透水混凝土曲線擬合影響因素分析

由于其較高的孔孔隙率，透水混凝土具有排水、水處理、吸聲降噪等性能，促進地表徑流量和地下水的循環，在一定程度上緩解淡水污染和自我凈化的壓力。而孔隙率是影響透水混凝土強度的主要因素,工程應用中要求混凝土在保證一定透水能力的同時也要具有足夠的強度。有效孔隙率一般控制在15%-25%,就能夠滿足其滲透性能的要求。國內外對于透水混凝土的強度和透水性能進行了大量的研究,并取得了一定的成果。中南大學的張賢超等人對透水混凝土的性能以及國內外研究現狀進行了詳細的總結。P.Chindaprasirt等研究了透水混凝土強度和孔隙率的影響因素,提出影響透水混凝土的最重要因素為孔隙率,而影響強度和孔隙率的因素為粘結劑強度和骨料粒徑,具有足夠的強度,必須要有合適的孔隙率。C.Lian、楊楊、鄭木蓮等分別對透水混凝土的孔隙率與透水系數進行了試驗研究,列舉了孔隙率和透水系數的測定方法,并提出透水混凝土孔隙率和透水系數成線性關系。本文通過試驗研究透水混凝土孔隙率的影響因素以及透水混凝土孔隙率和滲透系數的關系。1滲透系數測定試驗選擇粒徑分別為2.5—5mm、5—10mm、10—15mm的瓜米石配制透水混凝土進行研究,骨灰比為3.5,水灰比為0.3,配合比如表1所示,體積法測得其孔隙率和降水頭法測得其滲透系數如圖1、圖2所示。三種粒徑透水混凝土的孔隙率均在16.5%—19.8%之間,相差不大,而滲透系數的差別卻很明顯,大粒徑透水混凝土的滲透系數大約為小粒徑透水混凝土的6倍,究其原因,小粒徑透水混凝土內部孔隙很多,但是連通孔隙的比率很小,水不能從中直接流出并且帶有粘土顆粒的水很容易造成內部孔隙的堵塞,相反,大粒徑透水混凝土內部孔隙尺寸較大,滲透性能較好。2透水混凝土的石灰比透水混凝土的強度主要依賴于骨料之間的粘結程度,即粘結劑的強度和用量,一般透水混凝土應使用42.5級普通硅酸鹽水泥。筆者通過試驗得出,透水混凝土的骨灰比應該在3.3—3.8之間,水泥用量過多,會使骨料之間孔隙變小甚至堵塞,降低了滲透性能,而且容易造成水泥凝固體積分布不均勻,達不到其預期的整體強度。粘結劑用量對透水混凝土孔隙的影響如圖3、圖4所示。3粉煤灰的孔隙率及滲透系數為增加透水混凝土的強度,為改善透水混凝土的性能及降低成本,添加粉煤灰等量取代水泥,分別以0%、16%、18%、20%、22%、24%的摻量經過成型、標準養護之后進行強度和滲透試驗。其孔隙率和滲透系數如圖5、圖6所示。粉煤灰水化較水泥水化緩慢,并且粉煤灰與水泥中的堿性成分發生化學反應,減小了內部孔隙尺寸,改變了孔隙分布,養護60天的強度較未加粉煤灰的透水混凝土強度雖有所提高,但是孔隙率和滲透系數也有相應的減少。骨料粒徑為5—10mm的透水混凝土在粉煤灰摻量為18%時強度最大為23.89MPa,但是其滲透系數較未摻加粉煤灰的透水混凝土相比降低了26.5%。骨料粒徑為10—15mm的透水混凝土在粉煤灰摻量為22%時強度最大為23.78MPa,其滲透系數較未摻加粉煤灰的透水混凝土相比降低了17.2%。4攪拌和振搗方式的影響透水混凝土的成型方式不同于普通混凝土,由于其單一粒徑的骨料,較低的水灰比,攪拌方式和成型工藝對于其強度和孔隙率至關重要。吳冬、張朝輝等分別研究了攪拌工藝和成型方式對透水混凝土性能的影響。不同于普通混凝土,透水混凝土常用的攪拌方式為水泥裹骨料表面法,先加部分水和水泥,使水泥粘結漿均勻裹在骨料表面,增加骨料之間的粘結點和粘結面。對于透水混凝土的成型,振搗方式有機械振搗和人工振搗,人工振搗試塊均勻性較好,但密實度較差;機械振搗試塊密實度好,但是隨著振搗時間增長,水泥漿會流動到試塊下部。本文通過試驗研究建議采用機械振搗10s并人工插搗10s,強度較單一的人工插搗和機械振搗提高16%—23%,滲透系數較機械振搗20s增長15%—20%。5孔隙率及滲透系數試驗中將以上因素整合,研究對透水混凝土孔隙率和滲透系數的關系的影響,得出不同骨料粒徑不同粉煤灰摻量12組透水混凝土試塊的平均孔隙率和滲透系數進行曲線擬合,如圖7所示。透水混凝土孔隙率和滲透系數成二階多項式分布。隨著透水混凝土內部孔隙率增大,連通孔隙增多,水流的實際過水斷面面積增大,水流受到的阻力減小,從而滲透系數增大。其有效孔隙率和滲透系數之間的關系可以表示為如公式(1)所示。式中:K為滲透系數;e為孔隙比;R為相關系數。6透水混凝土基本特征(1)影響透水混凝土強度的最重要因素為孔隙率,影響孔隙率和滲透系數的因素為骨料粒徑、成型工藝、粘結劑量和外加劑含量。(2)透水混凝土孔隙率和滲透系數呈冪函數形式,隨著有效孔隙率的增長