彩色透水混凝土性能影响因素分析

前言

与传统混凝土相比，透水混凝土是用粗骨料表面包裹着一层薄浆料相互粘结而形成的蜂窝状结构，能让雨水流入地下，有效补充地下水；并能有效的消除地面上的油类化合物等对环境的污染危害。其最大的特点是具有大量的连通孔隙，具有非常好的透气性和透水性，吸尘降噪。

彩色透水混凝土是透水混凝土的一种。彩色透水混凝土是由水泥、外加剂、水、彩色强化剂以及稳定剂等经一定比例调配拌制而成的一种多孔轻质的新型环保地面铺装材料，它具有良好的艺术装饰效果。彩色透水混凝地面具有很强的艺术装饰性和可塑性，通过不同种类的混凝土造型图案、分割样式和多种配色方案，能满足不同环境和个性化要求的装饰风格，打造良好的视觉和景观效果。并且，其不仅能使城市环境色彩缤纷、景观融合，而且能使城市环境建设更加和谐，是保护自然、维护生态平衡、能缓解城市热岛效应的优良透水地坪材料。在城市雨水管理与水污染防治等工作上具有极其深远的意义，有利于人类生存环境的良性发展。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥：峨胜水泥P·O42.5R；集料：2.5mm～5mm、

5mm～10mm、10mm～16mm石子；外加剂：聚羧酸系减水剂；颜料：无机类彩色颜料。

1.2 试验方法

1.2.1 搅拌与成型工艺

搅拌工艺：搅拌工艺有两种，一种是一次加料法，即先将称量好的骨料、水泥、颜料及外加剂在搅拌机中干拌15s，再加水搅拌1.5min后出料，立即装入100mm×100mm×100mm的试模，本试验采用此种搅拌工艺；另一种是水泥裹石法，即先将骨料按比例混合，加入一半水搅拌15s，再加水泥和颜料搅拌1.5min，最后加水和外加剂搅拌均匀。

成型工艺：本试验采用振动成型工艺，将装好料的试模在振动台上振动5s，同时用抹刀压实并刮平试件表面，试件成型后用塑料布覆盖表面以防止水分蒸发，并在相对湿度大于90％、温度为20℃±3℃条件下的标准养护室中养护，试件成型24h后拆模，拆模后的试件继续在标准养护室中养护。

1.2.2 试件表观密度的测定

采用体积法测定多孔透水混凝土的表观密度。为了保证各试件含水率一致，试件从标准养护室中取出后，先在干燥箱内烘干至恒重，再测试其质量与尺寸。根据试件的质量与体积计算出其表观密度，每组测试3块试件，其平均值即为该组彩色多孔透水混凝土的表观密度。

1.2.3 透水混凝土抗压强度的测定

按照《普通混凝土力学性能试验方法标准进行》（GBT50081-2002）进行抗压强度试验，测试龄期分别为7d、28d。

1.2.4 透水混凝土透水系数的测定

试验时，将养护至龄期的混凝土试块置于透水套筒中，采用一定胶结材料保证试块和套筒四周紧密接触且不透水。此时从透水套筒上部注水，水通过透水混凝土进入定位水桶，然后从出水管排出，透水性试验装置如图1所示。

 

当注入的水量和从出水管排出的水量达到平衡状态后，启动秒表，同时计量从水管排出的水量，透水性混凝土的透水系数^[1]计算公式为：

KT=QD/AH（t₂-t₁）        （1）

式（1）中：KT为水温T摄氏度时的透水系数，mm/s；Q为从时间t₁到t₂透过混凝土的水量，mm³；D为透水性混凝土试件的厚度，mm；A为混凝土透水面的面积，mm²；（t₂-t₁）为测定时间，s。

1.2.5 试件孔隙率的测定

将试件完全浸泡在清水中24h，测试水中的质量，然后把试件取出，再空气中干燥至恒重，测试多孔混凝土孔隙率，计算公式为：

 

式（2）中：V1为试件的体积，cm³； 为水的密度，g/cm³。

2 结果与讨论

2.1 水灰比对彩色透水混凝土性能的影响

在普通混凝土中，水灰比是混凝土配合比最重要的技术参数，在透水混凝土中，水灰比与其强度、透水性能和工作性直接相关，本次试验中采用的集料粒径为5mm～10mm碎石，水灰比对彩色透水混凝土性能的影响见表1。

      水灰比对于多孔透水混凝土力学性能的影响不同于普通混凝土，随着水灰比的下降，多孔透水混凝土的抗压强度变化不明显。从表1可以看出，在没掺减水剂的情况下，将水灰比从0.45降低到0.30，其抗压强度几乎没有增加，透水系数则略有增大。由此可见，水灰比并不是多孔透水混凝土力学性能的决定因素；在掺入减水剂与降低水灰比的情况下，多孔透水混凝土的抗压强度增加较大，其透水系数也有一定程度的提高。

对特定的某一骨料和水泥用量，存在最佳水灰比，此时透水混凝土才会具有最大的抗压强度。当水灰比小于这一最佳值时，水泥浆难以均匀地包裹所有的骨料颗粒，工作性变差，达不到适当的密度，不利于强度的提高；反之，如果水灰比过大，易产生离析，水泥浆会从骨料颗粒上滴下，混凝土的工作性和匀质性变差，形成不均匀的混凝土结构，影响混凝土的强度和透水性能。

2.2 胶集比对彩色透水混凝土性能的影响

同条件下，对比不同灰集比对透水混凝土性能的影响，根据试验结果绘制成图2。

      从图2可以看出，随着灰集比的降低、水泥用量的减少，试件的抗压强度逐渐降低，而其透水系数却有较大幅度的增高。这是因为透水混凝土的强度是由水泥浆体的黏结强度以及集料之间的机械咬合力两者共同决定的。在集料、水泥强度及制备方法相同的情况下，透水混凝土的抗压强度主要受水泥浆体黏结强度和黏结面积的影响。水泥用量越少，黏结面积以及黏结点的数量越少，透水混凝土的强度越低；相反，随着水泥用量的增大，骨料颗粒之间的黏结状况由点接触转变为面接触，黏结面积增大，透水混凝土的强度自然随之提高^[2]。由于水泥用量的增大，会导致集料之间原本连通的孔隙数量和孔径均减小，甚至堵塞孔隙，使孔道变得不连通，从而导致整个骨架透水的通道减少，透水系数降低。加之，水泥浆体具有一定的流变性，水泥用量的增大将使孔道被封堵的几率增大，因此多孔透水混凝土的孔隙率及透水系数随水泥用量的增多而显著下降。

2.3 集料粒径对彩色透水混凝土性能的影响

骨料是透水混凝土的结构骨架，骨料的粒径是决定透水混凝土性能的主要因素之一^[3]。骨料粒径越小，骨料的堆积密度越大，颗粒间的接触点越多，配置的透水混凝土强度越高，透水性越低；骨料粒径越大，比表面积越小，所形成的结构骨架单位体积内骨料颗粒之间接触点数量越少，胶结面积越小，可以提高透水混凝土的透水性，但会降低强度^[4]，集料粒径对彩色透水混凝土性能的影响见表2。

从表2可以看出，透水混凝土的强度与骨料粒径有着密切关系，同等条件下，单粒级集料制备透水混凝土时，骨料粒径越小，透水混凝土强度越高，反之，强度越低。这是因为在水泥用量一定的条件下，集料粒径越小，单位体积集料的比表面积越大，透水混凝土结构骨架内集料颗粒之间接触点数量就越多，总的胶结面积越大，从而提高混凝土的强度；相反，集料粒径越大，比表面积越小，总的胶结面积就越小，强度也就大幅度降低，同时用粒径大的集料制备的透水混凝土自身产生大孔洞等缺陷的几率比较大，这也对透水混凝土强度存在一定的影响。

2.4 搅拌工艺对彩色透水混凝土性能的影响

搅拌工艺对彩色透水混凝土性能的影响见表3。

       从表3可以看出，采用水泥裹石法时，多孔透水混凝土的孔隙率下降了1.8％，透水系数降低程度较小，而抗压强度大幅增长。可见，水泥裹石法能在保持多孔透水混凝土透水系数的条件下，大幅度提高其抗压强度，因此，它是值得推荐的搅拌工艺。另外，多孔透水混凝土的性能还受成型工艺与养护条件等因素的影响。振动成型工艺的要点在于控制好振动的时间，振动时间过短，试件不能很好密实；振动时间过长，水泥浆体容易从骨料上脱落并沉积到底部。由于多孔透水混凝土的抗压强度较低，又因多孔透水混凝土孔隙率较大且均是连通孔，水分容易蒸发，因此，早期的潮湿养护对其抗压强度的发展也非常重要。

2.5 彩色颜料对彩色透水混凝土性能的影响

用一定数量的粗、细骨料和水泥，掺入一定比例的颜料，可以得出彩色混凝土颜料掺量与颜色强度的关系。实验发现，不同着色力的颜料的掺量达到某一数值时，再增加其掺量，颜色强度也不再提高，这说明当掺入一定比例的颜料后，所有的水泥颗粒实际上已全被颜料颗料覆盖。如再继续提高颜料的掺入量，颜料将分成若干层包围水泥颗料而不会加深颜色，这种颜色不再加深时的掺量称为饱和点。通常，氧化铁颜料的饱和点为水泥重量的5％～10％，在配制铁红、棕和黑色时掺量为5％～7％。某一种颜料在掺量未达到饱和点时，其颜色强度随着掺量的增加其色调也在加深，如采用浅颜色时取下限量，鲜明的鲜色取中值，色调深一些时取l0％。如果颜料着色力强，饱和点低，可以获得最佳的颜色效果，在经济上也就最划算。所以，对于彩色透水混凝土而言，颜料的种类和掺量应根据具体情况进行调整^[5]。

结论

从上述研究可以看出：水灰比、灰集比、胶结材料强度、集料粒径对透水混凝土的强度和透水系数的影影响程度不尽相同。

从这几种因素对彩色混凝土性能的影响结果可以看出：骨料粒径、骨灰比能够显著影响多孔透水混凝土孔隙率、透水系数与抗压强度；水灰比对多孔透水混凝土的性能影响较小；水泥裹石法搅拌工艺能够使其抗压强度提高、孔隙率下降。

参考文献：

[1] 刘叶锋，朋改非．高强透水性混凝土材料试验研究[J]．混凝土，2005，(03)

[2] 蒋正武，孙振平，王培铭．若干因素对多孔透水混凝土性能的影响[J]．建筑材料学报，2005,8(05)

[3] 薛丽皎，陈丽红,林友军．骨料对透水混凝土性能的影响[J]．陕西理工学院学报(自然科学版)，2010,26(01)

[4] 张巨松，张添华．影响透水混凝土强度的因素探讨[J]．沈阳建筑大学学报(自然科学版)，2006，22(05)

[5] 祝序博．麻名珩．彩色混凝土颜料及其对混凝土性能的影响[J]．黑龙江交通科技，2002,(03)