黄金林，李 青，陆金驰，唐贵和

（华南农业大学水利与土木工程学院 广州510640）

0 引言

混凝土路面由于经济、舒适及耐久性好而得到广泛的工程应用，但这种材料阻断了水和气与路基土体之间的联系，从而带来一系列的生态环境问题［1-5］。为了解决混凝土路面的不利影响，人们考虑用透水混凝土代替传统混凝土作为路面材料，并在人行道、公园、停车场等场地开展了工程应用和推广。由于水与气能通过透水混凝土渗入地下土体，可有效地缓解雨水内涝和其他生态环境的不利影响，但透水混凝土的多孔结构特性也造成了混凝土强度低、耐久性差的问题，从而制约了透水混凝土在城市路面的工程应用。为解决这一矛盾，研究人员对混凝土的骨料及级配、水胶比、设计孔隙率等方面进行了研究［6-10］；徐仁崇等人［11］对成型方式进行研究；Jiang 等人［12］对掺入玄武岩纤维进行了研究。为配制抗压强度大于30 MPa，透水系数大于1.0 mm/s 的透水混凝土的材料及设计方法［13，14］，本文提出在透水混凝土中掺入硅灰和钢纤维，为今后在工程中的应用和设计提供数据和依据。

1 试验材料及方法

1.1 原材料

本试验选用普通硅酸盐水泥P.O42.5R；选用的硅灰SiO2含量大于94%。粗骨料选用粒径为5～10 mm的单一级配的辉绿岩骨料，表观密度为2 900 kg/m³，堆积密度为1 750 kg/m³。聚丙烯纤维密度为910 kg/m³，当量直径为31.2 μm，长度19 mm，拉伸强度为565 MPa。选用活性成分大于90%的QS-8020 聚羧酸高效减水剂。

1.2 配合比及成型

根据前期研究［13］，粗骨料为5～10 mm 的辉绿岩透水混凝土最优配合比为：水胶比0.25，目标孔隙率18%。本文研究的硅灰设计掺量为水泥量的3%、6%、9%；聚丙烯纤维0.5%、1.0%、1.5%。采用压制成型，成型压力为1.5 MPa。混凝土试件经过24 h 成型后，脱模，放在标准养护环境下养护28 d，再进行相关试验。

2 试验结果及讨论

2.1 聚丙烯纤维透水混凝土

在普通透水混凝土基础上掺入体积掺量为0.5%、1.0%、1.5%的聚丙烯纤维，得到聚丙烯纤维透水混凝土的力学性能和渗透系数，试验结果如图1所示。

相比普通透水混凝土的立方体抗压强度，掺入聚丙烯纤维的透水混凝土强度会降低，当聚丙烯纤维掺量分别为0.5%、1.0%、1.5%时，透水混凝土的抗压强度分别降低12.3%、6.1%、19.0%。相比普通透水混凝土的渗透系数，掺入丙烯纤维掺量的透水混凝土的渗透系数会增加，当聚丙烯纤维掺量为0.5%、1.0%、1.5%时，透水混凝土的渗透系数分别增加36.4%、61.8%、71.1%。综合上述，聚丙烯纤维的透水混凝土最佳聚丙烯纤维掺量为1.0%，此时透水混凝土的抗压强度为30.8 MPa，渗透系数为2.80 mm/s。造成这一现象的主要原因是掺入混凝土的聚丙烯纤维相当于混凝土中的加筋，但由于聚丙烯纤维是一种低弹模材料，变形较大，纤维承担的荷载并不大，并且透水混凝土中没有或很少细骨料填充，导致纤维与混凝土并不能有效粘结，受力较大时，纤维和混凝土容易脱开，混凝土中纤维网状的结构能有效增加渗透通道，掺入聚丙烯纤维对透水混凝土的强度效果不明显，但对混凝土的渗透性有利。

图1 聚丙烯纤维透水混凝土试验Fig.1 Effect of Polypropylene Fibers on Pervious Concrete

2.2 硅灰透水混凝土

硅灰对透水混凝土强度和渗透系数的影响如图2所示，透水混凝土抗压强度随着硅灰掺量的增加而增加，透水系数随硅灰掺量增加先增大后减小，当硅灰掺量为6%时达到最大。这主要是因为硅灰石是一种颗粒细小的火山灰活性粉末，与普通硅酸盐水泥相比，更有利于硅灰中SiO2与水化时析出的Ca（OH）2化合，减少了浆体中Ca（OH）2的含量，生成C-S-H 凝胶，提高强度。其次硅灰小颗粒的填充作用改善了浆体的界面结构。当硅灰掺量过大时，混凝土拌和料过大的流动性造成多余的浆体向下流动，聚集在试件底部，堵塞了透水混凝土的渗透通道，减小了其渗透性。

2.3 双掺聚丙烯纤维和硅灰的透水混凝土

图2 硅灰透水混凝土性能Fig.2 Effect of Silica Fume on Pervious Concrete

双掺聚丙烯纤维（0.5%、1.0%、1.5%）和硅灰（3%、6%、9%）的透水混凝土的抗压强度、渗透系数如图3所示。相同条件下，硅灰掺量越高，抗压强度越高，而掺入聚丙烯纤维对强度不利，聚丙烯纤维透水混凝土强度会降低，但聚丙烯纤维掺量为1.0%的透水混凝土降低幅度最小。相对于普通透水混凝土，双掺1%聚丙烯纤维和3%、6%和9%硅灰的透水混凝土立方体抗压强度分别增加1.5%、7.8%和26.2%；渗透系数分别增加98.3%、63.6%、50.9%。考虑到对抗压强度和透水性的综合影响，双掺聚丙烯纤维和硅灰时，最优掺量为聚丙烯纤维1.0%、硅灰为6%，透水混凝土抗压强度为35.4 MPa 渗透系数为2.76 mm/s，透水混凝土力学性能较好且透水性也满足大于1 mm/s的要求。

图3 双掺聚丙烯纤维和硅灰透水混凝土Fig.3 Effect of Double-mixed Polypropylene Fiber and Silica Fume on Pervious Concrete

3 结论

对粒径为5～10 mm 的辉绿岩骨料，水胶比0.25、设计孔隙率18%的透水混凝土，通过掺入聚丙烯纤维和硅灰，透水混凝土得出如下结论：

⑴单掺聚丙烯纤维的透水混凝土最佳掺量为1.0%，其抗压强度为30.8 MPa，渗透系数为2.80 mm/s。

⑵单掺硅灰的透水混凝土最优掺量为6.0%，其抗压强度为36.4 MPa，渗透系数为3.02 mm/s。

⑶双掺聚丙烯纤维和硅灰的透水混凝土最优掺量为聚丙烯纤维1.0%，硅灰6.0%，其抗压强度为35.4 MPa，渗透系数为2.76 mm/s。