【摘 要】
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透水混凝土是由浆体胶结骨料形成的多孔骨架结构,由于其具有良好的透水性能,是“海绵城市”建设的重要材料之一。在工程生产和应用中发现,透水混凝土存在配合比设计有效性不足、配制的混凝土强度低以及质量不稳定等显著的问题。课题组前期对透水混凝土的组成材料及性能等展开了研究,并得出利用粒径4.75-9.50mm的骨料配制透水混凝土性能在满足透水性能的基础上获得较优的力学性能;孔隙率（透水性能）相同的情况下,骨
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透水混凝土是由浆体胶结骨料形成的多孔骨架结构,由于其具有良好的透水性能,是“海绵城市”建设的重要材料之一。在工程生产和应用中发现,透水混凝土存在配合比设计有效性不足、配制的混凝土强度低以及质量不稳定等显著的问题。课题组前期对透水混凝土的组成材料及性能等展开了研究,并得出利用粒径4.75-9.50mm的骨料配制透水混凝土性能在满足透水性能的基础上获得较优的力学性能;孔隙率（透水性能）相同的情况下,骨料强度、浆体特性等对透水混凝土的骨架结构和力学性能有显著的影响。为了探明影响透水混凝土力学性能主要因素及其破坏机理,本文在前期研究基础上,进一步针对浆体包裹层厚度（Paste Coating Thickness,简称PCT）、骨料强度、浆体强度等因素对透水混凝土抗压强度及破坏模式的影响进行研究,并对材料的强度利用率及其对混凝土强度的贡献进行了分析,且提出了基于材料强度利用率的透水混凝土配合比优化设计方法。本文利用单一级配骨料（4.75-9.50mm）配制透水混凝土,设置了四个浆体包裹层厚度（PCT分别为300μm、400μm、500μm、600μm）、三种强度的骨料（压碎指标分别为3.33%（A）、9.63%（B）、14.45%（C））、四个强度等级的浆体（抗压强度110.0MPa（J1）、87.3MPa（J2）、73.3MPa（J3）、48.8MPa（J4））,共设计了48组试件并进行力学性能和透水性能测试。主要得到以下结论:浆体包裹层厚度PCT是透水混凝土的抗压强度及破坏模式最主要的影响因素,PCT为500μm时可使透水混凝土的骨架多孔结构实现透水性能和力学性能最优的理想状态。试验结果表明:PCT为300μm时,透水混凝土的抗压强度均较低,试件表现为浆体破坏;PCT为400μm时,抗压强度有所提高,但提高的幅度不大,试件的破坏表现为过渡破坏（浆体破坏和骨料破坏混合出现）;PCT为500μm时,抗压强度显著增长,试件表现为骨料破坏;PCT为600μm时,试件同样发生骨料破坏,但部分试件底部堵浆,且强度较PCT500um时无显著增长。本文配制的透水混凝土试件A500-J1抗压强度可高达46.6MPa,而且试件表现为高强骨料的炸裂性破坏,消除了骨架多孔结构中粘接处的薄弱点,充分发挥了材料的强度。使用不同强度骨料和不同强度浆体配制透水混凝土,混凝土的抗压强度随骨料强度和浆体强度提高均有所升高,但在不同浆体包裹层厚度PCT下的提升幅度有很大的差别。PCT为300μm时,骨料强度和浆体强度的增加对试件抗压强度不大,试件A300-J1比C300-J1仅提高了1.4 MPa,试件A300-J1比A300-J4提高了1.8 MPa;而PCT为500μm时,随骨料强度和浆体强度的增加试件抗压强度显著提升,试件A500-J1比C500-J1提高了27.5MPa,试件A500-J1比A500-J4提高21MPa。结合透水混凝土的破坏模式可知,PCT为300μm时试件的破坏主要是浆体粘接处薄弱环节破坏,材料强度未能发挥,强度利用率低,计算得到A、B、C系列试件的骨料强度利用率均值仅为5.0%、7.0%、9.6%,浆体的强度利用率均值约为16.9%、15.1%、14.2%;而PCT为最优的500μm时,骨架多孔结构薄弱点消除,试件为骨料炸裂性破坏,材料强度得以充分发挥,强度利用率大幅度提高,骨料的强度利用率均值分别为15.2%、14.1%、15.1%,而浆体强度利用率均值更是高达48.4%、29.1%、22.0%。可见,合理的骨架多孔结构下,材料强度才能得到充分的利用。根据上述研究结果,提出了基于材料强度利用率的透水混凝土配合比优化设计方案:根据骨料尺寸确定PCT的最佳取值范围;根据混凝土目标强度确定骨料强度;根据PCT与骨料强度,确定浆体强度利用率;根据浆体强度利用率和透水混凝土的强度关系公式,确定浆体强度。这一优化的配合比设计方法,不但可以高效地设计出满足目标强度和透水性的配合比,还可充分利用材料强度,实现了材料性能和经济性的最优配比。
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