透水混凝土配合比设计及水灰比影响探究
发布时间：2021-02-25 15:33 来源：www.fuhai31.com
[摘要] 沈阳透水混凝土，又称为生态混凝土。最早起源于欧美、日本等国家，其主要应用是为了解决城市的生态环境问题。而随着城市的发展扩张，城市的生态环境建设正成为一个越来越重要的话题。透水混凝土和传统混凝土相比，有着较大的孔隙率，很好的透水性能，能很好地缓解城市内涝，并凭着多孔的特点来控制热岛效应。
沈阳透水混凝土，又称为生态混凝土。最早起源于欧美、日本等国家，其主要应用是为了解决城市的生态环境问题。而随着城市的发展扩张，城市的生态环境建设正成为一个越来越重要的话题。透水混凝土和传统混凝土相比，有着较大的孔隙率，很好的透水性能，能很好地缓解城市内涝，并凭着多孔的特点来控制热岛效应。
我国对透水混凝土的研究起步较晚，但因为透水混凝土存在的优势，很快便应用到国内道路、停车场以及生态边坡的建设上。目前在施工过程中主要还是通过查表法、图示法以及计算式法对混凝土的配合比进行设计。但影响混凝土配合比设计的因素很多，用经验图表法设计，形成的产品没有比较严格的标准。而本文利用的目前认可度较高的体积法进行配合比设计，并通过力学性能试验了解影响透水混凝土主要强度性能的因素，希望能够促进透水混凝土在工程中的应用
2透水混凝土配合比的设计
2.1配合比设计原理
试验采用的是体积法设计配合比，设计的关键是孔隙率。因为透水混凝土采用的是断级配的粗骨料，所以其配合比设计可以通过控制各组成材料体积来设计。参考碾压混凝土的填充包裹理论，通过设计的目标孔隙率进行设计，控制水泥浆体量，由水泥浆体量控制水灰比进一步得出混凝土的配合比。该方法配合比设计主要参数是目标孔隙率、粗估骨料孔隙率和水灰比。
2.2具体配合比设计步骤
2.2.1计算粗骨料精密堆积状态下的孔隙率
通过试验确定骨料紧密堆积状态下的堆积密度和。并进一步求得骨料堆积密度，以此作为之后设计的基础。考虑到骨料损耗和紧密堆积的程度，对骨料用量进行折减，折减系数可取0.98，最终求得骨料用量。
2.2.2目标孔隙率
体积法设计原理就是假定水泥浆均匀包裹骨料，再通过骨料紧密堆积的孔隙率以及目标孔隙率求得水泥浆体量。具体计算有：
2.2.4水灰比的确定
水灰比的确定是一个关键步骤也是重点探究的问题。因为水灰比对透水混凝土强度和透水性能都有影响，所以其最有研究价值。水灰比小，水泥浆就会变稠，这不利于凝胶体包裹骨料进而形成强度。水灰比大，有利于水泥浆包裹骨料，但却容易出现离析沉浆现象，堵塞孔隙，影响混凝土透水性能。
目前用于施工过程中比较好确定合适水灰比的经验方法是通过观察拌合物的表观，手捻成团，没有水泥浆滴下且表面有金属光泽，这就是良好的水灰比。另外通过加入减水剂可以达到较好的包裹效果，同时水灰比减小，提高了混凝土强度。
2.2.5确定配合比
由确定的水灰比，计算的到水泥用量和水用量，结合之前所得骨料用量，即求得配合比：
式中：
Wc——水泥用量；WW——水用量；
V水泥浆体量——透水混凝土中凝胶体水泥浆体量；
ρc——水泥密度；ρW——水密度；Rw/c———水灰比。
3配合比
本试验采用P.O32.5级水泥，5~10mm粒径碎石粗骨料，由前文可以确定骨料技术指标如表1，选定三组孔隙率进行配合比设计，如上述配合比设计方法，就可得出如表2配合比。
4试验结果分析
通过混凝土标准试验方法，对水灰比与混凝土28d强度的关系做探究。实验结果如表3所示。
由图分析可知，透水混凝土力学性能和多方面因素有关。在15%及20%目标孔隙率的透水混凝土中，随着水灰比的增大，混凝土力学性能降低。这是由于水灰比影响了游离状态的水含量，游离水容易附着在骨料表面，占据了本该是凝胶体附着的位置，导致胶体粘接面积变小，混凝土强度降低。同时低浓度的水泥浆使得混凝土硬化时产生很多小细纹，这也是导致水灰比越大，混凝土强度越低的原因。
我国对透水混凝土的研究起步较晚，但因为透水混凝土存在的优势，很快便应用到国内道路、停车场以及生态边坡的建设上。目前在施工过程中主要还是通过查表法、图示法以及计算式法对混凝土的配合比进行设计。但影响混凝土配合比设计的因素很多，用经验图表法设计，形成的产品没有比较严格的标准。而本文利用的目前认可度较高的体积法进行配合比设计，并通过力学性能试验了解影响透水混凝土主要强度性能的因素，希望能够促进透水混凝土在工程中的应用
2透水混凝土配合比的设计
2.1配合比设计原理
试验采用的是体积法设计配合比，设计的关键是孔隙率。因为透水混凝土采用的是断级配的粗骨料，所以其配合比设计可以通过控制各组成材料体积来设计。参考碾压混凝土的填充包裹理论，通过设计的目标孔隙率进行设计，控制水泥浆体量，由水泥浆体量控制水灰比进一步得出混凝土的配合比。该方法配合比设计主要参数是目标孔隙率、粗估骨料孔隙率和水灰比。
2.2具体配合比设计步骤
2.2.1计算粗骨料精密堆积状态下的孔隙率
通过试验确定骨料紧密堆积状态下的堆积密度和。并进一步求得骨料堆积密度，以此作为之后设计的基础。考虑到骨料损耗和紧密堆积的程度，对骨料用量进行折减，折减系数可取0.98，最终求得骨料用量。
2.2.2目标孔隙率
由使用要求确定目标孔隙率，目前一般认为孔隙率越大，混凝土透水性能越好（主要是贯穿性的有效空隙），但带来的问题是混凝土强度的而降低。因为混凝土在孔隙的影响下连接不够紧密，往往在骨料粘接处出现破坏。所以对于目标孔隙率要综合考虑实际孔隙率需求以及强度标准，以此作为目标孔隙率的设计指标。
体积法设计原理就是假定水泥浆均匀包裹骨料，再通过骨料紧密堆积的孔隙率以及目标孔隙率求得水泥浆体量。具体计算有：
2.2.4水灰比的确定
水灰比的确定是一个关键步骤也是重点探究的问题。因为水灰比对透水混凝土强度和透水性能都有影响，所以其最有研究价值。水灰比小，水泥浆就会变稠，这不利于凝胶体包裹骨料进而形成强度。水灰比大，有利于水泥浆包裹骨料，但却容易出现离析沉浆现象，堵塞孔隙，影响混凝土透水性能。
目前用于施工过程中比较好确定合适水灰比的经验方法是通过观察拌合物的表观，手捻成团，没有水泥浆滴下且表面有金属光泽，这就是良好的水灰比。另外通过加入减水剂可以达到较好的包裹效果，同时水灰比减小，提高了混凝土强度。
2.2.5确定配合比
由确定的水灰比，计算的到水泥用量和水用量，结合之前所得骨料用量，即求得配合比：
式中：
Wc——水泥用量；WW——水用量；
V水泥浆体量——透水混凝土中凝胶体水泥浆体量；
ρc——水泥密度；ρW——水密度；Rw/c———水灰比。
3配合比
本试验采用P.O32.5级水泥，5~10mm粒径碎石粗骨料，由前文可以确定骨料技术指标如表1，选定三组孔隙率进行配合比设计，如上述配合比设计方法，就可得出如表2配合比。
4试验结果分析
通过混凝土标准试验方法，对水灰比与混凝土28d强度的关系做探究。实验结果如表3所示。
由图分析可知，透水混凝土力学性能和多方面因素有关。在15%及20%目标孔隙率的透水混凝土中，随着水灰比的增大，混凝土力学性能降低。这是由于水灰比影响了游离状态的水含量，游离水容易附着在骨料表面，占据了本该是凝胶体附着的位置，导致胶体粘接面积变小，混凝土强度降低。同时低浓度的水泥浆使得混凝土硬化时产生很多小细纹，这也是导致水灰比越大，混凝土强度越低的原因。
另一方面观察25%孔隙率结果，发现透水混凝土度随水灰比的增大呈现出先增后减的趋势。由此可以看出透水混凝土的特殊性。由于缺乏细骨料的填充，使得透水混凝土强度主要来源于水泥浆体的包裹形成凝胶体的粘接作用。水灰比小，水泥浆体变稠，由此骨料得不到充分且均匀的包裹，这不利于混凝土强度发展。但当水灰比增大到一定程度（本试验中是0.3）时，实验结果又恢复如普通混凝土一样。
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