不同成型方法对透水混凝土透水性能的试验研究

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【作者机构】 盐城工学院
【来    源】 《大学物理实验》 2017年第3期P9-13页
【分 类 号】 O 4-34
【关 键 字】 透水混凝土　　渗透系数　　有效孔隙率　　静压成型

【摘    要】 对透水混凝土渗透系数测量装置进行改进，并利用改进后的实验装置研究了5～10 mm和10～20 mm两种不同骨料粒径的透水混凝土试件，在不同成型条件下的渗透系数、有效孔隙率和饱和含水量进行测量。

透水混凝土是一种可以减轻环境负担、与环境协调共生，能为人类构造舒适生活环境的绿色环保材料。是一种由骨料，水泥和水拌制而成的具有连续孔隙的混凝土，既有一定的强度，又有一定的透气透水性能。其经常使用于铺筑道路、广场、人行道路等，能够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，减轻城市内涝，降低交通噪音，能调节城市空气的温度和湿度，对于生态平衡有着重要的作用。目前国内对透水性混凝土已经做了一定的研究，但是理论的研究还不够系统和深入[1-4]；透水性能测试的技术、设备以及应用技术还不够完善，要达到广泛大面积的应用还需要做大量的工作。本文在改进了现有的透水混凝土渗透系数测量仪器设备的基础上，研究了两种骨料粒径、不同成型方法对透水混凝土渗透系数以及孔隙率的影响[5-11]。

1 方形透水混凝土渗透系数测试装置

在实验执行前，在规范和文献的基础上对线性设备进行改造，引入传感器技术到实际测量中来提高相关精度。相关改进如下：

1.为了方便测量水的流量和流速，在供水水管和溢流导流管处均设置流量计来读数[12]。

2.为了方便测量和控制测量筒内液面高度，在测量筒外壁一侧伸出一个带刻度的联通管，其最小刻度单位是0.5 mm。在连通管内部内置轻质有色小球，试验时小球高度所示刻度即为圆筒内液面高度。

3.为了方便控制变量以减小误差，溢流水槽一侧上部开设有三个不同高度的溢流口，每个溢流水槽溢流口均设有控水阀门。

通过以上三点的改进，可以方便操作的进行，并使得测量数据更加精准可靠。

2 试件原材料及试验方法

2.1 原材料及配合比设计

测试中原料用水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；为考虑不同粒径对透水混凝土性能的影响，分别选用粒径为5～10 mm、10～20 mm的片状砾石，试件水灰比设计参见表1。

2.2 试样制备工艺

试样制作中先将石料与50%用水量加入强制式搅拌机拌合30 s，再加入水泥拌合40 s，最后加入剩余的用水量拌合50 s后出料。

各组试件取其中一组自然放置，余下七组分别采取振动和静压的方式来成型具体参数如下：振动(时间分别为：5S、10S、15S)、静压(500N静压10S和20S、1000N静压10S和20S)。

3 相关参数及其测定标准

3.1 渗透系数的测定

渗透系数的测定方法参考中华人民共和国城乡建设部发布的《透水水泥混凝土路面技术规程》 CJJ/T 135-2009进行。其中透水系数计算公式如下[1]：

kT=

(1)

式中：kT水温T℃时试样的渗透系数，mm/s；Q为时间t秒内的渗透水量，L为试样的厚度，mm； A为试样的上表面积，H为水位差，mm；t为时间，s。

3.2 有效孔隙率的测定

由于透水性混凝土中的孔隙有三种，即：封闭的孔隙、开口但是不连续的孔隙(“布袋型”孔隙)、贯穿混凝土且连续的有效孔隙。其中第三种贯穿型的孔隙为混凝土透水的最主要原因。

对透水有效的有效孔隙(贯穿孔隙及与之相连的布袋型孔隙)是实际功能孔隙，因此需要对有效孔隙率进行的测量可以有效的判断出实际透水性能的优劣，相关测量方法如下：

(1)直接将吸水饱和的透水混凝土试块放入盛满水的水槽中，用量筒接取从溢水口溢出的水，读取量筒内读数即为试块材料体积及其中的封闭型孔隙体积之和，记为v1；

(2)用加热融化后的石蜡密封裹吸水饱和的透水混凝土试样四周，并将试件表面找平后，将试件放置于盛满水的水槽中，用量筒接取从溢水口溢出的水，读取量筒内读数即为透水混凝土试样的体积，记为v0；

(3)按下式计算试件的有效孔隙率P(精确到0.1%)：

P=()×100%

(2)

3.3 饱和含水率的测定

本研究中含水率的测定方法如下：

(1)将已经养护完全的透水混凝土试块完全浸泡在水中24 h，使其吸水饱和后，测量其质量，记为m1。

(2)将吸水饱和后的透水混凝土试件放在高温烘箱中烘烤24 h，使其达到面干状态，烘烤温度65 ℃。完成后测量其质量，记为m2。

(3)按下式计算饱和透水混凝图的含水率W(精确到0.1%)；

W=()×100%

(3)

4 实验结果与分析

根据以上的方法测定试块的渗透系数、孔隙率、含水率，将试验所得数据进行处理得到数据表以及骨料粒径、成型工艺与渗透系数，有效孔隙率和饱和含水量见表2。

4.1 试件渗透系数变化及其规律

由于透水混凝土是一种断级配混凝土材料，其中粗骨料是构成透水混凝土骨架的主要组成材料，骨料的粒径大小对透水混凝土的透水性能有着非常重要的影响。通过前人的研究发现，不同的成型方式对透水混凝土同样有着重要的影响。本次实验中测得的渗透系数见表2，通过比较表格2中渗透系数的数据可以绘制出图2。由图2可知：

从图2-A中可以明显看出，在相同骨料粒径、配合比的情况下，随着振动时间的增长，透水混凝土的渗透系数减小，渗透性能降低。

注：图2B、C中1、2、3分别代表未静压构件、静压10 s构件和静压20 s构件。

由图2-B、2-C可知，在骨料粒径、配合比及成型压力相同的情况下，随着静压时间的增长，透水混凝土的渗透系数减小，渗透性能降低。对比500N和1000N压力成型试件发现静压力也会影响渗透性能，但其影响程度小于静压时间的影响。

对比图2-A、2-B、2-C可知，在配合比及成型工艺相同的情况下，大粒径骨料制备的透水混凝土试件，其渗透系数大于小粒径骨料制备的透水混凝土试件。这是因为大粒径骨料之间的间隙大于小粒径骨料。从透水性能角度来看，大粒径骨料是制备高透水性混凝土的第一选择。

通过表2中渗透系数的数据结合图2的变化规律可以发现，在比对成型工艺的和渗透系数的关系下，静压成型比振动成型对渗透系数的影响程度更大，在10 s的成型时间下，1 000 N的静压力作用的试件渗透性能最小，而此时振动成型构件的渗透系数接近静压构件的2.5倍。

4.2 构件有效孔隙率变化及其原因

孔隙是透水混凝土透水的直接原因，由于成型技术的不同，产生的连通型的有效孔隙的程度也不一样。通过比较表2中有效孔隙率的数据可以绘制出图3。有图可知：

由图3-A可以看出，在相同的骨料粒径级配下的情况下，伴随振动试件的增加，透水混凝土试件的内部连通的有效孔隙率减小。

由图3-B、3-C可以看出，相同的骨料级配的试件，在静压力成型的条件下，伴随着静压力的提高和静压时间的增长，透水混凝土的有效孔隙率降低。

对比图3-A、3-B、3-C可知，在配合比及成型工艺相同的情况下，大粒径骨料所制成的透水混凝土的有效孔隙率明显大于小粒径骨料所制成的透水混凝土。

注：图B、C中1、2、3分别代表未静压构件、静压10 s构件和静压20 s构件。

结合表2中关于有效孔隙率的数据和土3中变化规律也可以发现在级配不变的情况下，成型工艺的不同对有效孔隙率的影响也是存在的。静压成型条件下的孔隙率明显小于振动条件的试件。取10 s情况下的数据发现振动成型试件的有效孔隙率不超过静压成型构件的1.5倍。

4.3 骨料粒径以及成型工艺对饱和含水率的影响

由图4可以看出，不管是成型工艺的改变还是粒径的改变，在选材批次相同的情况下透水混凝土试件的饱和含水率维持在6.2%以内，成型工艺以及骨料粒径的不同对其饱和含水率的影响不超过0.9%。在材料确定的情况下，混凝土自身的密实程度会对材料的吸水性能有影响，但相对于整体的含水率而言影响程度不大。

4.4 变化原因分析

图2-A、图3-A都显示在振动条件下伴随成型试件的增加，渗透系数和有效孔隙率呈降低趋势，考虑其原因是在振动成型过程中，呈半流动状态的水泥浆因为振动的作用，顺着粗骨料孔隙流到试块下部并填充下部孔隙。这个填充过程伴随着振动成型的全过程，成型时间越长，试块下部的填充程度越大。对渗透系数的性能影响也越大。

图2-B、2-C、3-B、3-C是静压成型试件的渗透系数和有效孔隙率变化情况图。由于在静压力作用下，骨料之间发生相对错动，使骨料与骨料之间的结合越紧密，透水混凝土试件越密实，其内孔隙越少，渗透系数和有效孔隙率降低；并且在相同骨料粒径、配合比以及静压时间的情况下，随着静压力的增大，透水混凝土的孔隙率减小。

比较渗透系数和有效孔隙率的变化规律不难发现在确定骨料级配的情况下，有效孔隙率和渗透系数伴随着成型条件的改变规律大致是相同的，但是从细节上来看有效孔隙率的变化程度缓于渗透系数的变化，但是由于试件数量和实验条件的限制此次未能对两者之间的关系进行深入研究。

5 结 论

透水性混凝土是顺应国家节能减排号召情况下的一种新型的建筑材料，本文对两种粒径级配的构件在不同成型条件下透水性能进行了研究，通过研究可以得出如下结论：

(1)试件的渗透系数、有效孔隙率和饱和含水量都伴随成型时间的增加降低。在同等时间条件下静压成型试件的相关参数要小于振动成型试件；

(2)同等成型条件下骨料粒径为10～20 mm试件的透水性能要优于5～10 mm粒径的试件；

(3)级配和成型工艺相同的情况下，渗透系数、有效孔隙率和饱和含水量变化趋势相同，但有效孔隙率的变化明显缓于渗透系数的变化。

参考文献：

[1] 透水水泥混凝土路面技术规程CJJ/T[S].中华人民共和国城乡建设部，2009-135.

[2] 宋中南、石云兴.透水混凝土及其应用技术[M].中国建筑工业出版社，2011.

[3] 张朝辉,王沁芳,杨娟.透水混凝土强度和透水性能影响因素研究[J].混凝土,2008,3.

[4] 程娟、杨杨、陈卫忠.透水混凝土配合比设计的研究[J].混凝土,2006,10.

[5] 张朝辉,王沁芳,杨江金,等.透水混凝土的配合比设计与研究[J].混凝土,2008,6.

[6] 杨杨,程娟,郭向阳.关于透水混凝土的孔隙率与透水系数的探讨[J].混凝土与水泥制品,2007(8).

[7] 张朝辉,杨江金,王沁芳,等.透水混凝土制备工艺研究[J].新型建筑材料.

[8] 徐仁崇,桂苗苗,刘秀君,等.透水混凝土配合比参数选择及设计方法研究[J].混凝土,2011,8.

[9] 江信登.透水混凝土的应用与发展[J].福建建筑.2009,12.

[10] 薛丽皎,陈丽红,林友军.骨料对透水混凝土性能的影响[J].陕西理工学院学报,2010,26(1).

[11] 程娟.透水混凝土配合比设计及其性能的实验研究[D].浙江工业大学.

[12] 吉高峰，曹先胜，李峰.热源温度对导热系数测量的影响[J].大学物理实验，2016(6)：23-25.