CN116343956A - 一种表层透水混凝土配合比设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及表层透水混凝土配合比设计方法，选取合适的骨料、胶结料和外加剂；确定胶结料浆体水胶比；计算胶结料浆体的密度；确定设计理论孔隙率，根据体积法确定某一初始孔隙率下单方透水混凝土所需胶结料浆体；在不同梯度的击实强度下成型试件；在标准条件下养护表层透水混凝土试件，并在规定龄期进行测试其孔隙率、透水系数和抗压强度；确定击实强度与施工压实强度之间的线性关系，拟合出表层透水混凝土单位质量压实强度与孔隙率、透水系数和抗压强度之间的关系曲线；确定透水混凝土的配合比和压实强度。制备出的表层耐磨透水混凝土有效空隙率可控，抗压强度高，表面耐磨性高，施工性能与试验室试配性能偏差小，同时，一定程度能够上指导实际施工时压实设备选型(选取适当的压实输出功率)。

Description

一种表层透水混凝土配合比设计方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种透水混凝土配合比设计方法，尤其涉及一种表层透水混凝土配合比设计方法。
背景技术
随着城镇化建设的不断推进，城市中传统基础设施的劣势逐渐暴露，致使城市洪涝灾害、热岛效应等城市环境问题日益突出。透水混凝土是由骨料、胶凝材料、水和外加剂等拌制而成的一种多孔水泥混凝土，具有较强的透水功能和无可替代的装饰功能等，在营造良好的声、光、热等物理及生态环境方面具有独特的优势，是构建“海绵城市”和“公园城市”的主要建筑材料，对节约能源、改善环境、创造低碳社会具有重大促进意义。
目前，透水混凝土配合比设计基本参照《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T135中有关(绝对)体积法计算，即依据骨料的紧密堆积密度和设计孔隙率计算单位体积骨料用量和浆体体积，设定水灰比之后计算胶凝材料和用水量，从而确定最终的配合比，但该种方法配制出来的透水混凝土参数与理论设计参数有所偏差。特别是对表层透水混凝土而言，由于表为了防止杂质侵入透水混凝土内部，堵塞孔隙，使透水功能失效，表层结构透水混凝土一般采用小颗粒骨料(1.18mm～9.5mm)进行配制，颗粒表面积较大，需要较多的浆体包裹其表面，同时透水混凝土的粘聚性较大，易团聚，造成表层透水混凝土实际参数比理论参数偏差较大，有的甚至高达20％的，对透水混凝土质量的控制带来了较大的风险。
CN 108548914 A公开了一种基于骨料特性和裹浆厚度的透水混凝土配合比设计方法，该发明根据骨料紧密堆积原理和浆体均匀包裹模型，采用体积法，以骨料的紧密堆积密度、骨料比表面积和裹浆厚度为主要设计参数设计透水混凝土的配合比。但其浆体厚度和比表面积均是通过同时计算推定而得，是一种理想状态，实际中裹浆颗粒之间的粘结并非是“点与点”接触粘结，而是存在“面与面”之间的搭接，接触处的数目、接触处的粘结宽度等情况与透水混凝土的工作状态、力学性能及透水性能等关键指标密切相关。
CN 109305781 A公开了一种基于骨架结构的高强、高透水混凝土配合比设计方法，该方法根据透水混凝土骨架结构参数与性能指标、配合比参数间的关系，按照目标性能设计透水混凝土配合比，改发明考虑了接触点数目N、接触区宽度W、骨料间浆体厚度T，但该方法偏重理论，公式较为复杂，并且接触点数目、接触区宽度、骨料间浆体厚度由透水混凝土切片表面测得，实际操作较为复杂，不适合实际生产用预拌透水混凝土。
透水混凝土结构中下层通常采用大颗粒骨料配制而成，其接触区浆体搭接面积相对于骨料颗粒而言可忽略不计，相当于“点与点”接触，而表层透水混凝土采用较小颗粒的骨料配制而成，由于颗粒较细，裹浆骨料间接触区的面积相对更加显著，同时比表面积较大，表层透水混凝土的粘聚性相对较大，常有团聚现象发生，使得其实际的参数与理论配合比设计参数相差较大，不利于透水混凝土质量的控制与施工。实际上，在透水混凝土铺设施工时，表层透水混凝土的各参数受到压实情况的影响，表层透水混凝土的抗压强度、透水性能等跟其压实程度密切相关，压实程度越高，其裹浆骨料的挤压程度越严重，透水孔隙率降低，透水混凝土的抗压强度较高，而压实程度较低，颗粒间没有充分挤压接触，存在较多的透水孔隙，同时抗压强度较低。
此外，由于表层结构与外界接触，直接承受外界活动产生的冲击、摩擦力等，表层颗粒容易被剥落或者磨损，配制表层透水混凝土时也需要特别关注。
因此，在设计表层透水混凝土的时候应结合施工实际情况，考虑压实机械对表层透水混凝土的作用，考虑压实强度(压实情况)对表层透水混凝土性能的影响，使得施工后的表层透水混凝土性能指标与设计参数指标偏差较小，同时选用耐磨的骨料颗粒来增强表层透水混凝土的耐磨性，从而使得表层透水混凝土具有抗堵塞、透水、耐磨等优良的综合性能。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种同时表层透水混凝土配合比，主要针对透水混凝土路面结构层的表层结构。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种表层透水混凝土配合比设计方法，包含如下步骤：
1)选取合适的骨料、胶结料和外加剂；
2)确定胶结料浆体水胶比w；
3)计算胶结料浆体的密度；
4)确定设计理论孔隙率，根据体积法确定某一初始孔隙率下单方透水混凝土所需胶结料浆体；
5)配制表层透水混凝土，在成型箱中成型不同击实强度的表层透水混凝土，每个配合比多种不同梯度的击实强度，每种击实强度下成型多个试件；
6)在标准条件下养护表层透水混凝土试件，并在规定龄期进行测试其孔隙率、透水系数和抗压强度；
7)根据施工压实强度的损耗，确定击实强度与施工压实强度之间的线性关系，在X-Y平面坐标轴分别上描绘出表层透水混凝土单位质量压实强度对应孔隙率、透水系数和抗压强度，并分别拟合出表层透水混凝土单位质量压实强度与孔隙率、透水系数和抗压强度之间的关系曲线；
8)在关系图上选取满足条件的抗压强度及对应压实强度范围，选取满足条件的孔隙率和透水系数及对应压实强度范围并根据成本及实际情况，选择最优的压实强度及对应的透水系数、空孔隙率和抗压强度，进而确定透水混凝土的配合比；
9)若该组配合比不能满足要求，则进行配合比调整，并重新确定表层透水混凝土单位质量压实强度与孔隙率、透水系数和抗压强度之间的关系曲线，确定满足条件的混凝土配合比和压实强度。
具体的，各步骤为：
1)选取合适的骨料，确定骨料的捣实堆积密度、空隙率、吸水率以及表观密度；
选择高强耐磨性单粒级骨料，粒径为1.18mm～2.36mm或2.36mm～4.75mm或4.75mm～9.5mm中的一种，测试骨料的捣实堆积密度ρ堆、吸水率I吸以及表观密度ρ石，由此可得骨料捣实堆积空隙率V空为(1-ρ堆/ρ石)×100％；
2)确定水胶比，由于表层透水混凝土强度及耐磨性等要求高，水胶比范围一般为0.15～0.30，同时通过外加剂掺量(胶凝材料质量的1.0％～3.0％)来控制胶结料浆体扩展度为180mm±20mm；
3)根据水胶比w，胶凝材料组成及其密度(不考虑含气量)，计算出胶结料浆体的密度：
Figure BDA0004037147340000041
其中：ρ胶为胶结料浆体的密度；
m水为加入水的质量，kg；
ρ水为水的密度，kg/m3；
mc为加入水泥的质量，kg；
ρc为加入水泥的密度，kg/m3；
mi矿为加入的i种矿物掺合料质量，kg；
ρi矿为加入的i种矿物掺合料密度，kg/m3。
4)确定设计理论孔隙率e0，并参照《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T135中有关(绝对)体积法分别计算出在初始孔隙率e0-Δe下单方透水混凝土所需胶结料浆体(所需体积率为V空-(e0-Δe)-V引气)，Δe为初始孔隙率与理论孔隙率的差值，可正可负可为0，特别的当Δe＞0时，应考虑压实强度对孔隙率的影响，当Δe≤0时，可不考虑压实强度对孔隙率，因为在此情况下制备出的透水混凝土的的孔隙率均大于设计理论孔隙率e0，不存在压实强度过大时，使得孔隙率降低到e0以下的情况；
5)配制表层透水混凝土，在成型箱中成型不同击实强度的表层透水混凝土，每个配合比至少6种不同梯度的击实强度，每种击实强度下至少成型3个试件；
立方体抗压试件成型时，表层透水混凝土由套筒上部与套筒上端齐平的位置通过套筒中空内部自由落入到试模内，每次装入500g±5g表层透水混凝土，用小刀在相互垂直的两个方向各从试模一边向另一边均匀划实5次，用击实锤进行击实，首次进行击实时击实锤从击实锤的下缘高出套筒上端25±1mm的位置处自由落下，重复击实一定次数l后，再次装表层透水混凝土用击实锤进行击实一定次数l，每层击实时击实锤自由下落的位置均比上一次自由落下时的位置高25mm±1mm，如此反复装入表层透水混凝土并击实，直至最后一次透水混凝土在试模中上表面位置超过试模上端10mm以上，记录试件上表面对应在套筒中的刻度读数k以及装入表层透水混凝土的次数c，由此可以计算出表层透水混凝土单位质量的击实强度w透。试件成型应在透水混凝土初凝前完成
Figure BDA0004037147340000051
式中，w透为表层透水混凝土单位质量的击实强度，J/kg。
m锤为击实锤的质量，kg；
g为重力加速度，9.8m/s2；
h落为击实锤自由下落高度，m；
l为每层击实锤击实次数，次；
c为装入表层透水混凝土的次数，次；
m透为每层装入表层透水混凝土的质量，kg；
由于m锤、g、m透已知，同时由于击实锤在每层下落击实的位置均加了25mm±1mm，近似抵消了试模中存在表层透水混凝土带来的高度变化，击实锤自由下落高度h落可认为是套筒高度与试模内部高度之和，即0.6m，因此透水混凝土单位质量击实强度可近似化简为：
w透＝11.76l (3)
击实完成后取下套筒，去除超过试模上缘的表层透水混凝土颗粒并抹平表面，待24h后将表层透水混凝土进行脱模，立方体抗压试件便制备完成。从公式(3)中可以看出单位质量击实强度只与每层的击实次数有关，通过改变击实次数可以得到不同梯度击实强度的表层透水混凝土性能参数。
6)将脱模后的透水混凝土试件在标准条件下进行养护，并在规定龄期(28d)对其孔隙率、透水系数和抗压强度进行测试，每种击实强度下试件的测试结果取值参照《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T135)确定；
7)根据实际施工压实强度的损耗，确定击实强度与施工机械压实强度之间的线性关系，击实强度与实际施工时的压实强度有如下关系：w透＝αw施，其中α为实际施工时的压实强度与击实强度的换算系数，即实际施工时施工机械压实强度的有效作用强度系数，因为实际施工时常有部分作用功用于损耗，因此α的值小于1.0，一般可取值0.50～0.95，视施工机械的有效输出压实功而定。；在X-Y平面坐标轴分别上描绘出表层透水混凝土单位质量压实强度对应孔隙率、透水系数以及抗压强度，并通过软件分别拟合出表层透水混凝土单位质量压实强度与孔隙率、透水系数和抗压强度之间的关系曲线，分别如图6、图7和图8所示；
如图6中，v理为理论最小孔隙率，即是利用体积配合比法得出来的表层透水混凝土孔隙率，主要影响因素为骨料的振捣堆积空隙率和胶结料与骨料体积用量之比，但实际中无法达到，经过击实或者压实只能无限接近，因为始终有部分胶结料处于骨料间连接处，无法使得骨料直接接触，因而按照体积配合比法得出来的表层透水混凝土孔隙率始终无法达到，随着压实强度的增加只能无限接近利用体积配合比法得出来的表层透水混凝土孔隙率。
v初是未击实时表层透水混凝土的初始孔隙率，与胶结料的初始工作状态及相对用量有关，胶结料振动扩展度越大，初始孔隙率v初越小，反之，v初越大，但不影响理论最小孔隙率大小。同时，胶结料相对用量越多，初始孔隙率v初越小，反之，v初越大；由于胶结料的初始状态，即胶结料振动扩展度过大或过小都不利于透水混凝土颗粒间的粘结，影响理论最小孔隙率。一般胶结料扩展度为180mm±20mm，因此初始孔隙率v初就直接与胶结料的多少相关。
骨料占试模的体积
Figure BDA0004037147340000071
浆体占试模的体积
Figure BDA0004037147340000072
式中：L石为骨料占试模的体积，m3；
L浆为胶结料占试模的体积，m3；
m石为配制透水混凝土时加入的骨料质量，kg；
m浆为配制透水混凝土时加入的浆体质量，kg；
ρ石为骨料密度，kg/m3；
ρ浆为浆体密度，经由公式计算所得，kg/m3；
c为装入表层透水混凝土的次数，次；
m透为每层装入表层透水混凝土的质量，kg；
k为试件击实完成后上表面对应在套筒中的刻度读数k，m；
试模的体积为0.001m3，由此对应的试件孔隙率
Figure BDA0004037147340000073
图7为压实强度与透水混凝土透水系数的关系图，图7与图6趋势比较相近，但在图7中未施加压实强度时，测试透水系数是没有意义的，因此不能与X＝0时不能与Y轴相交，此外，当透水混凝土的压实强度无限大时，孔隙率是趋于理论最小孔隙率，而透水系数是趋于0，因为在无线压实强度下，连通孔隙会因流浆而堵塞，从而使得无法透水，但孔隙率却是始终存在的。
从图8中可以看出，表层透水混凝土在没有压实强度时，由于骨料间粘结松散，很难形成强度，随着压实强度的增大而抗压强度先迅速增大，这是因为压实使得裹浆骨料之间粘结紧密，并且压实使得孔隙率减小，透水混凝土的抗压强度迅速增加，而后随着压实强度的增大而抗压强度小幅增大，这是因为孔隙率已经趋于理论最小孔隙率，裹浆骨料间粘结已经很紧密，抗压强度增加空间较小，在某一压实强度时，其强度达到最大值，随后随着压实强度的增大反而略有减小，这是因为压实强度不断增大，骨料已然紧密接触，再增加压实强度会使得骨料颗粒受损，在粘结处和骨料内部造成微裂缝，从而削减表层透水混凝土的力学性能。
8)在步骤7)所得关系曲线上选取满足条件的抗压强度及对应压实强度范围，选取满足条件的孔隙率和透水系数及对应压实强度范围，并根据成本及实际情况，选择最优的压实强度及对应的透水系数、空孔隙率和抗压强度，进而确定透水混凝土的配合比；
8)在关系图上选取满足条件的抗压强度及对应压实强度范围，选取满足条件的孔隙率和透水系数及对应压实强度范围(如满足条件时图6中的A点，即要求孔隙率大于AY时，透水混凝土的压实强度不应超过AX；图7中的B点，即要求透水系数大于BY时，透水混凝土的压实强度不应超过BX；图8中的C点，即要求抗压强度大于CY时，透水混凝土的压实强度不应小于CX，范围内的重合区域即为该配合比下适宜的压实强度及性能范围，如未有重合区域则应调整配合比重新进行试验操作)，并根据成本及实际情况，选择最优的压实强度及对应的透水系数、空孔隙率和抗压强度，进而确定透水混凝土的配合比；
9)若该组配合比不能满足要求(未有压实强度重合区域)则进行配合比调整(可调整水胶比，胶凝材料组成，初始设计孔隙率，外加剂引气量等)，并重新确定表层透水混凝土单位质量压实强度与孔隙率、透水系数和抗压强度之间的关系曲线，确定满足条件的混凝土配合比和适宜的压实强度。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的表层透水混凝土配合比设计方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述水泥为强度等级不低于42.5级的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥；所述矿物掺合料为硅灰、Ⅰ级粉煤灰、S95矿粉的一种或几种。
作为上述技术方案的改进，所述骨料为单粒级骨料，进一步为1.18mm～2.36mm或2.36mm～4.75mm或4.75mm～9.5mm中的一种，其母岩强度不低于150MPa，岩石的坚固系数f≥10；其针片状颗粒依据《高性能混凝土用骨料》JG/T568测试，其含量不大于5％；骨料吸水率不大于2％。
作为上述技术方案的改进，所述外加剂为复合型外加剂，减水率为15％～20％，兼有引气、保水等多方面作用，引入含气量V引气(存在于浆体中的微小气孔)为混凝土毛体积的2％～5％，透水混凝土运输到施工现场的水分蒸发率不大于2％。
作为上述技术方案的改进，所述成型箱套筒、试模、击实锤构成，试模为钢材制成，内部尺寸为100mm×100mm×100mm，厚度不小于10mm，上部成凸形接口与套筒连接；套筒为透明材料制成，内部中空，内部尺寸为100mm×100mm×500mm，厚度不小于10mm，下端成凹形接口与试模连接，套筒外部有刻度，每格刻度为1mm，0刻度在与试模接触位置，量程不少于50mm；击实锤为99mm×99mm×50mm的矩型块，重量为1000g±5g，可以用来对表层透水混凝土施加击实功，同时成型100mm×100mm×100mm立方体抗压试件
作为上述技术方案的改进，所述步骤2)确定水胶比，胶结料浆体水胶比为0.15～0.30，依据《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB T8077-2012测试胶结料浆体扩展度为180mm±20mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明考虑了实际施工时施工机械对透水混凝土的作用强度，将压实强度引入到表层透水混凝土配合比设计中，使得表层透水混凝土设计参数更贴合施工实际参数，提升施工质量控制；
(2)表层透水混凝土直接承受荷载和外界环境作用等，对其性能要求相对较高，对其合理的配制和压实至关重要，考虑压实强度对施工选取合理的压实机械设备提供了有利的参考，对合理安排施工起到一定的积极作用。
(3)表层透水的孔隙率可根据刻度线读数等参数简单计算出来，可用于现场施工时对表层透水混凝土进行现场孔隙率测试，进而对其压实质量进行控制。
(4)采用耐磨材料进行表层透水混凝土配制，配制出的透水混凝土具有孔隙率和透水系数可控，抗压强度高，耐磨性好等优良综合性能等特点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1：透水混凝土裹浆颗粒“点与点”接触示意图；
图2：透水混凝土裹浆颗粒“面与面”接触示意图；
图3：试模示意图；
图4：套筒示意图；
图5：成型箱示意图；
图6：压实强度与透水混凝土孔隙率关系示意图；
图7：压实强度与透水混凝土透水系数关系示意图；
图8：压实强度与透水混凝土强度关系示意图；
图9：设计孔隙率为15％，初始孔隙率为14％时压实强度与透水混凝土孔隙率关系示意图；
图10：设计孔隙率为15％，初始孔隙率为14％时压实强度与透水混凝土透水系数关系示意图；
图11：设计孔隙率为15％，初始孔隙率为14％时压实强度与透水混凝土强度关系示意图；
图12：设计孔隙率为15％，初始孔隙率为18％时压实强度与透水混凝土孔隙率关系示意图；
图13：设计孔隙率为15％，初始孔隙率为18％时压实强度与透水混凝土透水系数关系示意图；
图14：设计孔隙率为15％，初始孔隙率为18％时压实强度与透水混凝土强度关系示意图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
实施例
包括以下步骤：
(1)选用P·O 42.5水泥、Ⅰ级粉煤灰作为胶结料、2.36mm～4.75mm的骨料配制表层耐磨混凝土，各原材料性能符合本发明权利要求书规定，并且设定水泥密度为3100kg/m3，Ⅰ级粉煤灰密度为2300kg/m3，骨料密度为2700kg/m3，捣实堆积密度为1650kg/m3，母岩强度为160MPa，岩石的坚固系数f＝10，其针片状颗粒含量为5％，骨料吸水率为2％；骨料捣实堆积空隙率V空为38.89％，复合型外加剂，减水率为16％，引入含气量为混凝土毛体积的4％，透水混凝土运输到施工现场的水分蒸发率为2％；
(2)初始水胶比设定为0.25，Ⅰ级粉煤灰掺量为胶凝材料的30％，通过外加剂掺量(胶凝材料质量的1.0％～3.0％)调控胶结料浆体扩展度为180mm±20mm；
(3)根据水胶比0.25，胶凝材料组成及其密度(不考虑含气量)，根据公式计算出胶结料浆体的密度：
Figure BDA0004037147340000111
实施例1
(4)设定设计理论孔隙率e0为15％，并参照《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T135中有关(绝对)体积法分别计算出在初始孔隙率在14％(e0-Δe为小于e0的某个值，这样才能在一定压实强度下获得孔隙率为e0)下单方透水混凝土所需胶结料浆体体积率为20.89％，假定初始1m3表层透水混凝土中骨料为1650kg，则所需浆体质量为430kg；
(5)按照(4)中理论体积配比配制表层透水混凝土，在成型箱中成型不同击实强度的表层透水混凝土，每个配合比至少6种不同梯度的击实强度(如8种梯度击实次数分别为2，4，6，8，10，12，14，16时，击实强度为23.52J/kg，47.04J/kg，70.56J/kg，94.08J/kg，117.6J/kg，141.12J/kg，164.64J/kg，188.16J/kg)，每种击实强度下成型3个试件，记录试件击实完成后上表面对应在套筒中的刻度读数k。
击实完成后取下套筒，去除超过试模上缘的表层透水混凝土颗粒并抹平表面，待24h后将表层透水混凝土进行脱模，立方体抗压试件便制备完成。
(6)将脱模后的透水混凝土试件在标准条件下进行养护，并在规定龄期(28d)对其孔隙率、透水系数和抗压强度进行测试，每种击实强度下试件的测试结果取值参照《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T135)确定；
(7)根据施工机械在压实表层透水混凝土时压实强度的损耗，确定压实强度的有效输出系数α，设定损耗值为10％，则有效作用强度系数α为0.9，w施＝w透÷α，单位质量击实强度换算为施工时单位质量压实强度为26.12J/kg，52.27J/kg，78.40J/kg，104.53J/kg，130.67J/kg，156.80J/kg，182.93J/kg，209.07J/kg)
(8)在X-Y平面坐标轴分别上描绘出表层透水混凝土单位质量压实强度对应孔隙率、透水系数以及抗压强度，并通过软件分别拟合出表层透水混凝土单位质量压实强度与孔隙率、透水系数和抗压强度之间的关系曲线，分别如图9、图10和图11所示；
(9)设定表层透水混凝土的孔隙率不小于15％，透水系数不小于10mm/s，抗压强度不小于30MPa，分别在图9、图10和图11上找出相对应的适宜范围的压实强度，要求孔隙率不小于15％时，透水混凝土的施工压实强度不应超过115.2J/kg(a(115.2,15))；要求透水系数大于10mm/s时，透水混凝土的施工压实强度不应超过101.3J/kg(b(101.3,10))；要求抗压强度大于30MPa时，透水混凝土的施工压实强度不应小于86.5J/kg(c(86.5,30))，重合的压实强度区域范围86.5J/kg～101.3J/kg，因此在表层透水混凝土施工时适宜的单位质量压实强度为86.5J/kg～101.3J/kg，可由此选择适宜的施工压实机具。
若孔隙率控制在16％，引气量为4％，则单位体积内骨料和浆体的体积含量为0.80m3，需要的压实强度为98.6J/kg，初始配比中骨料和浆体的质量分别为1650kg和430kg，因此0.80m3内浆体和骨料的质量比依旧为430:1650，而浆体和骨料的密度已知，由此可以得出单位体积内浆体的质量为425kg/m3，单位体积内骨料的质量为1630kg/m3，故将配合比修订为每方透水混凝土中骨料为1610kg/m3，浆体的质量为420kg/m3，(水泥质量为258kg/m3，粉煤灰质量为78kg/m3，水质量为84kg/m3，外加剂由于用量极少，可不做考虑，主要考虑外加剂对浆体流动性及含气量的影响)。
将配制的表层耐磨透水混凝土在压实强度为98.6J/kg时施工后测试其孔隙率为15.9％，透水系数为11.8mm/s，28d抗压强度高达32.5MPa，耐磨度Ia(磨头转数(千转)与磨槽深度(mm)之比)为2.5，具备了良好的综合性能，完全符合设计要求。
此外，还可以找出确定的压实强度对应的孔隙率、透水系数和抗压强度，即可在实际施工时规定施工机械强度情况下判断该配合比的表层透水混凝土浇筑施工性能是否符合预定设计要求(如施工机械压实强度仅能满足80J/kg时，此时无法同时满足良好的孔隙率、透水系数和抗压强度，应调整配合比，以使得施工机械对透水混凝土施工时能同时满足多项性能)，便于对表层透水混凝土进行质量控制。
实施例2
(4)在实施例中各种原材料性能参数不变的情况下，设定设计理论孔隙率e0为15％，并参照《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T135中有关(绝对)体积法分别计算出在初始孔隙率在18％(孔隙率能得到保障，压实强度无限大时，孔隙率无限接近18％，均大于15％孔隙率)下单方透水混凝土所需胶结料浆体体积率为16.89％，假定1m3表层透水混凝土中骨料为1600kg，则所需浆体质量为348kg；
(5)按照(4)中理论体积配比配制表层透水混凝土，在成型箱中成型不同击实强度的表层透水混凝土，每个配合比至少6种不同梯度的击实强度(如8种梯度击实次数分别为2，4，6，8，10，12，14，16时，击实强度为23.52J/kg，47.04J/kg，70.56J/kg，94.08J/kg，117.6J/kg，141.12J/kg，164.64J/kg，188.16J/kg)，每种击实强度下成型3个试件，记录试件击实完成后上表面对应在套筒中的刻度读数k。
击实完成后取下套筒，去除超过试模上缘的表层透水混凝土颗粒并抹平表面，待24h后将表层透水混凝土进行脱模，立方体抗压试件便制备完成。
(6)将脱模后的透水混凝土试件在标准条件下进行养护，并在规定龄期(28d)对其孔隙率、透水系数和抗压强度进行测试，每种击实强度下试件的测试结果取值参照《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T135)确定；
(7)根据施工机械在压实表层透水混凝土时压实强度的损耗，确定压实强度的有效输出系数α，设定损耗值为10％，则有效作用强度系数α为0.9，w施＝w透÷α，单位质量击实强度换算为单位质量压实强度为26.12J/kg，52.27J/kg，78.40J/kg，104.53J/kg，130.67J/kg，156.80J/kg，182.93J/kg，209.07J/kg)
(8)在X-Y平面坐标轴分别上描绘出表层透水混凝土单位质量压实强度对应孔隙率、透水系数以及抗压强度，并通过软件分别拟合出表层透水混凝土单位质量压实强度与孔隙率、透水系数和抗压强度之间的关系曲线，分别如图12、图13和图14所示；
(9)设定表层透水混凝土的孔隙率不小于15％，透水系数不小于10mm/s，抗压强度不小于30MPa，在图12中的孔隙率均满足，图13和图14上找出相对应的适宜范围的压实强度，要求透水系数大于10mm/s时，透水混凝土的压实强度不应超过116.2J/kg(b(117.2，10))；要求抗压强度大于30MPa时，透水混凝土的压实强度不应小于128.8J/kg(c(129.4，30))，无重合的压实强度区域范围，因此该配合比下不满足要求，应重新调整配合比。
综上实施例，本发明结合施工机械情况，明确了压实强度对透水混凝土性能的影响，可根据现有配合比确定透水混凝土的适宜压实强度，为合理选用施工机械和配制适宜的表层耐磨透水混凝土等提供参考，保证透水混凝土路面性能指标达到预期效果。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种表层透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，包含如下步骤：
1)选取合适的骨料、胶结料和外加剂；
2)确定胶结料浆体水胶比w；
3)计算胶结料浆体的密度；
4)确定设计理论孔隙率，根据体积法确定某一初始孔隙率下单方透水混凝土所需胶结料浆体；
5)配制表层透水混凝土，在成型箱中成型不同击实强度的表层透水混凝土，每个配合比多种不同梯度的击实强度，每种击实强度下成型多个试件；
6)在标准条件下养护表层透水混凝土试件，并在规定龄期进行测试其孔隙率、透水系数和抗压强度；
7)根据施工压实强度的损耗，确定击实强度与施工压实强度之间的线性关系，在X-Y平面坐标轴分别上描绘出表层透水混凝土单位质量压实强度对应孔隙率、透水系数和抗压强度，并分别拟合出表层透水混凝土单位质量压实强度与孔隙率、透水系数和抗压强度之间的关系曲线；
8)在关系图上选取满足条件的抗压强度及对应压实强度范围，选取满足条件的孔隙率和透水系数及对应压实强度范围并根据成本及实际情况，选择最优的压实强度及对应的透水系数、空孔隙率和抗压强度，进而确定透水混凝土的配合比；
9)若该组配合比不能满足要求，则进行配合比调整，并重新确定表层透水混凝土单位质量压实强度与孔隙率、透水系数和抗压强度之间的关系曲线，确定满足条件的混凝土配合比和压实强度。
2.根据权利要求1所述的一种表层透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述骨料为高强耐磨性单粒级骨料，其粒径为1.18mm～2.36mm或2.36mm～4.75mm或4.75mm～9.5mm中的一种，其母岩强度不低于150MPa，岩石的坚固系数f≥10，其针片状颗粒含量不大于5％，骨料吸水率不大于2％。
3.根据权利要求1或2所述的一种表层透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述胶结料选用水泥和矿物掺合料。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种表层透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，水泥为强度等级不低于42.5级的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥；矿物掺合料为硅灰、Ⅰ级粉煤灰、S95矿粉的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种表层透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述外加剂为复合型外加剂，减水率为15％～20％，引入含气量V引气(存在于浆体中的微小气孔)为混凝土毛体积的2％～5％，透水混凝土运输到施工现场的水分蒸发率不大于2％。
6.根据权利要求1所述的一种表层透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述水胶比的范围为0.15～0.30，胶结料浆体扩展度为180mm±20mm。
7.根据权利要求1所述的一种表层透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述S5中所采用成型箱由套筒、试模、击实锤构成，试模为钢材制成，上部成凸形接口与套筒连接；套筒为透明材料制成，内部中空，下端成凹形接口与试模连接，套筒外部有刻度，每格刻度为1mm，0刻度在与试模接触位置，量程不少于50mm；击实锤为矩型块，重量为1000g±5g。
8.根据权利要求7所述的一种表层透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，试模内部尺寸为100mm×100mm×100mm，厚度不小于10mm；套筒内部尺寸为100mm×100mm×500mm，厚度不小于10mm；击实锤尺寸为99mm×99mm×50mm。
9.根据权利要求7或8所述的一种表层透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，在成型箱内成型立方体抗压试件成型时，表层透水混凝土由套筒上部与套筒上端齐平的位置通过套筒中空内部自由落入到试模内，每次装入m透的表层透水混凝土，用工具在相互垂直的两个方向各从试模一边向另一边均匀划实多次，用击实锤进行击实，首次进行击实时击实锤从击实锤的下缘高出套筒上端h的位置处自由落下，重复击实一定次数l后，再次装表层透水混凝土用击实锤进行击实一定次数l，每层击实时击实锤自由下落的位置均比上一次自由落下时的位置高h，如此反复装入表层透水混凝土并击实，直至最后一次透水混凝土在试模中上表面位置超过试模上端，记录试件上表面对应在套筒中的刻度读数k以及装入表层透水混凝土的次数c，由此可以计算出表层透水混凝土单位质量的击实强度w透，击实完成后取下套筒，去除超过试模上缘的表层透水混凝土颗粒并抹平表面，待预定成型时间后将表层透水混凝土进行脱模，立方体抗压试件便制备完成。
10.根据权利要求1所述的一种表层透水混凝土配合比设计方法，其特征在于，击实强度与施工压实强度有如下关系：w透＝αw施，其中α为施工压实强度与击实强度的换算系数，α的值小于1.0。
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