一种评价新拌透水混凝土工作性能的装置及方法与流程

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种对透水混凝土工作性能进行评价的方法。

背景技术：

一、透水混凝土的优点及用途

透水混凝土是指一种允许水流从其中透过的多孔混凝土。与普通混凝土相比较而言，透水混凝土有着如下的优点：

1.补充地下水资源。透水混凝土及其配套的结构使得地表的雨水可以渗透到土壤中，土壤中的雨水可以起到补充地下水资源的作用。而地下水在农业生产，土壤沙漠化治理，土壤盐渍化改善等方面有着重要的作用。

2.缓解城市内涝。城市降雨量较大时，透水混凝土能够有效的降低地表径流的峰值，改善地表径流。雨水能够通过透水混凝土渗入土壤中，在一定程度上能够缓解城市内涝，同时对土壤及其中的生物进行水分补充；而天气较为干燥时，土壤中较多的水分会通过透水混凝土蒸发到地表，降低地表温度，缓解城市热岛效应。

3.减少城市的噪声污染。透水混凝土由于其多孔的结构具有吸声的特性。当声波传播到透水混凝土的表面的时候，会引起表面孔隙之中的空气振动，而由于摩擦和空气的粘滞阻力作用，一部分声能将转化为热能，使得声波衰减，起到了吸收声能的作用。而另一方面，汽车轮胎行驶在透水混凝土的路面上时，轮胎纹理压缩空气爆破形成的噪声强度降低。随着城市的发展，高空建筑，飞机以及汽车所带来的噪声越来越多，透水混凝土在实现透水的同时也具有吸声降噪的功能。

4.水体净化和保护生物多样性。透水混凝土能够对透过其中的水体起到初步的净化效果，相比较于普通的混凝土而言，透水混凝土能够保护其下土壤中的动植物及微生物的生存环境，保证了生态的多样性，体现了自然生物环境的可持续发展的要求。

对透水混凝土的研究，欧美及日本等发达国家研究开展的较早，技术相对成熟。日本于上世纪70年代后期为解决“因抽取地下水而引起地基下沉”等问题，提出了“雨水的地下还原政策”，着手开发透水性混凝土铺装，并研究了透水性混凝土铺装材料的透水系数与孔隙率和强度的关系。透水性混凝土主要应用在停车场、公园、人行道、住宅小区、高速公路的中央分隔带及路肩等处。美国一般将透水性混凝土称为无细集料混凝土。美国的佛罗里达，新墨西哥和犹它州已将无细集料混凝土作路面面层材料用于停车区路段，大多数工程建在佛罗里达州。目前我国城市化水平发展较快，而在城市化的发展过程中，非透水性的水泥混凝土路面逐渐取代了原有的绿色植被，改变了自然土壤植被及下垫层的天然可渗透属性。这种改变带来了一系列的生态问题，在暴雨天气中，由于非透水性的水泥混凝土的存在，雨水会在地表聚集形成地表径流，而地表径流的水一般通过城市的排水系统进入到江河湖海中，并不能对地下水进行补充。自“海绵城市”的政策提出来以后，有关透水混凝土的研究得到了足够的重视，在我国，透水混凝土也主要是应用于人行道，公园，风景区，停车场等地方。

二、透水混凝土工作性能的重要性

透水水泥混凝土是一种由单级配粗骨料和胶凝材料加水混合之后配制而成的存在连续孔隙的混凝土。目前对于透水混凝土的研究主要集中在透水混凝土的强度、孔隙率和耐久性方面，而对于透水混凝土的工作性能的研究较少。而在实际的试验和研究中发现，透水混凝土的强度，透水性和耐久性都直接与透水混凝土的工作性能有关。

新拌透水混凝土的工作性能对硬化以后透水混凝土的强度，孔隙率和透水性有着直接的影响。实际试验及相关的文献均表明：当新拌透水混凝土的浆体流动性较大且水泥浆体用量较多时，在试验室模具中成型的透水混凝土会出现底部封堵的情形，而在实际施工中较多的浆体会流入下层结构中，导致透水混凝土的浆体的量减少，影响透水混凝土的强度和透水性。而当新拌透水混凝土的浆体流动度太小时，由于浆体粘度过大，振动过程中不能使浆体均匀包裹骨料表面，且不能够使得透水混凝土骨料堆积的足够密实，导致透水混凝土强度的下降。目前透水混凝土实际施工时，通常采用简单拍实的方法进行，如振动则浆体会流到下部，堵塞孔隙。因此新拌透水混凝土的工作性能对硬化以后透水混凝土的强度，孔隙率和耐久性有着重要的影响。寻求一种对新拌透水混凝土工作性能的表征方法，从而确定合适的浆体流动度和合适的浆体用量，对透水混凝土的工程应用有着重要的指导意义。

三、评价透水混凝土工作性能的传统方法及局限性

目前关于新拌透水混凝土工作性能的研究较少，不少研究者均认为传统的普通混凝土测试坍落度来评价混凝土工作性能的方法并不能适用于透水混凝土。因此研究者将透水混凝土分为粗骨料和水泥浆体两部分，通过水泥浆体的跳桌试验来评价浆体的流动性，从而确定透水混凝土的工作性能。或者在透水混凝土的拌合过程观察单颗粒的透水混凝土的表面是否具有金属光泽来判断透水混凝土的工作性能。这种方法在很大程度上依赖于人员的经验，并不能定量的对透水混凝土的工作性能进行表征。

传统的判断透水混凝土工作性能的方法有着很大的局限性。在粗骨料粒径保持一定的条件下，透水混凝土的工作性能不仅仅与水泥浆体的粘度有关，而且与水泥浆体的用量有关。而跳桌法测试水泥浆体的流动度，只能够评价水泥浆体的粘度而并没有考虑水泥浆体的用量，因此其对于透水混凝土工作性的评价是局限的，不全面的。仅仅考虑水泥浆体的粘度对于实际施工意义不大。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的在于设计一种评价新拌透水混凝土工作性能的装置及方法。利用该试验方法能够定量的评价透水混凝土的工作性能，从而确保所制备的透水混凝土在施工时不会出现底部封堵的现象并且具有良好的工作性能。

技术方案：本发明的一种评价新拌透水混凝土工作性能的装置由上下两部分组成，该装置的上部是漏底圆柱筒，该圆柱筒的底部带有网格，在底部四周外侧设有四个对称的螺丝孔；该装置下部是平底圆柱筒，其内径和外经分别与该装置上部的漏底圆柱筒相同，高度为该装置的上部漏底圆柱筒高度的一半，且底端封口，在与上部漏底圆柱筒连接的一端外侧，对应设置四个螺丝孔，螺栓穿过该装置上部的漏底圆柱筒和下部的平底圆柱筒，将上下两部分固定成一体。

其中：

所述漏底圆柱筒底部带有的网格，间距由所配制透水混凝土所用粗骨料的最小粒径决定，即粗骨料的最小粒径为3mm时，选用2.36mm的网格线间距；粗骨料的最小粒径为5mm时，选用4.75mm的网格线间距；粗骨料的最小粒径为10mm时，选用9.5mm的网格线间距。

所述装置的漏底圆柱筒和平底圆柱筒筒壁由3mm厚的钢材制成，确保在装入透水混凝土以后，振动试验装置时不发生变形。

本发明所述装置的评价新拌透水混凝土工作性能的方法为：将新拌透水混凝土分两层装入所述装置的上半部分即漏底圆柱筒，每一层在装入的过程中由外向内插捣多次，使透水混凝土密实，装满透水混凝土后将透水混凝土的表面抹平；将所述装置的上下两部分通过螺丝固定住，开启振动台，称量透过网格的浆体质量，依据透过的浆体质量与装入试验装置中浆体总质量的百分比来评价透水混凝土的工作性能。

其中:

所述依据透过的浆体质量与装入试验装置中浆体总质量的百分比来评价透水混凝土的工作性能，具体为：称量装入试验装置中的新拌透水混凝土的总质量记为W₁，利用所设计的透水混凝土的配比中骨料与浆体的质量比值m来计算总浆体的W_总，具体计算公式如下：W_总＝1/(1+m)*W₁，其中m＝配比中骨料的质量/(胶凝材料的质量+水的质量)。

所述称量透过网格的浆体质量，具体为：先称量该装置平底圆柱筒的质量W2，再称量振动以后平底圆柱筒和透过的浆体的总质量W3，计算透过网格的浆体质量W_浆＝W3-W2。

所述依据透过网格的浆体质量W_浆与装入该装置中透水混凝土所含的浆体的总质量W_总的比值η来评价透水混凝土的工作性能，具体为：η＝W_浆/W_总；若0<η<4％时，透水混凝土的水泥浆体过干，流动性太差，不利于施工以及后期强度的增长，需要适当增加用水量来改善浆体流动度；当4％<η<10％时，透水混凝土的工作性能很好，对施工有利；而当η>10％时，透水混凝土的水泥浆体流动度过大，会造成水泥浆体流入到透水混凝土下层结构中，需要对透水混凝土的配合比进行修改。

有益效果：本评价方法可以定量的评价新拌透水混凝土的工作性能，并对新拌透水混凝土施工和配合比设计进行有效的指导。利用该试验方法能够定量的评价透水混凝土的工作性能，从而确保所制备的透水混凝土在施工时不会出现底部封堵的现象并且具有良好的工作性能。

附图说明

图1是透水混凝土工作性能评价的基本流程，

图2是整个试验装置的结构示意图，

图3是图2的剖视图。

图4是图2的俯视图。

图中有：漏底圆柱筒1，网格2，螺栓3，平底圆柱筒4，筒壁5。

具体实施方式

本发明所设计的新拌透水混凝土工作性能的评价方法是基于一种自主设计的试验装置，该试验装置具体描述如下：

试验装置为圆筒状的钢制品，分为上下两部分。上部是内径为100mm，高度为100mm，壁厚为3mm的圆柱筒，圆柱筒的底部带有按规定排列的网格线。试验装置的下部是内径为100mm，高度为50mm一端封口的圆柱形筒。试验装置的上下两部分通过螺丝固定在一起。试验装置上半底部的网格线用强度较高的钢丝布成。网格线的间距依据配制透水混凝土所用粗骨料的最小粒径来决定。例如：粗骨料最小粒径为5mm，可由骨料透过边长为4.75mm的方孔筛获得，因此将网格线间距设置为4.75mm左右。粗骨料最小粒径为3mm网格线的间距设置为2.36mm，最小粒径为10mm的骨料网格线设置为9.5mm。

所设计试验装置如图2所示。

新拌透水混凝土的工作性能的评价方法(试验流程如图1所示)，具体如下：

1.配制相应的透水混凝土5L左右。

2.将配制好的透水混凝土分两层装入试验装置，每层由外向内插捣10次，使透水混凝土密实，装满透水混凝土后将透水混凝土的表面抹平。称量所装入试验装置中的总新拌透水混凝土的质量，记为W₁。利用所设计的透水混凝土的配比中骨料与浆体的质量比值m来计算总浆体的W_总。具体计算公式如下：W_总＝1/(1+m)*W₁。m＝配比中骨料的质量/(胶凝材料的质量+水的质量)。

4.先称量试验装置底盘的质量W2。组装好试验装置，将试验装置放到混凝土振动台上，开动振动台2-3min，待振动台停止后，取下试验装置，称量振动以后试验装置底盘和透过浆体的质量W3，计算透过的水泥浆体的质量W_浆＝W3-W2，W_浆即为透过网格的浆体质量。

5.通过透过网格的浆体质量(W_浆)与装入试验装置中透水混凝土所含的浆体的总质量(W_总)的比值来评价透水混凝土的工作性能，将该比值记为η，即η＝W_浆/W_总。若0<η<4％时，透水混凝土的水泥浆体过干，流动性太差，不利于施工以及后期强度的增长，需要适当增加用水量来改善浆体流动度；当4％<η<10％时，透水混凝土的工作性能很好，对施工有利；而当η>10％时，透水混凝土的水泥浆体流动度过大，会造成水泥浆体流入到透水混凝土下层结构中，需要对透水混凝土的配合比进行修改。

实施例：

一、试验所用配合比及试验结果

1.试验所用配合比：

试验所用原材料如表下所述，所用配合比如表1所示

表1试验所用配合比

在该5组的配合比中为了降低其他因素对试验结果的影响仅使用水泥，水和外加剂，所使用的骨料为石灰岩，粒径为5-10mm，水泥是P·I52.5型水泥，水为普通自来水，外加剂是上海固佳化工科技有限公司生产的GT-YS型木钙类减水剂，其固含量为12.7％，外加剂掺量为水泥质量的2.5％。试验中固定骨料和水泥用量之间的比值为4，即固定水泥用量不变，通过改变水灰比来改变透水混凝土的工作性能，并对其工作性能进行评价。

2.试验步骤及结果：

试验步骤：

1)按照所列配合比先成型足够量的透水混凝土。

2)称量装入上部试验装置中的总的新拌透水混凝土的质量，记为W₁。利用所设计的透水混凝土的配比中骨料与浆体的质量比值m来计算总浆体的质量W_总。具体计算公式如下：W_总＝1/(1+m)*W₁。m＝配比中骨料的质量/(胶凝材料的质量+水的质量)。

3)先称量试验装置底盘的质量W2，将配制好的透水混凝土分两层装入，每装入一层之后用刮刀或者短棒将混凝土捣实，每层由外层向中心插捣10下。待试验装置的圆筒状的内部完全填充了透水混凝土之后，将表面的透水混凝土颗粒刮去，并抹平表面，组装好试验装置，以上试验要在混凝土配制完以后15min以内完成。将试验装置放到混凝土振动台上，开动振动台振动135s。关闭振动台，拧下螺丝将试验装置的上半部分移开，称量振动以后试验装置底盘的和透过的浆体的总质量W3，计算W_浆＝W3-W2。W_浆即为透过网格的浆体质量。

4)依据公式η＝W_浆/W_总，计算η。在依据下表对透水混凝土的工作性能进行评价。

表2利用η判别透水混凝土工作性能

试验结果：试验所得的实验结果如下表所示

表3实际试验中的η与底部封堵之间的关系

由试验结果可以看出：组别G4W1中η为1.3％，低于4％。在拌合的过程中水泥浆体的状态过于干燥，在水泥浆体的表面并没有多少水渍，透水混凝土的工作性能较差，不能够流动，需要依靠振动才能够使得浆体液化，使得透水混凝土的颗粒能够胶结起来。由上表中的底部封堵图片可以看出该组底部不会封堵。组别G4W2和G4W3中η分别为4.4％和8.4％，介于4％和10％之间。在拌合的过程中透水混凝土具有一定的流动度，透水混凝土的颗粒表面有较为明显的金属光泽，透水混凝土的施工性能较好，具有一定的流动度，在振动的过程中底部也不会出现底部封堵。组别G4W4和G4W5中η分别为12.8％和18.2％，大于10％。此时透水混凝土的浆体过湿，浆体的流动度过大，混凝土颗粒的表面光泽很明显。但由于浆体的流动度较大，在振动条件下，较多的浆体会流入到透水混凝土下层结构中，如上表中组别G4W4和G4W5所对应的底部封堵的照片所示，该两组的试块在底部会聚集较多的水泥浆体，造成底部封堵的现象，会严重影响透水性，使得透水混凝土散失了其透水的功能性。而在实际工程中，较多的水泥浆体会流入到下层结构中，造成材料的浪费和性能的降低。