的骨料；
$!(#’--粒径的粗骨料和少量#*+(+--粒径的细骨
料，按一定比例掺配使用。
（!）拌和及养护用水采用地方饮用水。
!"!参数的确定
影响透水混凝土性能的因素有透水方式、密实程
度、原材料性能、配合比、成型方法和养护条件等。其中强度和透水性是对立的，确定参数时须综合考虑。
（$）水灰比既影响透水混凝土的强度又影响其透水性。水泥浆过于干稠，混凝土拌合物和易性太差，水泥浆不能充分包裹骨料表面，不利于提高混凝土的强度；反之，若水灰比过大，稀水泥浆可能将透水孔隙部分或全部堵死，既不利于透水，又不利于强度的提高。最佳水灰比介于,*#+(,*!+之间。
（#）骨灰比的大小影响骨料颗粒表面包裹的水泥浆薄厚程度以及孔隙率的多少，也就是影响透水混凝土的强度和透水性。当水泥用量一定时，增大骨灰比，骨料颗粒表面水泥浆厚度减薄，孔隙率增加，透水性提高，但强度却降低了；反之，则透水性降低，强度提高。考虑较小粒径骨料的表面积较大，为保持水泥浆体的合理厚度，小粒径骨料的骨灰比应适当小一些。本次试验采用的骨灰比在
+*"(.*,。
（!）$-!混凝土所用骨料总量取骨料的紧堆密度。
（’）根据骨料的体积空隙率及胶凝材料在骨料内的填充率为#+/(+,/，确定水泥用量。
!""#年第$期
透水混凝土的配制
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"#$制作工艺的确定
根据上述原则计算确定混凝土的配合比，考虑粗
表!表明几种骨料在不同的配合比配制下的混凝土性能指标，从表中数据可看出双粒级骨料配制的透水混凝土性能明显优于单粒级骨料。这是由于两种粒级相互填充，它比单粒级骨料孔隙率小，骨料间接触点的数量较多，故强度较高；又由于两种粒级的相互填充，骨料的比表面积较小，水泥用量少，水泥浆包裹在骨料的表面，使混凝土内部存在一定数量的连通孔，故透水性也较好；在拌制过程中，双粒级骨料大小搭配，使混凝土不易发生离析，便于施工控制与操作。
表"
配合比（水泥;水;骨料）
骨料表面要形成稳定均匀的水泥浆层，采用人工搅拌，搅拌时先往骨料中加入水进行搅拌，使骨料吸水率为骨料表面均被润湿后再加水泥拌和，形成包$%&’%，
裹骨料表面的水泥粉壳，最后加入剩余水量的水搅拌均匀。该搅拌顺序能使混凝土骨料表面易形成厚度均匀的水泥浆层，没有水泥浆下滴现象，且颗粒有类似金属光泽，以保证必要的强度和透水性。机械振捣!"(成型，试件尺寸为$""))*$""))*$""))。混凝土浇筑$+后开始常温下洒水养护，每天洒水#&,次，养护养护时表面覆盖塑料薄膜，以防-+后进行自然养护，水分散失。
几种配合比的试验结果
!0+强度8123$,/$$!/0$4/$!!/#$-/"!./$$#/0$!/.!!/-!./#$-/,!#/.
透水系数（8))8(）
连通孔隙率8%
粒径8))
$试验结果与分析
本次试验采用汉江牌.!/#普通硅酸盐水泥，!0+
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$’&!.双粒级
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抗压强度#"/#123，抗折强度-/"123。水泥细度
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$’&!.双粒级
’/’%，安定性合格，烧失量$/’4%，活性矿渣掺量
分别在万能试验机上测定混-/04%。自然养护!0+后，
凝土抗压强度。用透水系数测定仪测定变水位和定水位透水系数，其方法是先将试件四周用蜡密封，然后将透明方框和试件间的接缝用蜡条密封，接着向方框中加水超过!"5)高，水通过试件渗漏，当水平面下降至刻度为$,5)时开始计时为!"，水平面下降至$.5)时的时间为!$，方框中的水全部渗漏完毕时的时间为!!，则变水位透水系数和定水位透水系数分别为"$6（$,"7$."）并测定总孔隙8!$9))8(:，"!6$,"8!!9))8(:，率和连通孔隙率。
透水混凝土的透水性和抗压强度均与混凝土的孔隙率有关，孔隙率越大，透水性能越好，强度较低；相反，孔隙率越小，透水性能变差，强度提高。由表$可知：透水混凝土在骨灰比不变的情况下，随水灰比的改变，混凝土的孔隙率、强度、透水系数也发生变化，对一定粒径的骨料而言，存在着最佳配合比。表$中采用了两种单粒级粗骨料，最大粒径相同，但其中公称粒径上下限的幅差不同，幅差越大，骨料有一定的大小搭配，接触点比幅差小的骨料要多，孔隙率较小，强度高，透水差。
表!
相同骨灰比不同水灰比的试验结果
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$’&!.双粒级
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$’&!.双粒级
注：透水系数为定水位透水系数。
配制过程中，双粒级骨料的掺配比例非常重要，若小粒径骨料用量过多，则混凝土填充较密实，虽强度高，但透水差，水泥用量多；反之，透水高，强度低。试验过程中根据大骨料的体积空隙率，小骨料填充率一般为$#%&."%，确定小骨料用量。对一定粒径的骨料而言，也存在着最佳掺配比例。
%结论
（$）透水混凝土的透水性和抗压强度均与混凝
土的孔隙率有关。
（!）单粒级粗骨料幅差越大，配制的透水混凝土强度较高，透水越差。
（’）双粒级骨料配制的透水混凝土性能明显优于单粒级骨料，双粒级骨料的掺配存在着最佳比例。
参考文献
赵铁军，李淑进/混凝土的强度与渗透性/建筑技术，（$）：!""!!"冯乃谦/实用混凝土大全/北京：科学出版社，!""$杨静/建筑材料与人居环境/北京：清华大学出版社，!""$
姜德民，等/透水性混凝土路面砖的研制/新型建筑材料，（’）：!""’
配合比（水泥;水;骨料）
粒径8))
!0+强度8123透水系数（8))8(）连通孔隙率8%
$0&!"
奚新国，等/生态环境友好型混凝土的研究现状与展望/混凝土，!""!（0）：,&0
注：透水系数为定水位透水系数。