桂林电子科技大学建筑与交通工程学院 广西 桂林 541004
摘要：用试验分析了制备透水混凝土过程中花岗岩骨料粒径、集灰比、水灰比、石粉掺量等因素的影响并对其重要性进行排序。研究了各因素与抗压强度、透水系数和孔隙率的关系。根据混合材料最优配比参数，完成了制作透水混凝土的最佳配合比设计方案。试验证明：经加工处理后的花岗岩石材废料是制备透水混凝土的有益材料。
关键词：花岗岩废料；透水混凝土；透水性能；孔隙率；配合比设计
0 引言
桂林市平乐县同安镇盛产花岗岩，石材在开采、加工后废弃的边角废料堆积如山，不仅侵占了耕地，而且还污染环境。花岗岩矿石废料可以制成不同的级配，是配制混凝土和水泥制品的优良骨料。利用花岗岩边角废料为主要原料进行透水混凝土的制备，不仅是废物资源化的合理利用，还能推广和应用透水混凝土这种新型的绿色环保建材益。透水混凝土所铺就的路面具有良好的透水性、透气性，对城市的生态环保起到了显著的作用，非常适合我国正在建设的“海绵城市”[1]。
目前，透水混凝土在欧美、日本等国家和地区已经应用于高速公路的路肩、建筑屋顶、防岸护坡等部位[2]。我国透水混凝土也有相关的研究与应用[3-4]，但关于花岗岩作为透水混凝土骨料的研究较少，缺乏混凝土配合比设计的经验和实验参数，未能达到实际应用和推广阶段[5-7]。本文就上述问题进行研究，采用振动与压制成型的制备工艺进行试验，并对制备出的透水混凝土的浆体性能、力学性能进行表征。
1 原材料与试验方法
1.1 原材料
粗骨料：以广西桂林市平乐县同安镇凯发石材厂提供的花岗岩废料经反复破碎筛选的粒径为2～20mm连续级配的颗粒作为粗骨料。根据 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》测试其物理性能，结果见表1。
石粉：广西桂林市平乐县同安镇凯发石材厂提供的锯切和抛光等工艺产生的石粉，粒径 0～1.18 mm，密度 2960 kg/m3。
粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，细度（45μm筛）为8.2%。
砂：广西桂林市生产的天然河砂，中砂，细度模数 3.0，密度 2680 kg/m3。
水泥：桂林海螺水泥厂生产的P·O 42.5水泥，3d抗压、抗折强度分别为 18.33、4.11 MPa，28d抗压、抗折强度分别为44.8、7.05 MPa。符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》要求。
减水剂：广东瑞安科技实业有限公司生产的LS-QF高效减水剂，固含量为30%，减水率为25% 。
1.2 试验方法及设备
1.2.1 胶凝材料浆体流动度测试
参照《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T 2419—2005) 对胶凝材料的流动度进行测试。
1.2.2 抗压强度
按照《普通混凝土力学性能实验方法》(GB/T50081—2002)试验方法。
1.2.3 抗折强度
参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081—2002)进行试验。
1.2.4透水系数
透水系数的测定依照 JC/T 945—2005《透水砖》的“固定水位透水性测定法”进行测定[3]。
2 结果与讨论
2.1 试验设计
设计了试验方案 L16（44）正交表（表2），选取四个影响因素、四个水平。 集灰比取值分别为 3.0、3.5、4.0、4.5； 花岗岩碎石骨料粒径取值范围分别为2~5mm、5~10mm、10~15mm、15~20mm；水灰比取值分别为 0.25、0.28、0.30、0.32； 石粉替代胶凝材料掺量取值分别为 0、2%、5%、8%。
透水混凝土配合比采用体积法设计，以1m3花岗岩碎石的质量、目标孔隙率取20%、选择粒径15~20mm 为标准、水灰比分别取为 0.25、0.28、0.30、0.32，堆积密度为1650kg/m3，折减系数为0.97，空隙率为45%的花岗岩碎石来计算配合比[4]。具体配合比参数见表3。
按上述配合比参数制备混凝土试块，自然养护到28d，测试孔隙率和透水性能，试验结果见表4。
根据试验结果探讨集灰比、水灰比、碎石粒径和石粉掺量四因素对透水混凝土的孔隙率和透水系数的影响。由分析结果可见，影响透水混凝土孔隙率的重要性因素排列顺序是集灰比、花岗岩碎石粒径大小、水灰比、石粉掺量。影响透水混凝土透水系数的重要性因素排列顺序依次是花岗岩碎石粒径大小、集灰比、水灰比、石粉掺量。因此，影响透水系数最重要的因素就是花岗岩碎石骨料粒径的大小。
2.2 透水混凝土的主要影响因素与透水性能和强度的关系
2.2.1 花岗岩碎石粒径大小对透水混凝土孔隙率、透水系数以及强度的影响
花岗岩碎石骨料粒径大小决定了单位体积粗骨料中颗粒数量的多少，粒径越大则单位体积中的粗骨料数量就越少，成型后的硬化浆体间的接触点也就会越少，承受力的接触点也就越少。因此，大粒径的粗骨料会使透水混凝土的强度降低。
由试验结果可得，随着花岗岩骨料粒径的增大，混凝土的抗压强度和抗折强度都减小，粒径从2~5mm 增大到5~10mm时，28d抗压强度值下降的幅度不是很大，而从 5~10mm增10~15mm时，降幅变得更小。而抗折强度虽在前期降低得大些，但随着粒径的增，降幅也变得平缓。随着粒径的减小，孔隙率和透水系数都减小，而且降幅很同步，其原因：粒径越小、单位体积中颗粒数量就越多，那么颗粒间黏结点的数量就越，形成的混凝土的孔隙就越少孔隙率就越小，必然导致透水系数的减小。只要粒径在5mm以上时，制备的透水混凝土的透水系数都在1mm/s以上。
2.2.2 集灰比对透水混凝土孔隙率、透水系数以及强度的影响
集灰比大小反映的是骨料与胶凝材料的比值大小，选择适宜的集灰比，会使制备的透水混凝土有较高强度和适当的孔隙率以及良好的透水系数。由结果可得，随着集灰比的增大，28d抗压强度和抗折强度值都在减小。而孔隙率和透水系数随集灰比的增大，变化趋势是逐渐增大。原因在于随着集灰比的增大，骨料的相对含量增大，胶凝材料相对含量降低，导致孔隙率变大，透水系数就增大。相反，随着集灰比的增大、胶凝材料的量相对减少，导致抗压强度和抗折强度的减少，透水系数也增大，但再大的透水系数，没有足够的强度保证也是无法使透水混凝土得到实际应用的。因此，足够大的强度和适当的透水系数才是使透水混凝土得以现实应用的关键。从试验结果可看出，本试验的最佳集灰比为4。
3 结论
影响透水混凝土孔隙率的重要性因素，依次顺序为集灰比、花岗岩碎石粒径大小、水灰比、石粉掺量。而影响透水混凝土透水系数的重要性因素，依次顺序排列为花岗岩碎石粒径大小、集灰比、水灰比、石粉掺量。因此，影响透水系数最重要的因素就是花岗岩碎石集料颗粒粒径的大小。
参考文献：
［1］王俊岭，王雪明，张安，等．基于“海绵城市”理念的透水铺装系统的研究进展［J］．环境工程，2015( 12) : 1-4．
［2］ 刘小康，高建明，吉伯海．粗集料级配对多孔混凝土性能的影响研究［J］． 混凝土与水泥制品，2005( 05) : 14-16．
［3］ 张朝辉，王沁芳，杨 娟．透水混凝土强度和透水性影响因素研究［J］． 混凝土，2008( 3) : 7-10．
［4］ Lian C，Zhuge Y． Optimum mix design of enhanced permeable concrete-an experimental investigation ［J］． Construction and Building Materials，2010( 24) : 2664-2671．
［5］ 吴 冬，刘 霞，吴小强，等． 成型方式和砂率对透水混凝土性能的影［J］． 混凝土，2009(05) : 100-102．
［6］ Yang J，Jiang G L． Experimental study on properties of pervious concrete pavement materials［J］．Cement and Concrete Ｒesearch，2003
(33) : 381-386．
［7］ 陈 瑜，张起森，高英力． 路面面层用多孔水泥混凝土力学性能试验［J］． 中国公路学报，2010，23(2) : 18-25．
作者简介：傅亦乐（1996-），女，本科生。
基金项目：广西区大学生创新训练计划项目（201710595219）
论文作者:傅亦乐 陆柳宇
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第06期
论文发表时间:2019/6/21
标签：透水论文; 混凝土论文; 粒径论文; 花岗岩论文; 孔隙论文; 骨料论文; 系数论文; 《城镇建设》2019年第06期论文;