透水性混凝土的主要性能及其影响因素综述

透水性混凝土的主要性能及其影响因素综述

1透水性混凝土力学性能及其影响因素

由于混凝土主要承受压荷载，故在研究透水性混凝土的强度时，应主要考虑透水性混凝土的抗压强度和抗折强度。一般来说，透水性混凝土的抗压强度大于透水砖，但小于普通混凝土，一般为20～30MPa，而影响透水性混凝土力学性能的因素较为复杂。

1.1骨料

骨料是透水性混凝土的主要组成材料，骨料的各种性质对透水性混凝土的强度影响很大。

多孔混凝土属于骨架空隙结构，这种结构的混合料采用开级配，粗集料较多，混凝土的强度来自于彼此之间较大的内摩阻力和水泥胶浆的粘结力。透水性混凝土是典型的多孔混凝土，其内部结构的粘聚力较小，因而强度主要依靠内摩擦角[1]。而骨料的形状对透水性混凝土的内摩擦角的影响较大，具体来说，卵石的内摩擦角小于人工破碎的碎石，故以棱角较多的碎石作为骨料的透水性混凝土的强度高于以卵石作为骨料的透水性混凝土。

骨料的粒径大小也会影响透水性混凝土的强度。骨料的粒径越小，堆积密度越大，颗粒间的接触点越多，配制而成的透水性混凝土的抗压强度就越高；反之，骨料的粒径越大，比表面积越小，所形成的结构中单位体积内骨料颗粒之间的接触点数量越少，胶结面积越小，抗压强度就越低。根据Griffith的微裂纹理论[1]，将骨料的界面视为混凝土内部的裂纹，也可以得到相同的结论。

王瑞燕[2]等人指出，根据透水性混凝土的抗折破坏断面，当水泥石强度较高且与集料界面黏结良好时，透水性混凝土抗折破坏主要表现为集料破坏，而集料级配对抗折强度的影响程度并不大。路面用透水性混凝土以抗折强度为设计目标，采用单粒径集料，可以同时保证混凝土的力学性能和透水性能。

砂率同样会影响透水性混凝土的强度，且砂率与强度之间的关系是非线性的，付培江[3]指出，透水性混凝土的Z佳砂率在12%左右，即当砂率为12%时，透水性混凝土的强度达到Z大值。当砂率较小时，胶结材的用量相对较多，此时增加砂的用量，骨料表面仍能被充分包裹，颗粒之间仍能形成较强的胶结层，同时，砂用量的增加也提高了混凝土整体的刚度，因此，混凝土的强度得到提高。而当砂率大于Z佳砂率时，粗、细骨料颗粒的总表面积较大，胶结材的用量相对较少，不足以在粗细骨料颗粒之间形成足够厚的胶结层，导致混凝土的强度下降。

对于透水性混凝土而言，集料的强度也是影响其性能的重要因素之一。张朝辉[4]分别用不同强度的集料制备透水性混凝土，并测试其抗压强度，结果表明，在配合比及集料粒径不变的条件下，集料的强度越高，透水性混凝土的强度就越高。这是因为，集料的强度越高，试件在受压时，集料所起的骨架作用越明显；若集料的强度较低，即使胶结材料的强度很高，透水性混凝土的强度也不会显著增加。这一结论与孙家瑛[5]的试验结果相吻合。

1.2水灰比与骨灰比

水灰比与骨灰比是对混凝土进行配合比设计时的两个重要参数，二者决定了透水性混凝土各组成材料间的比例关系。孟宏睿[6]分别采用0.30、0.33、0.35的水灰比制备透水性混凝土，并测定其抗压强度，结果表明，当骨料的粒径相同时，随着水灰比的降低，用卵石制备的透水性混凝土的抗压强度略有提高，用碎石制备的透水性混凝土的抗压强度先升高后降低，总体来说，在0.3～0.35范围内，水灰比对透水性混凝土的抗压强度影响不大。蒋正武[7]的研究结果显示，当水灰比不变，骨灰比分别为64:3、60:3、56:3时，随着骨灰比的减小，由于骨料周围的水泥浆膜层的稠度和厚度逐渐增大，透水性混凝土的抗压强度明显提高。

王培新[8]的研究结果显示，当水胶比在0.3左右，且骨料的用量为1550kg时，随着水泥用量的增加，透水性混凝土的抗压强度与抗折强度均升高，但当水泥用量超过400kg/m3后，透水性混凝土的抗压强度和抗折强度的增长率开始下降。此外，水灰比与骨灰比对透水性混凝土的孔隙率有很大影响，进而影响透水性混凝土的强度。付利彬[9]指出，随着透水性混凝土孔隙率的增大，透水性混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂强度都逐渐降低，而透水性混凝土的抗折强度和劈裂强度随着抗压强度的增大而升高，其抗压强度与抗折强度、劈裂强度的比值关系也随着孔隙率的变化而变化。

1.3硅灰、粉煤灰、矿渣、钢渣等掺合料

硅灰、粉煤灰、矿渣等矿物掺合料能够降低混凝土早期的水泥水化放热，同时，还可以通过火山灰反应，消耗混凝土中对强度不利的Ca(OH)2，产生二次C-S-H，而钢渣也可以通过自身胶凝性，产生细小的水化产物，填充水泥浆体的孔隙和混凝土的界面过渡区。在混凝土中加入硅灰、粉煤灰、钢渣等掺合料，不仅可以提高混凝土的后期性能，还能够消耗工业固废，节约水泥，具有经济和环境双重效益。

李子成[10]的研究结果显示，当粉煤灰的掺量为0%～30%时，随着粉煤灰的掺量的增加，透水性混凝土7d龄期的抗压强度逐渐降低，28d龄期的抗压强度逐渐升高；当钢渣的掺量为0%～25%时，随着钢渣掺量的增加，透水性混凝土7d龄期的抗压强度逐渐降低，28d龄期的抗压强度先升高后降低，Z佳掺量在10%～15%；当粉煤灰与钢渣复掺，粉煤灰的掺量为15%～20%、钢渣的掺量为10%～15%时，透水性混凝土28d龄期的抗压强度较高。孟刚[11]的研究结果显示，当粉煤灰的掺量为0%～50%时，随着粉煤灰掺量的增加，透水性混凝土7d龄期的抗压强度先升高后降低，在掺量为30%时取得Z大值，而28d龄期的抗压强度逐渐降低。

蒋正武[7]的研究结果显示，当硅灰的掺量为0%～10%时，随着硅灰掺量的增加，不加减水剂的透水性混凝土的抗压强度逐渐下降，掺加减水剂的透水性混凝土的抗压强度逐渐升高。这主要是由于，硅灰的颗粒尺寸较小，比表面积较大，在没有减水剂的情况下，浆体不足以将骨料完全包裹，导致混凝土强度降低；掺加减水剂后，混凝土的和易性提高，浆体与骨料的联结更紧密，进而混凝土各龄期的抗压强度升高。黄杨程[12]的研究结果显示，当硅灰的掺量为6%时，透水性混凝土的抗压强度较高，同时能维持较高的孔隙率，使混凝土具有良好的透水性。

王培新[8]的研究结果显示，与掺等量的粉煤灰的混凝土相比，掺矿渣的透水性混凝土早期的抗压强度发展较快，且28d龄期的抗压强度较高，这主要是由于矿渣的粒径比粉煤灰小，早期活性比粉煤灰大，导致掺矿渣的透水性混凝土的早期强度比掺粉煤灰的透水性混凝土高。

1.4聚合物

在混凝土中加入聚合物乳液，能够改善混凝土的和易性，从而提高混凝土的强度。吴红斌[13]在不同水灰比的透水性混凝土中掺加了5%、10%的羧基丁苯乳液（SD622S），试验结果显示，当SD622S乳液的掺量为5%时，透水性混凝土的抗压强度Z大。蒋正武[7]在透水性混凝土中掺加了2%、4%的聚合物乳液，试验结果显示，透水性混凝土的抗压强度在聚合物乳液掺量为2%时Z高，而当聚合物乳液掺量达到4%时，透水性混凝土的抗压强度略有下降。由此可见，聚合物乳液的掺量存在Z佳值。当掺量小于Z佳值时，随着聚合物乳液的掺量的增加，混凝土的和易性增加，从而浆体与骨料间的粘结更加紧密，抗压强度升高。当掺量超过Z佳值后，聚合物乳液将包裹水泥颗粒，阻碍其完全水化，此外，掺加乳液的同时会引入量的气体，导致混凝土的Z终强度降低。陈瑜[14]指出，在相同的掺量下，掺加聚合物得到的透水性混凝土的抗折强度明显大于掺加粉煤灰和矿渣的透水性混凝土。

除了加入聚合物乳液能够提高透水性混凝土抗压、抗弯折性能外，加入聚合物纤维，使混凝土的颗粒间的黏结更紧密，同时聚合物纤维也可以承受部分拉应力，从而提高混凝土的抗折强度。满都拉[15]将粗骨料中30%换成了再生集料，并分别向其中添加0.5%、1.0%、1.5%的聚丙烯纤维，试验结果表明，随着聚丙烯纤维掺量的增加，混凝土的抗弯折强度提高。王永海[16]向混凝土中按体积比例掺入0.1%的聚丙烯纤维，发现虽然聚丙烯纤维对水泥浆体裂缝的发展有的束缚限制作用，但掺量过少时对透水性混凝土的抗弯拉强度影响不大。

1.5搅拌、成型工艺及养护条件

成型工艺对透水性混凝土的各项指标均有显著影响。目前国内透水性混凝土路面的成型工艺主要包括摊平后用轻型碾压机压实和摊铺刮平后振动辊压整平这两种方法。

蒋正武[6]分别采用加料法、水泥裹石法对混凝土进行搅拌，结果表明，采用水泥裹石法搅拌的透水性混凝土的孔隙率较小，但是抗压强度大幅提高。邢晓明[17]指出，振动成型工艺的要点在于控制好振动的时间，若振动时间过短，混凝土的内部不紧密，导致混凝土的强度较低；若振动时间过长，会产生沉浆现象，影响透水性混凝土的透水系数；此外，由于透水性混凝土的孔隙率较大，可能导致水分蒸发过多，引起混凝土产生较大的收缩，所以在混凝土养护的过程中，要保持良好的环境湿度。

吴冬[18]等人分别用手工插捣和机械振捣的方法制备了透水性混凝土，从外观上看，手工插捣制作的试块的均匀性较好，但密实度差；机械振捣的试块的密实度好，但下部的浆体比上部多，且振捣时间越长，下部浆体越多；通过对比试验发现，采用手工插捣10次、机械振捣10s的成型方法，可以使混凝土的强度与孔隙率达到一个比较好的结合点。

徐崇仁[19]等人分别采用插捣成型法、振动成型法、压力成型法、振压成型法这四种方法来制备混凝土，当采用振动成型方法时，随着振动时间的增加，透水性混凝土的抗压强度先增大后减小；当采用压力成型方法时，随着成型压力的增加，透水性混凝土的抗压强度先增大后减小；总的来说，插捣成型法得到的混凝土的抗压强度较低，而振动成型法和压力成型法的效果相当，振压成型法得到的透水性混凝土的抗压强度较大，这与张朝辉[20]的试验结果类似。