实验与研奔 透水混凝土技术性能研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐｅｒｖｉｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ 张力刘忠宁黄伟娟朱维俊（南京标美彩石建材有限公司，江苏南京２１００３６） 摘要：本文主要研究透水混凝土的力学性能及水胶比、骨胶比、集料的粒径、掺加颜料量对透水混凝土材料的主要 性能影响，为透水混凝土在实际施工中提供指导 关键词：水灰比；骨胶比；强度；胶结料；集料 Ａｂｓｔ ｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉＮｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ——ｗａｔｅｒ ｔｏ ｂｉｎｄｅｒ ｒａｔｉｏ，ｂｏｎｅ ｌｇｕｅ ｒａｔｉｏ， ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ａｄｄｅｄ ｗｉｔｈ ｐｉｇｍｅｎｔ ｏｎ ｐｅｒｖｉｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ，ａｓ ｔｈｅ ｐｅｒｖｉｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔＯ ｐｒｏｖｉｄｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ ｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏ；ｂｏｎｅ ｇｌｕｅ ｒａｔｉｏ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ；ａｇｇｒｅｇａｔｅ 中图分类号：ＴＵ５２８文献标识码：Ｂ文章编号：１００３—８９６５（２０１２）０４—００４７—０５ 现代城市的地表被钢筋混凝土建筑和沥青混 料不断增加。 凝土路面所覆盖，引发城市地下水枯竭、暴雨路 从功能上来分有：透水基层专用透水混凝土； 面积水。２０世纪８Ｏ年代，发达国家和地区，针 路面面层用透水混凝土；用于河堤护坡的大孔植 对这一缺陷，开始研发透水混凝土路面…。透水 生型透水混凝土。 混凝土又称多孔混凝土（排水混凝土），是由单 同时，针对路面面层有较高的装饰性要求， 一级配的粗骨料、胶凝材料和水拌制而成的一种 面层用的透水混凝土的品种有很大的发展，如彩 多孔轻质混凝土，具有透气、透水、重量轻、彩 色透水混凝土、水洗露骨料混凝土在国内许多城 色妆点、整体施工等特点。 市都有运用，适应高要求、美观性和装饰性的场所。 当前，国内面层透水混凝土仍在初级阶段， １我国透水混凝土的研究进展 因此透水混凝土适用范围尚有一定的局限性，仅 用于广场、体育场、步行街、慢车道、人行道、 １．１国内透水混凝土的研究 园林景观道路。但因它是新型的、环保生态的绿 ２０世纪９０年代，国内对透水性混凝土开 色路用铺地材料，比其它铺地材料具有更优的功 始进行研究，但是由于其抗压强度（不超过 能性和实用性。同时，随着透水材料深入的研发， ２０ＭＰａ）较低，人们的认识、地基状况、施工方 其应用范围更加广泛。 法等原因，透水性混凝土的应用范围受到影 响。经过各高校、科研机构以及透水混凝土生产 ２透水混凝土的技术性能专项研究 厂家的大量研究，合理使用混凝土外加剂，采用 高活性硅灰材料，调整骨料级配等方法，提高了 ２．１透水混凝土的原材料 透水混凝土强度，目前透水混凝土抗压强度可达 ２．１．１水泥 ２５—５Ｏ ＭＰａ，抗折强度可达３—６ＭＰａ＿２ 。 水泥是决定透水混凝土强度的重要因素，目 １．２国内透水混凝土的应用现状 前国内采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥较为普 目前，国内透水混凝土研发和应用已取得一 遍。高铝水泥和膨胀水泥、快硬水泥等一般不宜。 定的成果，尚有进口材料，但国产化材料已成趋 按使用透水混凝土的具体要求，采用水泥等级不 势，不同场合的需求和各种功能的透水混凝土材 同，路面用透水混凝土采用水泥级别不应低于 ４７ 实验与研奔 ４２．５级；对于强度等级要求不高的植生型透水混 凝土和基层排水用的透水混凝土可采用３２．５级的 水泥。水泥各项指标须符合《通用硅酸盐水泥 ＧＢ １７５—２００７）的规定。 ２．１．２集料 透水混凝土使用的集料为单一级配，应选用 洁净、坚硬而耐久的碎石或卵石，一般采用《建 筑用卵石、碎石》ＧＢ／Ｔ１４６８５中的二级标准，标 准高低应按具体区域而定。地区不同，集料的指 标可能有难以达到标准的情况，有些按中华人民 共和国行业标准《透水水泥混凝土路面技术规程》 ＣＪＪ／Ｔ１３５中建议采用ＧＢ／１＿１４６８５中的二级标准 为适宜。 ２．１．３水泥外加剂和增强材料 １）透水混凝土一般采用水泥￣，ｂ／ｊｎ剂来保证施 工性能和提高强度，如：萘系高效减水剂、磺化 三聚氰胺甲醛缩合物、聚羧酸类等高效减水剂。 ２）增强材料，可以改善透水混凝土中集料间 的粘结性能，提高透水混凝土强度和韧性，如无 机的以无定型的二氧化硅为主的材料，并掺入相 应的助剂组成的。 ２．１．４透水混凝土拌合用水质量应符合《混凝 土用水标准》ＪＧＪ６３。 ２． 透水混凝土的技术性能研究试验 ２．２．１材料： 本试验水泥为４２．５级普通硅酸盐水混；集料 为粒径在２．５５ｍｍ一４．７５ｍｍ的黑色玄武岩碎石； 外加剂为萘系高效减水剂；增强材料为硅灰；水 为自来水。 ２．２．２透水混凝土配合比设计 １）单位体积集料用量计算 单位体积透水混凝土集料用量按以下公式： ＷＧ＝Ｐ Ｇ・ｋ Ｗ ：单位体积透水混凝土集料用量 Ｐ。：集料比重 ｋ：修正系数，碎石取Ｏ．９８ 单位体积集料用量＝１ ５３０ｋｇ／ｍ。Ｘ Ｏ．９８ ＝１ ４９９．４ ｋｇ／ｍ 一１ ５００ ｋｇ／ｍ ２）单位体积水泥用量近似计算 ４８ Ｐ＝Ｉ一（ＷＧ／Ｐ Ｇ４－Ｗｃ／Ｐ ｃ４－Ｗ／Ｃ・Ｗｃ／Ｐ ｗ） Ｐ：目标孔隙率，１９％ ＷＧ：单位体积集料用量，１ ５００ ｋｇ Ｐ Ｇ：集料比重２７００ ｋｇ／ｍ。 Ｗ ：单位体积集料用量 Ｐ ｃ：集料比重３１ Ｏ０ ｋｇ／ｍ。 Ｗ／ ：水灰比，０．３２ Ｐｗ：水的比重１０００ ｋｇ／ｍ。 由计算得出单位体积水泥用量 Ｗｃ＝４０５ ｋｇ／ｍ。 透水混凝土配合比：水泥：集料＝４０５：１ ５００ ２．３试验 ２．３．１透水混凝土水胶比对抗压强度影响试验 在骨灰比保持固定不变的条件下，调整水胶 比，试块标养２８天，测定在不同水灰比下的抗压 强度。 检验方法：ＧＢ／Ｔ５００８１—２００２《普通混凝土 力学性能试验方法标；隹》 试验结果见表１。 图１为水胶比对透水混凝土抗压强度的影响。 藁 螽 一 水胶比 图１水胶比与抗压强度的关系 茧 篓 螺 骨灰比 图２骨灰比与抗压强度的关系 结论：透水混凝土水胶比在０．２５～Ｏ．３２为 实验与研穷 表１透水混凝土水胶比对抗压强度影响试验 序号 水胶比 １ ２ ３ Ｏ ２３ ０．２５ Ｏ ２８ 胶凝材料ｋｇ ４１Ｏ ４１０ ４１０ 石子（２ ５—４ ７５ｍｍ）ｋｇ １５００ １５００ １５００ 水ｋｇ 抗压强度ＭＤａ ９４．３ １０２．５ １ １５ ２２ ７ ３３ Ｏ ３５ ７ ４ ５ ６ Ｏ ３Ｏ Ｏ ３２ ０ ３５ ４１０ ４１０ ４１０ １５００ １５００ １５００ １２３ １３１．２ １４３．５ ３８．０ ３８．５ ３２ １ 表２透水混凝土骨灰比对抗压强度影响试验 序号 １ 水胶比 骨灰比 胶凝材料ｋｇ 石子（２．５－４ ７５ｍｍ）ｋｇ 水ｋｇ 抗压强度ＭＰａ ０．２８ ５ ３００ １５００ ８３．Ｏ １８．２ ２ ３ ４ ５ ０．２８ ０．２８ ０．２８ Ｏ．２８ ４ ２３ ３．６６ ３ ４９ ３．３３ ３５５ ４１０ ４３０ ４５０ １５００ １５００ １５００ １５００ ９９ ４ １１５ １２０ １２６ ２４．７ ２８．３ ３２．２ ３７．５ 表３透水混凝土耐磨性试验结果 最佳。 透水混凝土耐磨性符合ＪＴＧ Ｅ３０—２００５《公路工 ２．３．２透水混凝土骨灰比对抗压强度的影响 每立方米集料用量保持１５００ ｋｇ，水胶比保 持不变，并保证一定的透水率条件下，调整水泥 用量，试块标养２８天，检测试块在不同骨灰比条 件下的抗压强度 程水泥及水泥混凝土试验规程》对耐磨性的要求。 ２．３．４抗冻性试验 选择最佳水胶比和骨灰比，试块标养２８天， 检测试块抗冻性。 检验方法：ＪＴＧ Ｅ３０—２００５《公路工程水泥 及水泥混凝土试验规程》 试验结果见表４。 结论：在选择最佳水胶比和骨灰比条件下， 透水混凝土抗冻性符合ＪＴＧ Ｅ３０—２００５《公路工 检验方法：ＧＢ／Ｔ５００８１—２００２《普通混凝土 力学性能试验方法标准》 试验结果见表２。 结论：透水混凝土抗压强度随着骨灰比减小 而增加，以此为根据，依据透水率的要求可确定 最佳骨灰比。 ２．３．３耐磨性试验 选择最佳水胶比和骨灰比，试块标养２８天， 程水泥及水泥混凝土试验规程》要求。 ２．３．５透水率试验 选择最佳水胶比和骨灰比，测试透水率。 检验方法：ＪＣ／Ｔ ９４５—２００５《透水砖》 试验结果表５。 结论：在选择最佳水胶比和骨灰比条件下， 检测试块耐磨性。 检验方法：ＪＴＧ Ｅ３０—２００５《公路工程水泥 及水泥混凝土试验规程》 试验结果见表３。 透水混凝的透水率优于透水砖的指标。 ２．３．６颜料的掺入量对透水混凝土物理力学性 能的影响 ４９ 结论：在选择最佳水胶比和骨灰比条件下， 买验与硼究 表４透水混凝土的抗冻性试验结果 表５透水混凝土的透水率试验结果 选择最佳水胶比骨灰比，颜料选择氧化铁颜 料，加入量以占胶凝材料的百分比计，改变颜料 的加入量，试块标养２８天，检测抗压强度。 试验颜料：氧化铁颜料 检验方法：ＧＢ／Ｔ５００８１—２００２《普通混凝土 力学性能试验方法标准》 试验结果见表６。 为此对透水混凝土的颜料添加量控制在≤８％为 佳。 ２．３．７骨料的粒径对透水混凝土力学性能的影 响 选择水胶比Ｏ．２８、骨灰比３．６６，改变骨料粒 径，测抗压强度和抗折强度。 试验材料：小野田水泥４２．５级普通硅酸盐水 泥，集料为高料，粒径为２．５～４．７５ｍｍ ４．７５～ ９．５ ｍｍ ９．５～１ ３ ｍｍ２０～２５ ｍｍ。 普通石料１ ３～１ ６ ｍｍ 检验方法：ＧＢ／Ｔ５００８１—２００２《普通混凝土 力学性能试验方法标准》，试验结果见表７。 结论：随着集料粒径的增加，透水混凝土抗 颜料添加誊％ ～ 压强度、抗折强度同时降低，因此根据不同道路 的不同要求，采用适宜的集料粒径可保证透水混 凝土的强度要求。 图６颜料添加量对透水混凝土的抗压强度影响 结论：颜料添加量对透水混凝土抗压强度有 一３总结 定的影响，但颜料添加量小于１ ０％影响不太大， 表６颜料添加量对透水混凝土的抗压强度影响 序号 １ ２ ３ ４ 水胶比 Ｏ．２８ Ｏ．２８ Ｏ．２８ Ｏ．２８ 骨灰比 ３ ６６ ３．６６ ３ ６６ ３．６６ 胶凝材料ｋｇ ４１Ｏ ４１０ ４１０ ４１０ 石子（Ｋｇ）（２．５—４．７５ｍｍ） １５００ １５００ １５００ １５００ 水Ｋｇ １ １ ５ １１ ５ １１ ５ １１５ 颜料添加量（占胶凝材料重量）％ 抗压强度ＭＰａ Ｏ ３ ６ ９ ４２ ９ ４１．３ ３８ ９ ３２．８ ５ ６ ０ ２８ ０ ２８ ３ ６６ ３ ６６ ４１Ｏ ４１Ｏ １５００ １５００ １１５ １ １５ １２ １５ ３０ １ ２８．３ 实验与研穷 表７骨料的粒径影响透水混凝土抗折强度与抗压强度关系试验 序号 水胶比 石子粒径（ｍｍ） 胶凝材料ｋｇ 石子ｋｇ 水ｋｇ 抗压强度ＭＰａ 抗折强度ＭＰａ １ ０ ２８ ２．５～４ ７５ ４１０ １５００ １１５ ２４．１ ６．２ ２ Ｏ．２８ ４．７５ ９．５ ４１０ １５００ １１５ １８．１ ４ ２ ３ Ｏ ２８ ９．５～１３ ４１０ １５００ １１５ １５．４ ３ １ ４ Ｏ ２８ １３～１６ ４１０ １５００ １１５ １３ ２ ２ ８ ５ ０ ２８ ２０～２５ ４１０ １５００ １ １ ５ １ １ ２ ２ ６ １）透水混凝土水胶比在０．２５～Ｏ．３２为最佳， 水混凝土耐磨性符合《公路工程水泥及水泥混凝 施工中因温度的原因可适当选择水量的增减来保 土试验规程５５中耐磨性的要求，而且透水混凝土 证施工质量。 的透水率优于透水砖标准的指标。 ２）透水混凝土抗压强度随着骨灰比减小而增 加，以此为根据，依据透水率的要求可确定最佳 参考文献 施工骨灰比。 ３）透水混凝土抗压强度与抗折强度随胶单位 ［１］苏堪祥多孔混凝土材料组成与路用性能研究分 体积水泥的用量增加而同样上升，但过度增加水 路２００４年第８期 泥用量会使成本增大，根据不同等级的透水混凝 ［２］张贤超尹健池漪透水混凝土透性能研究综述混 土，可选择最佳骨灰比。 凝土２０１０年第１２期 ４）颜料添加量对透水混凝土抗压强度有一定 ［３】中华人民共和国行业标准ｃＪＪ／Ｔ１３５—２００９《透水 的影响，但颜料添加量小于１０％影响不太大， 水泥混凝土路面技术规程》 为此对透水混凝土面层材料的颜料添加量控制在 【４］ＧＢ １７５—２００７《通用硅酸盐水泥５５ ≤８％为佳，能确保道路面层的性能。 ［５］ＪＧＪ６３《混凝土用水标准５５ ５）随着集料粒径的增加，透水混凝土抗压强 ［６］ＪＴＧ Ｅ３０—２００５《公路工程水泥及水泥混凝土试验 度、抗折强度同时降低，因此在不同道路的不同 规程５５ 要求，采用适宜的集料粒径可保证透水混凝土的 【７７】 ＪＣ／Ｔ ９４５—２００５《透水砖》 强度要求。 ６）在选择最佳水胶比和骨灰比的条件下，透 ５１
