透水混凝土曲線擬合影響因素分析

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(jìn)地表徑流量和地下水的循環(huán)，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(qiáng)度的主要因素,工程應(yīng)用中要求混凝土在保證一定透水能力的同時(shí)也要具有足夠的強(qiáng)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(nèi)外對(duì)于透水混凝土的強(qiáng)度和透水性能進(jìn)行了大量的研究,并取得了一定的成果。中南大學(xué)的張賢超等人對(duì)透水混凝土的性能以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)。P.Chindaprasirt等研究了透水混凝土強(qiáng)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(qiáng)度和孔隙率的因素為粘結(jié)劑強(qiáng)度和骨料粒徑,具有足夠的強(qiáng)度,必須要有合適的孔隙率。C.Lian、楊楊、鄭木蓮等分別對(duì)透水混凝土的孔隙率與透水系數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究,列舉了孔隙率和透水系數(shù)的測(cè)定方法,并提出透水混凝土孔隙率和透水系數(shù)成線性關(guān)系。本文通過試驗(yàn)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(shù)的關(guān)系。1滲透系數(shù)測(cè)定試驗(yàn)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(jìn)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(cè)得其孔隙率和降水頭法測(cè)得其滲透系數(shù)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(shù)的差別卻很明顯,大粒徑透水混凝土的滲透系數(shù)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(nèi)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?guī)в姓惩令w粒的水很容易造成內(nèi)部孔隙的堵塞,相反,大粒徑透水混凝土內(nèi)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(qiáng)度主要依賴于骨料之間的粘結(jié)程度,即粘結(jié)劑的強(qiáng)度和用量,一般透水混凝土應(yīng)使用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。筆者通過試驗(yàn)得出,透水混凝土的骨灰比應(yīng)該在3.3—3.8之間,水泥用量過多,會(huì)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(dá)不到其預(yù)期的整體強(qiáng)度。粘結(jié)劑用量對(duì)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(shù)為增加透水混凝土的強(qiáng)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(jīng)過成型、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)之后進(jìn)行強(qiáng)度和滲透試驗(yàn)。其孔隙率和滲透系數(shù)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(fā)生化學(xué)反應(yīng),減小了內(nèi)部孔隙尺寸,改變了孔隙分布,養(yǎng)護(hù)60天的強(qiáng)度較未加粉煤灰的透水混凝土強(qiáng)度雖有所提高,但是孔隙率和滲透系數(shù)也有相應(yīng)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(shí)強(qiáng)度最大為23.89MPa,但是其滲透系數(shù)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(shí)強(qiáng)度最大為23.78MPa,其滲透系數(shù)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(duì)于其強(qiáng)度和孔隙率至關(guān)重要。吳冬、張朝輝等分別研究了攪拌工藝和成型方式對(duì)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(jié)漿均勻裹在骨料表面,增加骨料之間的粘結(jié)點(diǎn)和粘結(jié)面。對(duì)于透水混凝土的成型,振搗方式有機(jī)械振搗和人工振搗,人工振搗試塊均勻性較好,但密實(shí)度較差;機(jī)械振搗試塊密實(shí)度好,但是隨著振搗時(shí)間增長,水泥漿會(huì)流動(dòng)到試塊下部。本文通過試驗(yàn)研究建議采用機(jī)械振搗10s并人工插搗10s,強(qiáng)度較單一的人工插搗和機(jī)械振搗提高16%—23%,滲透系數(shù)較機(jī)械振搗20s增長15%—20%。5孔隙率及滲透系數(shù)試驗(yàn)中將以上因素整合,研究對(duì)透水混凝土孔隙率和滲透系數(shù)的關(guān)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(shù)進(jìn)行曲線擬合,如圖7所示。透水混凝土孔隙率和滲透系數(shù)成二階多項(xiàng)式分布。隨著透水混凝土內(nèi)部孔隙率增大,連通孔隙增多,水流的實(shí)際過水?dāng)嗝婷娣e增大,水流受到的阻力減小,從而滲透系數(shù)增大。其有效孔隙率和滲透系數(shù)之間的關(guān)系可以表示為如公式(1)所示。式中:K為滲透系數(shù);e為孔隙比;R為相關(guān)系數(shù)。6透水混凝土基本特征(1)影響透水混凝土強(qiáng)度的最重要因素為孔隙率,影響孔隙率和滲透系數(shù)的因素為骨料粒徑、成型工藝、粘結(jié)劑量和外加劑含量。(2)透水混凝土孔隙率和滲透系數(shù)呈冪函數(shù)形式,隨著有效孔隙率的增長