透水混凝土物理力学性能试验研究
透水混凝土施工工艺及性能研究
透水混凝土施工工艺及性能研究透水混凝土是一种具有良好透水性能的建筑材料，其在城市建设和环保领域有着广泛的应用。
在市政道路、广场、停车场等场所的铺设，可以有效减少雨水径流对城市排水系统的负荷，提高城市的雨水资源利用率，减少城市雨水污染。
透水混凝土还可以提供更好的车辆驾驶和行人行走的舒适性，改善城市的生态环境。
对透水混凝土施工工艺及性能的研究具有重要意义。
一、透水混凝土的工艺特点透水混凝土是在普通混凝土中添加特殊粒子或混凝土外加剂的基础上研制而成的。
与普通混凝土相比，透水混凝土具有较大的孔隙结构和较小的水泥浆粘结体积，从而形成了较大的孔隙率和较弱的内部结构，这是保证透水混凝土透水性能的重要因素。
在透水混凝土的施工工艺中，需要特别关注以下几个方面：1. 骨料选择：透水混凝土的骨料选择要求更为严格，一般选用粗骨料和细骨料的搭配，以确保混凝土的透水性能。
需要注意骨料表面的处理，以提高混凝土的粘结性能。
2. 水灰比控制：透水混凝土的水灰比通常要比普通混凝土低，这有助于减少水泥浆的胶凝体积，提高混凝土的孔隙率和渗水性能。
3. 外加剂应用：适量添加外加剂可以改良透水混凝土的工作性能和抗渗性能，提高混凝土的孔隙率和孔径分布，从而保证混凝土的透水性能。
4. 施工工艺：透水混凝土的施工与普通混凝土相比，需要更加注重施工工艺的控制，如搅拌时间、浇筑方式、养护条件等，以确保混凝土的透水性能。
二、透水混凝土的性能研究1. 透水性能：透水混凝土的透水性能是衡量其优劣的重要指标之一。
一般采用渗水率、渗水高度、渗水时间等指标进行评价。
通过比较不同配合比、骨料类型、外加剂掺量等因素对透水性能的影响，可以得出适宜的配合比和材料选择方案。
2. 抗压性能：透水混凝土在实际使用过程中需要承受车辆和行人的荷载，因此其抗压性能也是至关重要的。
通过试块抗压强度测试，可以评价透水混凝土的承载能力，为工程设计提供参考依据。
3. 耐久性能：透水混凝土在户外环境中长期使用，其耐久性能也是需要重点关注的。
再生骨料透水混凝土物理力学性能研究
再生骨料透水混凝土物理力学性能研究发布时间：2021-04-19T14:16:30.377Z 来源：《城镇建设》2021年第2期作者：周瑞[导读] 透水混凝土作为海绵城市的主要材料，在海绵城市中占的比重越来越大周瑞沈阳建筑大学材料科学与工程学院辽宁沈阳 110168 摘要：透水混凝土作为海绵城市的主要材料，在海绵城市中占的比重越来越大，再生骨料为一种工业废弃物，将其加入透水混凝土中，可以充分做到保护环境，变废为宝。
本试验选取不同的水灰比、硅灰掺量和再生骨料掺量进行正交试验。
通过极差分析，方差分析，比较28d抗压强度，透水系数，对其物理、力学性能进行分析。
研究发现：硅灰掺量对再生骨料透水混凝土7d和28d抗压强度影响显著，水灰比和再生骨料掺量次之。
透水系数中，硅灰掺量影响大于再生骨料掺量和水灰比。
关键词：再生骨料透水混凝土；透水系数；再生骨料掺量；抗压强度0 引言再生骨料透水混凝土是采用废弃混凝土代替天然骨料的一种具有生态功能的透水混凝土[1-3]。
再生骨料透水混凝土充分的利用了再生混凝土和透水混凝土的优点，既可以将废弃混凝土变废为宝，减少建筑垃圾造成的环境污染，又可以利用透水混凝土本身多孔的特性缓解城市道路积水问题。
本试验通过L9（34）正交试验，针对透水混凝土强度低的问题采用连续级配和预压成型的方式。
分析不同水灰比、硅灰掺量、再生骨料掺量对再生骨料透水混凝土的物理力学性能的影响，并发现其规律，为海绵城市建设提供有效的理论依据[4,5]。
1 试验原材料水泥：本试验选用河北冀东水泥厂的P·O 42.5级水泥粗骨料：本试验中优选质地坚硬、坚固性好、磨耗损失小的的碎石，其粒径分别采用4.75-9.75㎜、9.50-16.0㎜、16.0-19.0㎜三种级配粒径。
再生骨料：本试验的再生混凝土选取自拆除的废弃混凝土建筑，废弃混凝土经人工破碎、破碎机破碎、筛分分别获得粒径为4.75-9.75㎜、9.50-16.0㎜和16.0-19.0㎜的再生骨料。
透水混凝土性能试验方法研究
凝土 。对透水混凝土的工作性、强度 、孔 隙率、透水系数以及抗 冻性 的试验方法进行 了综述，指 出了 目前试验方法 中存在 的问题 ，并
对影响透水混凝土性能的一些因素进行 了探讨 。
关键词 ：透水混凝土；工作性；强度；孔隙率；透水系数；抗冻性
中图分类号 ：ＴＵ５２８．２；ＴＵ５０２
文献标识码 ：Ａ
ｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｏｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｒ ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅｍ ａｒｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｐｅｒｖｉｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉ【ｇｈ ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅ— ｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｒｇｅ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｍａｎｙ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｎｏ ｌｏｎｇｅｒ ｓｕｉｔ— ａｂ ｌｅ ｆｏｒ ｐｅｒｖｉｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｐｅｒｍ ｅａｂ ｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆｒｏｓｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｐｅｒｖｉｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ，ａｎｄ ｓｏｍｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐｅｒｖ ｉｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｅｒｅ ａ ｌＳＯ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
透水混凝土透水系数和强度的试验研究
关键词：透水；混凝土；强度：正交；回归：关系式：相关性
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聚合物透水水泥混凝土基本性能试验研究
聚合物透水水泥混凝土基本性能试验研究随着城市化进程的加快和城市建设规模的不断扩大，城市排水问题日益凸显。
传统的水泥混凝土路面存在着雨水无法迅速渗透的问题，导致了水滞留、积水、交通拥堵等一系列问题的产生。
因此，研究开发出能够透水的水泥混凝土已成为解决城市排水难题的重要途径。
本文通过对聚合物透水水泥混凝土的基本性能进行试验研究，探讨其在城市排水中的应用前景。
试验采用标准的混凝土试验方法，对聚合物透水水泥混凝土的抗压强度、抗折强度、渗透性能等进行了详细地测试和分析。
首先，在抗压强度方面，与传统的水泥混凝土相比，聚合物透水水泥混凝土的抗压强度略有降低。
但是，经过适当的优化设计和添加适量的聚合物材料，可以提高其抗压强度，同时保持一定的透水性能。
因此，在实际工程应用中，可以根据具体情况进行调整，以取得较好的工程效果。
其次，在抗折强度方面，聚合物透水水泥混凝土的抗折强度相对较低。
这是由于聚合物材料的添加会改变混凝土的骨料排列方式，导致混凝土的内部结构发生变化。
然而，通过优化配合比和添加适量的纤维增强材料，可以提高聚合物透水水泥混凝土的抗折强度，使其在实际使用中更加耐久和可靠。
最后，在渗透性能方面，聚合物透水水泥混凝土具有优异的渗透性能。
试验结果表明，聚合物透水水泥混凝土能够迅速将雨水渗透到地下，有效减少了道路积水和水滞留的问题。
这不仅可以改善城市的排水状况，还可以提高道路的使用安全性，减少交通事故的发生。
综上所述，聚合物透水水泥混凝土作为一种新型的道路材料，具有良好的透水性能，能够有效解决城市排水难题。
虽然在某些性能指标上存在一定的不足，但通过优化设计和添加适量的材料，可以提高其性能，使其更加适用于实际工程应用。
因此，聚合物透水水泥混凝土具有广阔的应用前景，值得进一步研究和推广。
再生骨料透水混凝土力学性能和耐久性研究
第50 卷第 3 期2023年3 月Vol.50，No.3Mar. 2023湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）再生骨料透水混凝土力学性能和耐久性研究张超1，2，任鹏鹏1，2，邓鹏1，诸子青1，高翔1，郭帅成1，2，3†（1.湖南大学土木工程学院，湖南长沙 410082；2.建筑安全与节能教育部重点实验室（湖南大学），湖南长沙，410082；3.绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室，湖南长沙410082）摘要：从优化水泥基体角度出发，搭配使用不同掺量的再生细骨料，旨在全面提升再生骨料透水混凝土力学性能、渗透性和耐久性. 首先，采用单纯形重心设计法对水泥（C）、粉煤灰（FA）和硅灰（SF）组成的三元胶凝体系进行优化设计，获得高性能水泥基体. 然后，分析了高性能水泥基体和再生骨料质量分数（0%、30%和50%）对透水混凝土力学性能和耐久性的影响.试验发现，使用高性能胶凝材料，可以显著提升再生骨料透水混凝土的抗压强度和冻融耐久性，且可满足渗透性要求. 当再生骨料质量分数为0%、30%和50%时，28 d抗压强度分别提升72.4%、100%和44.2%；50次冻融循环质量损失分别为1.5%、2.2%和2.5%. 此外，研究发现再生骨料透水混凝土的破坏模式与胶凝材料性能和再生骨料质量分数相关，可为再生骨料透水混凝土设计和应用提供参考.关键词：高性能透水混凝土；再生骨料；力学性能；耐久性；渗透性中图分类号：TU411 文献标志码：AStudy on Mechanical Properties and Durability Performance of PerviousConcrete Containing Recycled AggregateZHANG Chao1，2，REN Pengpeng1，2，DENG Peng1，ZHU Ziqing1，GAO Xiang1，GUO Shuaicheng1，2，3†（1.College of Civil Engineering， Hunan University， Changsha 410082， China；2.Key Laboratory of Building Safety and Energy Efficiency of Ministry of Education （Hunan University）， Changsha 410082， China；3.Key Laboratory for Green & Advanced Civil Engineering Materials and Application Technology of Hunan Province，Changsha 410082， China）Abstract：This study aims to comprehensively improve the mechanical properties， permeability and durability of the pervious concrete with recycled aggregate through optimization of cementitious matrix and adding recycled fine aggregate with different content. Firstly， the simplex-centroid design method was used to optimize the ternary cement‐ing system composed of cement （C）， fly ash （FA） and silica fume （SF）， and the high-performance cementitious ma‐trix is obtained. Then，the effects of high-performance cementitious matrix and recycled aggregate content （0%，∗收稿日期：2022-01-09基金项目：国家重点研发计划项目（2019YFC1904704），National Key Research and Development Program of China （2019YFC1904704）；湖南大学大学生创新训练（SIT）计划项目（S202110532097，S202110532307），Students Innovation Training （SIT） Program of Hunan University （S202110532097， S202110532307）作者简介：张超（1990—），男，河南新乡人，湖南大学教授，博士生导师† 通信联系人，E-mail：*************.cn文章编号：1674-2974（2023）03-0185-10DOI：10.16339/ki.hdxbzkb.2023042湖南大学学报（自然科学版）2023 年30% and 50%） on mechanical properties and durability of pervious concrete were analyzed. The experimental results show that the compressive strength and freeze-thaw durability of pervious concrete with recycled aggregate can be sig‐nificantly improved by using high-performance cementitious materials， and it can also meet the permeability require‐ments. When the recycled aggregate content is 0%， 30% and 50%， the 28 d compressive strength is increased by 72.4%， 100% and 44.2%， respectively； the mass loss of 50 freeze-thaw cycles was 1.5%， 2.2% and 2.5%， respec‐tively. In addition， it is found that the failure mode of pervious concrete with recycled aggregate is related to the per‐formance of cementitious material and the content of recycled aggregate， which can provide a reference for the design and application of pervious concrete with recycled aggregate.Key words：high-performance pervious concrete；recycled aggregate；mechanical performance；durability；permeability随着我国工业化、城镇化进程的不断深入，建筑、基础设施建设等行业快速发展，在新建、改建、扩建、拆除等生产环节中产生了大量的建筑垃圾. 2020年我国建筑垃圾总量超30亿t，通常采用简单填埋、露天堆放等方式处理，有效回收利用率约为5%，造成了严重的资源浪费和环境污染［1-2］. 据统计，我国约75%的城市面临“被垃圾包围”的困扰，严重阻碍了城市的发展，加重了城市环境负载［3］. 与此同时，2020年我国天然砂石需求总量约为200亿t，大规模开采天然砂石将导致资源枯竭和生态环境恶化. 因此，亟须加强建筑垃圾资源化利用.建筑垃圾经破碎、分级、水洗、烘干等工艺处理形成再生骨料，可用于制备透水混凝土. 透水混凝土是指不含或含有少量细骨料的特殊混凝土，内部具有相互连通的孔隙，雨水可快速入渗，被美国环境保护署纳入低影响雨水处理方案［4-5］. 透水混凝土作为海绵城市建设中的关键基础材料，具有净化雨水、避免城市内涝、缓解城市热岛效应等优点［5-7］，被广泛应用于停车场、人行道、景观通道等场景［8-9］.再生骨料透水混凝土是一种典型的非均质、多相复合材料，强度低和耐久性差是制约其应用推广的主要原因. 首先，与普通混凝土相比，骨料间为“点-点”连接，抗压强度取决于胶凝材料性能，通常为5~15 MPa［10-11］. 其次，再生骨料经二次破碎作用形成，表面附着有旧砂浆，与天然骨料相比，具有孔隙率高、吸水率高、微裂缝多、压碎指标大、坚固性差、非均质性高等缺陷［12］，影响界面过渡区（ITZ）性能. 因此，再生骨料透水混凝土在雨水冲刷、冻融侵蚀、硫酸盐侵蚀等环境荷载作用下，骨料更易受到侵蚀剥落，从而导致部分或整体功能失效.目前，对于再生骨料透水混凝土耐久性提升的研究较少，可分为配合比优化设计、再生骨料强化处理、胶凝材料优化设计三种类别.第一类是通过优化配合比设计，如调整再生骨料含量［13-14］、水灰比［15-16］、骨料粒径［17］、孔隙率［18］、添加剂等提升再生骨料透水混凝土整体力学性能，进而提升耐久性. 再生骨料由于自身的缺陷，随着其含量的增加，将导致透水混凝土强度和耐久性降低［19］. 研究表明，再生骨料含量低于15%时，不会对透水混凝土力学性能造成明显影响，含量超过30%时将显著降低其强度［20］. 低水灰比可以提升基体的密实度，降低冻融侵蚀作用对其耐久性的影响. 然而，降低水灰比对强度提升效果有限，过低的水灰比将制约水化反应并降低拌合物的和易性，影响整体成型质量［21］. 提高细骨料比例有利于细化透水混凝土内部孔隙结构，提高抗压强度. 然而，这将导致再生骨料透水混凝土的整体孔隙率和渗透性降低. 因此，采用传统的透水混凝土配合比设计方法难以消除再生骨料缺陷对其耐久性的影响，不能保障在同时满足渗透性和力学性能的前提下，实现再生骨料的高比例掺入.第二类是采用再生骨料强化处理手段改善其表面微观结构，消除骨料缺陷带来的不利影响. 按照强化机理可以进一步划分为两种. 一种是采用机械研磨、超声波清洗、酸性溶液分解等方法去除表面附着的旧砂浆，这类方法通常适用于旧砂浆附着率较低的再生骨料. 另一种是对旧砂浆进行强化处理，通常采用火山灰浆液浸泡、水玻璃浸泡、聚合物乳液浸泡186第 3 期张超等：再生骨料透水混凝土力学性能和耐久性研究等方法，改善ITZ微观力学性能和微观结构，增强再生骨料与基体间的黏结力，继而提高再生骨料透水混凝土力学性能和耐久性. 然而，鉴于骨料强化方法工艺繁琐，经济成本高，再生骨料强化处理手段难以实现应用推广.第三类是从优化胶凝材料角度开展再生骨料透水混凝土力学性能提升研究. 粉煤灰、硅灰等辅助胶凝材料可以提升水泥基体性能，改善ITZ的微观结构［22-23］. Shen等［24］采用粉煤灰和硅灰对水泥基体进行优化设计，认为高性能水泥基体可以显著提升透水混凝土力学性能. Zhong等［25］研究发现，透水混凝土抗压强度与水泥基体强度呈正相关. 因此，采用高性能胶凝材料有望解决再生骨料透水混凝土强度低和耐久性差的问题. 然而，目前关于高性能胶凝材料的研究较少，其对再生骨料透水混凝土力学性能、水力特性和长期耐久性的影响尚不明确.本研究采用单纯形重心设计法对水泥-粉煤灰-硅灰组成的三元胶凝体系进行优化设计. 基于优化后的高性能胶凝材料，搭配使用再生细骨料（4.75~ 9.5 mm）和天然粗骨料（9.5~13.2 mm），系统分析了高性能胶凝材料和再生骨料含量对再生骨料透水混凝土力学性能、渗透性和耐久性的影响. 本研究有助于拓宽再生骨料透水混凝土的应用场景，促进建筑固体废弃物大规模资源化再利用.1 材料和方法1.1 试验材料试验选用南方牌P•O42.5普通硅酸盐水泥，辅助胶凝材料为粉煤灰和硅灰，材料物理参数和化学组成见表1. 天然粗骨料为当地采石场的碎石，再生细骨料由废弃混凝土回收厂提供，经破碎、筛分、冲洗、烘干制备而成，骨料具体参数见表2. 减水剂为西卡公司生产的聚羧酸型高效减水剂，减水率为22%.1.2 配合比设计1.2.1 胶凝材料优化设计采用单纯形重心法对水泥-粉煤灰-硅灰三元胶凝体系进行优化设计，各组分体积分数范围分别为：40%~70%、30%~60%和0%~30%. 根据单纯形重心法设计原则，n个组分优化需2n-1个测试点. 本试验含有3个组分，选取三角形顶点、三边中点和中心作为测试点，具体配合比设计见表3. 通过目测法判断基体的流动性，基于28 d抗压强度绘制等值线图，确定胶凝材料中各组分的最佳含量.表1 辅助胶凝材料物理参数和化学组成Tab.1 Physical properties and chemical composition of the supplementary cementitious material项目表观密度/（kg·m-3）w（SiO2）/%w（Al2O3）/%w（Fe2O3）/%w（CaO）/%w（MgO）/%w（K2O）/%w（SO3）/%w（Na2O）/%w（其他） /%粉煤灰2 20055.0529.654.833.560.692.850.740.871.76硅灰2 00096.910.370.110.370.560.510.250.640.28表2 骨料参数Tab.2 Physical properties of the aggregates 类型天然骨料再生骨料粒径/mm9.5~13.24.75~9.50表观密度/（kg·m-3）2 7002 496堆积密度/（kg·m-3）1 5001 388压碎指标/%5.614.6表3 胶凝材料配合比Tab.3 Mixture design for the cementitious materials编号CON C40FA30SF30 C70FA30 C40FA60 C55FA30SF15 C55FA45 C40FA45SF15 C50FA40SF10胶凝材料/（kg·m-3）ρC331.70132.68232.19132.68182.44182.44132.68165.85ρFA—70.6270.62141.2470.62105.93105.9394.16ρSF—64.200.00—32.10—32.1021.40m减水剂/kg2.651.613.032.191.712.881.621.69水胶比0.120.120.120.120.120.120.120.12m水/kg39.8032.1036.3432.8734.2234.6032.4933.77注：以C40FA30SF30为例，表示胶凝材料中水泥、粉煤灰和硅灰所占体积分别为40%、30%和30%，其中CON作为参照组.187湖南大学学报（自然科学版）2023 年1.2.2 再生骨料透水混凝土配合比设计再生骨料透水混凝土采用体积法设计，符合《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135—2009）［26］相关要求. 为保障良好的渗透性，目标孔隙率取20%. 相较于天然骨料，再生骨料微裂缝较多，且表面附着一层稀松、多孔的旧砂浆，导致其吸收新拌浆体中的水分并降低拌合物流动性. 因此将水胶比增加至0.15，并对减水剂含量进行微调，确保拌合物流动性和成型质量. 0#作为对照组，胶凝材料为普通硅酸盐水泥，骨料为天然粗骨料；1#~3#为高性能胶凝材料，骨料为再生细骨料和天然粗骨料组合，再生细骨料掺量水平分别为0%、30%和50%. 本试验共计4组，具体见表4.1.3 试样制备再生骨料透水混凝土采用水泥净浆包裹法制备，试样采用分层插捣的方式浇筑成型，具体制样操作如下：1）将水泥、粉煤灰、硅灰和减水剂加入卧式搅拌机中搅拌2 min.2）加入水搅拌3 min.3）加入骨料继续搅拌5 min.4）采用插捣法分三层浇筑试样，每层厚度大致相同，按照螺旋方向从边缘到中心均匀垂直插捣20~ 30次，插捣底层时捣棒应接触到试模底部，插捣上层时捣棒应插入下面一层20~30 mm.5）常温养护24 h后拆模，再进行90 ℃热浴48 h，可代替28 d标准养护［27］.每组测试项目及试样信息具体见表5.1.4 测试方法1.4.1 有效孔隙率根据《再生骨料透水混凝土应用技术规程》（CJJ/ T 253—2016）［28］测量孔隙率，测试步骤如下：1）将试样放入水中浸泡24 h，测量试样在水中的质量m1.2）将试样放入烘箱中烘至恒重，测量其质量m2和体积V. 孔隙率测量以每三个试样为一组，取其平均值，计算公式如下：P=(1-m1-m2ρV)×100%.（1）式中：P为有效孔隙率；m1为试样在水中的质量，g；m2为试件烘干后的质量，g；ρ为水的密度，g/cm3；V为试样体积，cm3.1.4.2 渗透率按照《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135—2009）［26］测定透水率. 圆柱型试样由150 mm×150 mm×150 mm立方体取芯制备而成，直径为100 mm，高度为50 mm. 测试前，在试样侧面抹一层硅脂，缠上止水胶带以防止试样与试验装置之间渗水. 待渗流稳定后，测量一定时间内的流量，渗透系数计算公式如下：k=QLHAt.（2）式中：k为渗透系数，mm/s；Q为t时间内渗出水的体积，mm3；L为试样高度，mm；H为水头差，mm；A为试样截面面积，mm2；t为渗流时长，s.1.4.3 抗压和抗折强度抗压强度和抗折强度试验按照国家《普通混凝表4 透水混凝土配合比Tab.4 Mix proportion of the pervious concrete编号0#-0∶1 1#-0∶1 2#-3∶7 3#-1∶1胶凝材料/（kg·m-3）ρC539.40296.67296.67296.67ρFA—114.84114.84114.84ρSF—52.2052.2052.20ρ骨料/（kg·m-3）细骨料——441.00735.00粗骨料1 470.001 470.001 029.00735.00ρ减水剂/（kg·m-3）2.051.111.302.23水胶比0.150.150.150.15ρ水/（kg·m-3）80.9169.5669.5668.64目标孔隙率/%20202020注：以2#-3∶7为例，2#表示试样组号，3∶7表示再生细骨料与天然粗骨料质量之比. 预试验结果表明，再生骨料掺量为100%时强度低于10 MPa，不满足路用要求，故未设置.表5 测试组Tab.5 Test group试验项目孔隙率渗透性抗压强度抗折强度冻融循环尺寸/（mm×mm×mm）150×150×150150×150×150100×100×100100×100×400100×100×400个数33333注意事项切割ϕ100×50加载速率0.3~0.5 MPa/s加载速率0.02~0.05 MPa/s冻融水平0/25/50/75/100次188第 3 期张超等：再生骨料透水混凝土力学性能和耐久性研究土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2016）［29］进行测试. 抗压强度荷载加载速率为0.5 MPa/s ；三点抗折强度荷载加载速率为0.05 MPa/s. 每三个试样为一组，计算平均值，公式如下：f c =F A ，（3）f f =32FL bh 2.（4）式中：f c 和f f 分别表示抗压强度和抗折强度，MPa ； F 为破坏荷载，N ；A 为试样承压面积，mm 2；L 为支座间跨度，mm ；h 为试样截面高度，mm ；b 为试样截面宽度，mm.1.4.4 冻融循环目前针对透水混凝土冻融耐久性测试的相关规范尚未建立，参照国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2009）［30］中的快速冻融法开展冻融循环试验，共设置5个冻融水平：0次、25次、50次、75次和100次. 正常服役状态下，透水混凝土路面在车辆、行人等荷载作用下处于受弯折状态. 为了反映再生骨料透水混凝土在真实服役环境中的性能演变规律，采用抗折强度、动弹性模量和质量损失率来表征其抗冻融耐久性. 通常认为质量损失率超5%或动弹性模量损失超60%时，判定试样破坏失效.按照ASTM 标准［31］，依据测得的波形图确定首波传播时间并计算超声波波速，代入公式（5）计算动态弹性模量，其中再生骨料透水混凝土的泊松比取为0.25［32］. 声速测试装置如图1所示，换能器与透水混凝土界面耦合介质为凡士林，每个试样选取3~5个测试点，测试后取平均值.E d =ρv 2()1+μ()1-2μ()1-μ.（5）式中：E d 为动弹性模量，GPa ；ρ为密度，kg/m 3；v 为波速，km/s ；μ为泊松比.2 结果与讨论2.1 物理力学特性2.1.1 胶凝材料强度分析图2所示为水泥基体抗压强度等值线图. 在水泥-粉煤灰-硅灰三元体系中，基体抗压强度随硅灰含量的增加而增大. 当硅灰质量分数超15%时，基体抗压强度达到130 MPa ，满足高性能水泥基体要求. 强化机理可分为两类：火山灰效应和物理填充效应［33］. 一方面，粉煤灰、硅灰与水泥水化产物发生火山灰反应，消耗基体中的自由水，产生更多的C-H-S凝胶，增加了基体的黏结性；另一方面，未参与反应的粉煤灰和硅灰可以有效填充基体中的孔隙，提高基体密实度. Shannag ［34］和Rao ［35］发现硅灰掺量的最佳范围为15%~20%. 另外，研究发现粉煤灰质量分数超过45%会显著延缓早期强度发展［36］. 综合考虑对胶凝材料流动性和抗压强度的性能需求，确定了高性能胶凝材料中水泥、粉煤灰、硅灰的最佳质量分数分别为55%、30%和15%.2.1.2 再生骨料透水混凝土强度由图3可知，高性能胶凝材料组的抗压强度均显著高于普通水泥基组. 0#和1#为天然粗骨料组，抗压强度分别为15.6 MPa 和26.9 MPa ，提升幅度为72.4%. 相较于普通水泥基，高性能胶凝材料大幅度提升了透水混凝土的抗压强度［37］. 研究还发现，少量的再生骨料有利于强度发展. 掺入30%再生细骨料，2#的抗压强度高达31.2 MPa ，抗压强度提升100%. 抗压强度提升可归因于以下几个方面：首先，透水混凝土抗压强度与基体性能密切相关，优化后的胶凝图1 超声波脉冲速度测试Fig.1 Ultrasonic pulse velocity test图2 水泥基体抗压强度等值线图Fig.2 Ternary contour plot for the compressive strengthof the cementitious matrix189湖南大学学报（自然科学版）2023 年材料相较于普通水泥基材料具有更高的抗压强度、密实度和黏结性［24］. 其次，基体具有良好的流动性，可以很好地包裹再生骨料并填充其表面微裂缝，改善ITZ 性能，降低再生骨料缺陷带来的不利影响［38］. 另外，细骨料细化了孔隙结构，增加骨架受力接触点，减小骨料间接触应力［25］.随着再生细骨料含量继续增加，骨料缺陷凸显，部分抵消了高性能胶凝材料的强化作用. 当再生骨料质量分数为50%时，其抗压强度降为22.5 MPa ，但仍高于0#对照组44.2%. 在实现再生骨料大掺量的同时，力学性能满足人行道、景观通道、广场等应用场景需求，拓宽了再生骨料透水混凝土的应用场景.如图4所示，高性能水泥基体对抗折强度提升效果显著. 0#和1#的抗折强度分别为3.7 MPa 和4.9 MPa ，抗折强度提升32.4%. 然而，随着再生骨料的加入，削弱了高性能水泥基体对抗折强度的提升效果. 可能是由于加入再生骨料，使得骨料比表面积增加，减小了骨料表面胶凝材料厚度，导致抗折强度降低.图5展示了透水混凝土界面破坏模式，0#~3#分别对应图（a ）~（d ）. 由（a ）和（b ）可知，当不含再生骨料时，基于高性能胶凝材料的透水混凝土开裂模式与普通透水混凝土相同，裂缝仅存在于水泥基体，发生天然骨料-基体间界面破坏. 当再生骨料质量分数为30%时，裂缝贯穿再生骨料，发生天然骨料-基体间界面破坏和再生骨料破坏共存的复合模式，如（c ）所示. 当再生骨料质量分数为50%时，导致骨架整体质量下降，继而发生骨料破坏模式，如（d ）所示.图3 再生骨料透水混凝土抗压强度Fig.3 Compressive strength of pervious concrete containing re‐cycled aggregate图4 再生骨料透水混凝土抗折强度Fig.4 Flexural strength of pervious concrete containingrecycled aggregate(a)(b)(c)(d)图5 透水混凝土界面破坏模式图Fig.5 Failure morphology along the interfaceof pervious concrete190第 3 期张超等：再生骨料透水混凝土力学性能和耐久性研究2.1.3 有效孔隙率和渗透性分析各组目标孔隙率设计值为20%，有效孔隙率和渗透率如图6、图7所示. 由于存在制样误差和骨料性能差异，不同组试样之间有效孔隙率存在差别，导致渗透率在合理范围内小幅度降低. 对比0#和1#可知，高性能水泥基体对再生骨料透水混凝土渗透性无影响. 另外，由1#~3#可知，再生细骨料的加入对渗透性没有造成明显不利影响，渗透系数均约为2.0 mm/s ，具有良好的渗透性.2.2 耐久性2.2.1 抗折强度分析图8所示为各组试样在不同冻融水平下的抗折强度值. 随着冻融循环次数的增加，0#抗折强度近乎线性递减；1#~3#在低水平下抗折强度损失缓慢，当冻融循环次数超50次时，抗折强度迅速丧失. 在不同冻融水平下，1#~3#的抗折强度均高于0#. 因此，高性能胶凝材料有利于提升再生骨料透水混凝土的抗冻融性能.由图9可知，在同一冻融水平条件下，再生细骨料有利于延缓冻融损伤的发展. 50次冻融循环后，相较于0#的抗折强度折减率，1#~3#的抗折强度折减率分别减小37.5%、50%和29.2%. 冻融损伤延缓机理可以从两方面进行解释：一方面再生骨料细化了孔隙结构，减少了孔隙中可冻结水的含量，因而降低了水冻胀带来的破坏损伤；另一方面，细骨料之间具有良好的“互锁”（interlocking ）效应，即骨料相互咬合，有效避免错动，从而限制裂缝的进一步开展.2.2.2 质量损失强度分析表6展示了再生骨料透水混凝土在冻融循环作用下的典型劣化特征. 当冻融循环次数小于25次时，各组试样未出现骨料松动、剥落等现象，整体外观形貌保持完整. 冻融循环次数增加至50次时，2#和3#因分别掺入了30%和50%的再生骨料，发现少量骨料剥落；0#和1#表面出现少量微裂缝，仍保持较好的完整性.冻融循环次数继续增加至75次，各组图8 冻融循环对抗折强度的影响Fig.8 Effects of freeze-thaw cycles on flexural strength图6 再生骨料透水混凝土有效孔隙率Fig.6 Effective porosity of pervious concretecontaining recycled aggregate图7 再生骨料透水混凝土渗透率Fig.7 Permeability of pervious concrete containingrecycled aggregate图9 抗折强度折减率随冻融循环次数的变化Fig.9 The change of flexural strength reduction ratewith the number of freeze-thaw cycles191湖南大学学报（自然科学版）2023 年试样均出现不同程度的破坏. 0#和3#试样表面出现较大裂缝，并伴随着块状骨料脱落和边缘破损；1#和2#裂缝数量增加，开裂深度变大，伴随少量骨料破损.当冻融循环次数达到100次时，3#试样发生断裂破坏，其他组试样同样出现严重的边缘破损、块状骨料脱落等现象.图10所示为各组试样质量损失率随冻融循环次数的变化. 在低水平冻融循环下，各组试样完整性良好，质量损失率较小；冻融次数超50次，随着再生骨料含量增加，质量损失增大；冻融次数达到100次时，0#和3#的质量损失超5%，发生冻融破坏.2.2.3 动弹性模量分析采用超声波法测得0#和1#的动弹性模量分别为18.9 GPa 和14.4 GPa ，加入再生细骨料测得2#和3#的动弹性模量均为11.9 GPa ，降低了约17.3%，降幅与张志权等［39］研究结果一致. 图11所示为各组试样动弹性模量折减率随冻融循环次数的变化.对比0#和1#可知，在低水平冻融条件下，高性能水泥基体提高了抗冻性能，避免了动弹性模量过早损失.另外，由2#和3#可知，加入再生骨料细化了孔隙结构，降低了孔隙水含量，延缓了动弹性模量损失. 当冻融表6 冻融循环对试样整体性的影响Tab.6 Effects of freeze-thaw cycles on the integrity of samples冻融循环次数2550751000#-0：1完好完好轻微破坏严重破坏严重破坏1#-0：1完好完好轻微破坏严重破坏严重破坏2#-3：7完好完好中等破坏严重破坏严重破坏3#-1：1完好完好中等破坏严重破坏严重破坏注：根据试样表观完整性分为4个破坏阶段，完好：无裂缝或骨料剥落；轻微破坏：少量微裂缝和骨料松动；中等破坏：裂缝较多，少量骨料块状剥落；严重破坏：大量裂缝和骨料剥落.图11 动弹性模量折减率随冻融循环次数的变化Fig.11 The change of dynamic elastic modulus reduction ratewith the number of freeze-thaw cycles图10 质量损失率随冻融循环次数的变化Fig.10 The change of mass loss rate with the number offreeze-thaw cycles192第 3 期张超等：再生骨料透水混凝土力学性能和耐久性研究循环次数超过50次时，动弹性模量迅速丧失，试样破坏失效.对比图10、图11可知，根据质量损失率和动弹性模量折减率评价冻融耐久性具有差异性. 前者表征了试样在冻融作用下保持完整性的能力，不能反映内部的损伤，具有一定的滞后性；后者可以通过动弹性模量的变化反映内部微损伤发展程度.3 结论本研究采用单纯形重心设计法对胶凝材料进行优化设计，确定了高性能胶凝材料中水泥、粉煤灰、硅灰最佳质量分数分别为55%、30%和15%. 分析了高性能胶凝材料和再生骨料含量对再生骨料透水混凝土力学性能、渗透性和耐久性影响，主要结论如下：1）高性能水泥基体可以显著提升再生骨料透水混凝土力学性能. 再生骨料质量分数为0%、30%和50%时，基于高性能水泥基体的再生骨料透水混凝土抗压强度分别为26.9 MPa、31.2 MPa和22.5 MPa，相较于普通水泥基材，分别提升72.4%、100%和44.2%. 在满足不同场景对力学性能和渗透性需求的同时，实现了再生骨料的高比例掺入，有利于促进建筑垃圾资源化利用.2）研究发现再生骨料透水混凝土开裂模式受胶凝材料性能和再生骨料含量影响. 当不含再生骨料时，仅发生ITZ破坏；含少量再生骨料时发生混合模式破坏，即同时存在ITZ破坏和骨料破坏；再生骨料超过50%时，仅发生骨料破坏.3）在同一冻融循环水平下，随着再生细骨料的增加，质量损失率增大. 少量的再生细骨料可以有效延缓冻融损伤的发展，且不会明显降低透水混凝土的渗透性.参考文献［1］魏英烁，姬国强，胡力群. 建筑垃圾回收再利用研究综述［J］.硅酸盐通报， 2019， 38（9）： 2842-2846.WEI Y S，JI G Q，HU L Q. 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透水混凝土的实验研究
1.2 国内外研究应用现状……………………………………………………… 2 1.2.1 国内透水混凝土的发展与历史…………………………………………2 1.2.2 国外透水混凝土的应用现状……………………………………………2 1.2.3 透水混凝土的应用现状…………………………………………………4 1.2.4 减水剂对水泥水化行为的影响分析……………………………………5 1.3 高效减水剂与水泥浆的流动性的关系………………………………………5 1.3.1 不同减水剂对水泥水化的作用机理研究………………………………6 1.3.2 减水剂对水泥初始水化热电性能的影响………………………………6 1.3.3 减水剂对水泥浆体化学收缩的影响……………………………………7 1.3.4 减水剂对水泥水化的作用机理分析……………………………………7 1.4 减水剂未来的的发展趋势……………………………………………………7 第 2 章减水剂的结构特征及表征方法……………………………………………11 2 . 1 化 学 组 成 及 分 类 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 11 2.2 制备方法……………………………………………………………………11 2.3 应用现状……………………………………………………………………12 2.3.1 萘磺酸盐减水剂……………………………………………………… 12 2.3.2 密胺系减水剂…………………………………………………………13 2.3.3 氨基磺酸盐系高效减水剂…………………………………………… 14 2.3.4HSB 脂肪族高效减水剂………………………………………………15 2.4 减水剂的作用机理……………………………………………………… 16 2.4.1 分散作用………………………………………………………………16 2.4.2 润滑作用……………………………………………………………… 17 2.4.3 空间位阻作用…………………………………………………………17 2.4.4 接枝共聚支链的缓释作用…………………………………………… 17 2.5 使用减水剂的技术经济意义………………………………………………17
基于正交试验的再生透水混凝土力学性能研究
中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1001-6945（2023）06-25-03本栏编辑：李瑜随着城镇化速度的加快，混凝土构造物和不具备透水性的道路造成了城市日益突出的“热岛效应”。
据统计，我国每1万m 2建筑会产生建筑废弃物500t~600t ，但是再生利用率只有5%[1]。
研究利用建筑垃圾再生骨料制备透水混凝土不仅可以解决建筑垃圾问题，还能解决城市热岛效应问题。
欧美、日本等一些发达国家已对透水混凝土进行了大量的研究，并将其应用于公园内道路、步行街、广场、人行道和中央隔离带及停车场等[2]，透水混凝土的技术发展已达到了实用化阶段[3]。
我国在透水混凝土研究上起步晚，应用技术低，但近些年来也进行了大量的研究，并取得了一些成就。
目前，关于透水混凝土的性能研究较多，而将再生骨料应用于透水混凝土的性能及影响因素研究较少。
因此，对再生骨料透水混凝基于正交试验的再生透水混凝土力学性能研究*张云宁权宗刚浮广明王科颖高飞燕（1.西安墙体材料研究设计院有限公司，陕西西安710061；2.陕西朗博环保科技有限公司，陕西西安710075）摘要：基于正交试验对再生透水混凝土力学性能进行分析研究，利用极差法和方差法对再生透水混凝土力学性能进行分析，结果表明：影响抗压强度的因素顺序为再生骨料取代率>设计孔隙率>水胶比>粗骨料级配，但水胶比和粗骨料级配的影响差别不大，对抗压强度的影响都不显著。
碎石透水混凝土主要是水泥浆体发生破坏，再生骨料透水混凝土首先在骨料内部发生破坏。
随着再生骨料取代率、水胶比增大，抗压强度增大；随着设计孔隙率增大，抗压强度减小；随着骨料级配的增大，抗压强度先减小后增大。
再生透水混凝土最佳配合比：设计孔隙率为15%、粗骨料级配为4.75mm~9.5mm 、水胶比为0.3、再生骨料取代率为100%。
关键词：正交试验；再生透水混凝土；力学性能；最佳配合比*基金项目：陕西省重点研发计划“垃圾资源化利用关键技术研究与示范”（2022SF-608）Abstract:This paper analyzes the mechanical properties of recycled permeable concrete based on orthogonaltests.The range method and variance method were used to analyze the physical properties of recycled perme⁃able concrete,and the results showed that the factors affecting compressive strength were as follows:the re⁃placement rate of recycled aggregate >the design porosity >the water-adhesive ratio >coarse aggregate grad⁃ing,and the influence of water-to-adhesive ratio and coarse aggregate gradation is not much different,and the influence of compressive strength is not significant.Crushed stone permeable concrete is mainly a cement slur⁃ry that undergoes damage,and recycled aggregate permeable concrete first undergoes damage inside the aggre⁃gate.The replacement rate and water-to-adhesive ratio of recycled aggregate increased,and the compressive strength increased;the design porosity increases and the compressive strength decreases.With the increase of aggregate gradation,the compressive strength first decreases and then increases.The best mixing ratio of recy⁃cled permeable concrete is:the design porosity is 15%,the coarse aggregate grading is 16~19mm,the water-to-adhesive ratio is 0.3,and the replacement rate of recycled aggregate is 100%.Key Words:orthogonal test,recycled permeable concrete,mechanical property,optimal fit ratio Study on mechanical properties of recycled permeable concrete based on orthogonal testZHANG Yun-ning QUAN Zong-gang FU Guang-ming WANG Ke-ying GAO Fei-yan2023年第6期（总第426期）研究探讨土性能进行研究有很大的必要性。
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Ａｎ ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ｌｓｕ ｙ ｏ ｈ ｓｃ ｌａ ｄ ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓ ｏ ｅ ｖ ｏ ｓ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｎ ｐ ｙ ｉ ａ ｎ ｃ ａ ｉ ａ ｏ ｅ ｔｅ ｆ ｐ ｒ ｉ ｕ
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３ Ｃ ｒｅ Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｎｅ ａｏ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ，ｈｎ ｏｓ ｕｔ ｎＳｃｎ ｎ ｎｅ ｎ ｕｅｕＬ Ｄ， ｅｉｇ １０５ ， ｈｎ ； ． ａｅｒ ｅ ａ ｍ ｎ ｏ Ｉｔｒ ｔ ｎｌ ｎｉ ｅ ｎ Ｃ ｉａ ｎｔ ｃ ｏ ｅｏｄＥ ｇ ｅｒ ｇＢｒａ Ｔ Ｂ ｉｎ ０ ０４ Ｃ ｉａ ｔ ｎ ｉ ｎ ｉ Ｃ ｒ ｉ ｉ ｉ ｊ
第３ ６卷 第 ６ 期 ２１ ００年 １ ２月
四川 建 筑 科 学 研 究
Ｓｅ ｕ ｎ Ｂ ｉ ｉｇＳ ｉｎ ｅ ｉｈ ａ ｕｌ ｎ ｃｅ ｃ ｄ １５ ９
透 水 混凝 土 物 理 力学 性 能试 验 研 究
付 立彬 付 晓彦 付 培 江。刘 明 堂 ， ， ，
（． １黄河科技学院工学院 ， 河南 郑州 ４ ００ ； ５ ０ ６
４． ｐａｔ ｎ ｆＩ ｆ ｒ ｔｏ ｇｎｅ ｉ ｇ， ｒｈ Ｃｈｉ ｉｅ ｓｔ ｆＷ ａｅ ｎ ｅｖ ｎ ｙ ａ ｄ Ｅｌｃｒｃ Ｐｏ ｒ Ｚｈｅ ｚ ｏ ４５ ０１ Ｄｅ ｒｍｅ ｔｏ ｎ ｏ ｍａｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅｒｎ Ｎｏ ｔ ｎａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｔｒ Ｃｏ ｓ ｒ ａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｗｅ ， ｙ ｉ ｎｇ ｈ ｕ ０ １，
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３ 中国建筑第二工程局 国际工程事业部 ， 京 ． 北
４ 华 北 水 利 水 电学 院信 息 工 程 学 院 ， ． 河南 郑 州
１０ ５ ； ０ ０４
４０ １ ） ５０ １
摘
要： 针对透水混凝土 的抗压强度与抗折强度 、 劈裂强 度之 间的相关性 ， 以及孔隙率对 它们 的影响和 无砂透水 混凝土与普