骨料粒径及水灰比对透水混凝土力学特性及透水性影响分析.docx

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1、骨料粒径及水灰比对透水混凝土力学特性及透水性影响分析摘要：为了研究骨料粒径及水灰比对透水混凝土力学特性及透水性影响，分别选取了骨料粒径2.56mm610mm、1016mm以及1620mm四种范围单一级配碎石，制作了水灰比在0.250.34范围内的透水混凝土试样。通过单轴压缩试验及透水系数测试试验，得到了不同水灰比及不同粒径范围的透水混凝土试样应力变化、抗压强度、峰值应变、吸收功及透水系数等力学及物理性能，分析了骨料粒径、水灰比对材料抗压强度、吸收功及透水系数等影响，并在试验结果基础上，建立了材料抗压强度同透水系数之间关系。关键词：透水混凝土;骨料粒径；水灰比；抗压强度；透水系数0引言透水混凝土

2、作为一种环境友好型混凝土，可有效对城市水资源实现自然渗透，与城市环境具有较好的兼容性。由于其良好的透水透气性、吸声性等特点而被广泛用于海绵城市透水铺装工程。文章分析骨料粒径及水灰比，对透水混凝土力学特性及透水性的影响，对于透水混凝土在“海绵城市”透水铺装工程中的推广及应用具有一定的理论借鉴意义。1试验材料及方法1.1试验材料水泥选用安徽海螺有限公司生产的海螺牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，骨料采用破碎性石灰岩。本次试验选用四种粒径范围的骨料，分别为2.56mm、610mm、1016mm、1620mm;各组份其表观密度及堆积密度如表1所列。表1各组分表观密度及堆积密度序号骨料粒径_(mm)粗骨:

3、表观密度科(kgm1)堆积密度_P.042.5水泥表观密度(kgm)增强剂表观密度(kgm)O12.506.02682.01588.0026.0-10.02642.01600.03100.01600.00310.0-16.02745.01505.00416.020.02583.01463.01.2配合比为使试样具有较好的透水性能，将透水混凝土试样设计孔隙率设定为18%,选用单一级配粗骨料,并用体积法计算确定透水混凝土试样中骨料、水泥、水、增强剂质量，具体配合比如表2所列。表2：透水混凝土配合比序号编号水灰比骨料粒径(mm)-各组分用量(kg)骨料水泥水增强剂W25-(A)2.506.01588

4、.0401.190100.29016.04001W25-(B)0.2506.0-10.01600.0379.04094.75015.150W25-(C)10.0-16.01505.0473.690118.26018.910W25-(D)16.020.01463.0443.330110.82017.720W28-(A)2.506.01588.0382.190106.95015.27002W28-(B)0.2806.0-10.01600.0360.920101.05014.430W28-(C)10.0-16.01505.0450.440126.12018.010W28-(D)16.0-20.014

5、63.0422.140118.19016.880W31-(A)2.506.01588.0364.580113.19014.57003W31-(B)0.3106.0-10.01600.0344.490106.77013.760W31-(C)10.0-16.01505.0429.890133.26017.190W31-(D)16.0201463.0402.880124.89016.1004W34-(A)0.3402.506.01588.0348.670118.54013.940W34-(B)6.0-10.01600.0329.420112.01013.170W34-(C)10.0-16.01505

6、.0411.140139.78016.440W34-(D)16.020.0063.0385.30130.99015.40透水混凝土试样规格为15OmmXI50mmX150mm的立方块，试验共设计四种水灰比，四种单一级配粗骨料，每个配比制作三个试样，共计48块立方块试样。按表2配比，试样成型后，静置24h后脱模，并放入养护室，养护室设置养护温度为202C,相对湿度为95%,养护28d。1.3试验方法1.3.1 透水混凝土单轴压缩试验单轴压缩试验采用YJ-PY-SOOO型短柱压试验装置，位移通过位移计测量。同一配比取同组3个试样进行测试,试验中若三条应力变化曲线中应力峰值中的最大值或最小值不超过中

7、间值的15%,则应力变化取同组三块试样全曲线平均值；1.3.2 透水混凝土透水系数的测试透水系数试验采用自制透水系数试验测试装置，装置示意图如图1所示。试验时向透水套筒中注水，待液面超过一号光电门的高度时停止向套筒内注水，当黑色遮光片降落到一号光电门的位置时点击开始计时，待液面降落至二号光电门位置时停止计时，记为时间t。本次试验每个试样测量三次，取其平均值。透水混凝土的渗透系数计算公式如下：K=At(I)式中，K为混凝土透水系数；V为相应时间内渗出水量；A为截面面积。2试验结果及分析2.1 骨料级配及水灰比透水混凝土应力变化不同水灰比及骨料粒径各试样应力变化试验结果：(I)各透水混凝土应力变化

8、曲线，具有一定的离散性；(2)通过对应力变化试验结果分析，骨料粒径为2.56mr610mm、1016mm的透水试样可发现：在水灰比0.250.31范围内其应力峰值及应变峰值随着水灰比增加而增加，但弹性模量随水灰比变化较小，当水灰比为0.34时，其应力峰值有部分减小；2.2 骨料级配及水灰比对抗压强度的影响通过不同粒径及水灰比情况下透水混凝土试样抗压强度试验,分析骨料级配及水灰比对抗压强度的影响如下：(1)影响透水混凝土其抗压强度的因素主要包括骨料之间的机械咬合力、胶凝材料的特性及骨料与水泥石过渡区结构特性；(2)随着水灰比的增大，一方面水泥凝胶材料水化反应能够得到较好的保证。另一方面，随着水灰

9、比的增加，起黏结作用的凝胶材料可均匀包裹骨料，因而水灰比在0.250.31范围内，其抗压强度随着水灰比的增加而增加；(3)水灰比为0.34的透水混凝土试样，由于随着水泥凝胶材料其流动性增加，产生离析现象，在试样成型过程中发生水泥凝胶从骨料中流淌下来，使骨料颗粒包浆层厚度变薄，在宏观力学表现出其抗压强度较低。粒径范围为1620mm的透水试样，其强度随着水灰比的增加而减小，主要由于骨料粒径较大，骨料黏结点较少，骨料之间的机械咬合力较低；(4)随着水灰比的增加凝胶材料流动性增加，较大的孔隙结构使得骨料包浆层厚度随着水灰比的增加而变薄，从而使得1620mm的透水试样相对粒径较小的透水混凝土试样其抗压强

10、度较低，因而对于透水混凝土而言，骨料粒径不宜过大。2.3 骨料级配及水灰比对透水系数的影响各配比透水混凝土试样透水系数试验数据处理与压缩试验相同，试验结果显示材料的水灰比，对透水混凝土透水系数有重要影响。(1)水灰比过大，水泥凝胶材料流动性加大，有可能将部分孔隙堵塞，形成致密的胶结层，一方面将会影响材料的透水性能，另一方面将影响透水材料的强度；(2)水灰比过小，透水混凝土因水泥浆体流动性较差，因而产生干拌而使搅拌不均匀，骨料表面包裹不充分，孔隙填充不充分且骨料之间胶结能力减弱，造成材料孔隙率增加，透水系数也增大，而另一方面材料强度较弱；(3)材料粒径在2.56mm、610mm试样，其透水系数随

11、着水灰比的增加而减小，粒径在1016mm、1620mm两组混凝土试样其总体随着水灰比的增加而减小，当水灰比大于0.31时，透水系数随水灰比增大而增加，其主要由于对于大粒径透水混凝土试样而言，骨料粒径越大，材料比表面越小，骨料之间相互咬合较少，当水灰比较大时，水泥凝胶材料流动性加大，使骨料包浆层厚度变薄，从而使其透水系数增加。2.4 透水混凝土抗压强度与透水系数关系材料的抗压强度与透水混凝土内部孔隙结构体系密切相关，而其透水性能一定程度上反映出透水混凝土内部孔隙结构。透水系数随着抗压强度的增加而减小，因而，假定材料的抗压强度与透水系数之间服从线性关系，即式中，。：为峰值应力；。为参考应力，取为I

12、MPa；a、B为待定参数。通过以上公式对透水系数及抗压强度试验数据点进行拟合，可得到待定参数a=-2.668mms1,=35.08mms1,其中R2=0.72,具体拟合结果如图2所示。25图2：抗压强度与透水系数的关系模型计算结果与试验结果相关性一般，主要缘于试验数据样本为不同骨料粒径的透水混凝土，骨料粒径的不同使透水混凝土微观孔隙尺度结构更为复杂，加剧了透水混凝土内部应力的非均匀程度，使其宏观上的力学性能表现出一定的离散性，但在透水系数试验结果范围内，仍然可透过拟合方程反映出材料的透水系数随着抗压强度的提高呈近似线性下降规律。在工程设计中，应有效平衡材料透水性与力学性能，根据工程实际要求，确

13、定最优化透水性能与力学性能，合理选择骨料级配及材料配合比。结论综上，骨料粒径对透水混凝土材料的力学特性有重要影响。随着骨料粒径的增大，单轴压缩应力变化离散程度增加。骨料粒径为1620mm相较于其他三种粒径的透水混凝土试样其抗压强度较小，选用大粒径骨料制作透水混凝土时，从强度角度考虑，不宜选用单一级配，需掺入一定比例小粒径骨料改善透水混凝土孔隙结构。(1)骨料粒径在2.56mm、6IOmm、1016mm的透水混凝土材料的抗压强度、峰值应变在水灰比0.250.31范围内随着水灰比的增大而增大，当水灰比大于0.31时，其力学性能开始下降。各粒径透水混凝土的透水系数则随着水灰比的增大而减小。(2)透水

14、混凝土孔隙结构体系影响着材料强度及透水性能，抗压强度与透水混凝土透水系数近似服从线性关系。参考文献1周家慧,杨建永,李钧.不同因素对透水混凝土性能的影响J/01.混凝土与水泥制品：172023-03-07；陈守开，李炳林，蒋海峰，何启东，郭磊，杨晴.水胶比对再生骨料透水混凝土性能的影响分析1J.水力发电,2019,45(10):122-128；3王婕，杨建永，张裕显，刘建，娄建新，李俊.骨料级配和粉煤灰掺量对透水混凝土性能的影响J.混凝土与水泥制品，2023(02):1377；4凌天清,陈巧巧，秦新，张君.透水混凝土路面配合比设计及其性能影响因素研究J.重庆交通大学学报(自然科学版)，2019,38(03):38-43+59；5陈守开,卢鹏,李炳林,汪伦焰,郭磊,张俊峰.不同纤维对再生骨料透水混凝土性能的影响与评价J.应用基础与工程科学学报,2023,30(01)；6郭磊,刘思源,陈守开,汪伦焰,薛志龙.纤维改性再生骨料透水混凝土力学性能透水性和耐磨性研究J.农业工程学报,2019,35(02):153-160；7朱金春,杨鼎宜,张晓欢,史振宇,张佩玲,朱广军,仇圣彪,刘大庆.再生透水混凝土中再生骨料掺量问题的研究J.混凝土与水泥制品,2014(10)8冯嘉健,李古,朱江,梁嗣楠,王丽珠,麦哲,方浩圳,邱镜宇.基于膜厚度理论的透水混凝土性能试验研究C/.