多孔贫混凝土配合比设计方法研究

摘要：多孔贫混凝土作为路面排水基层材料在公路工程中得到了广泛的应用，本文对材料作为路面排水基层材料的多孔贫混凝土的组成材料、集料级配组成设计、多孔贫混凝土配合比设计进行研究，提出多孔贫混凝土的配合比设计三大标准，即空隙率、渗透系数和强度。在大量经验数据基础上，对多孔混凝土振动成型方法进行改进，为施工提供指导。
关键词：多孔贫混凝土原材料级配设计配合比 成型方法
abstract: as the material of road drainage layer, porous lean concrete has been widely used in highway engineering. the paper makes a research on the constituent material, aggregate gradation design, and mix ratio of porous lean concrete, puts forward the three standards of the mix ratio:porosity, permeability and strength, and based on a large number of empirical data, improves the vibration molding method of porous concrete, providing guidance for the construction.
key words: porous lean concrete; raw materials; gradation design;mix ratio; molding method
中图分类号：tu377 文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）

水是造成路面结构过早损坏的原因。降落在路面上的水，大部分通过路面横坡和纵坡流向路肩和路基以外，而有一部分沿路面接缝和裂缝及面层空隙渗入到路面结构内，成为引起路面结构水损坏的主要水来源。当地势平坦、地表积水及路堤低矮时，水有可能从侧向渗入路面结构中。从此，地下水的毛细作用以蒸发水运动也有可能导致水进入路面结构内部。进入路面结构内部的水，可向路肩和路基两侧渗流而逐渐排走。当路基和路肩基（垫）层由低透水性的材料组成时，则水向外渗流的速度很慢，需数周甚至数月才能排除，路面结构便类似于被安置在封闭的“浴盆”内。
进入路面结构内部的水，如果不能及时排出，将浸湿结构层材料和路基，使其强度下降，变性增加。更为严重的是，在行车荷载作用下形成高压水流，加速产生路面的许多病害，如水泥混凝土路面的唧泥、错台和断裂以及沥青路面的松散、龟裂和坑槽等。大量路面损坏状况调查和使用经验表明，进入路面结构内的水是造成或加速路面损坏的主要原因。对此，国内外进行了不少研究，力图通过设计合理的排水基层材料以及内部排水系统已减少直至消除路面的水损坏，从而提高路面使用性能，延长使用寿命。
排水基层必须满足三方面：首先，具有足够的渗透性，在规定的设计时间内能够排除渗进路面结构中的水；其次，具有一定的强度以支撑路面的施工操作；最后，具有足够的强度以满足路面结构的要求。为此目的国内外主要有三种途径：其一，从密级配粒料中去除一些细料，达到所要求的渗透性，形成开级配粒料排水基层；其二，采用水泥或沥青稳定开级配粒料，形成结合料稳定类排水基层；其三，加大空隙率和水泥用量，以达到更高的渗透性、强度和稳定性，形成多孔混凝土排水基层。
多孔贫混凝土亦称为大孔混凝土或多孔混凝土，是由水泥、粗集料和水拌制而成的贫混凝土。它作为一种新型排水基层材料而基于水泥稳定碎石和普通混凝土之间。由于骨料间隙率更大，并较于水泥稳定碎石的水泥用量有所增加，多孔混凝土的排水性能和强度都比水泥稳定碎石有较大提高。
多孔混凝土配合比设计与普通混凝土不同，在集料级配组成、水泥含量及水灰比等方面都有一些特殊的要求，既要保证多孔性、又要保证作为路面结果组成部分的力学强度。然而，高渗透性和强度之间是此消彼长的关系，需要综合考虑各方面的因素，才能定出最优方案。
1原材料要求
1.1水泥
水泥是多孔混凝土的重要组成部分，虽然用量少，却是决定多孔混凝土强度的重要因素。道路工程中常用的五大品种水泥均可应用，对于高铝水泥、膨胀水泥、快硬水泥等一般不采用。由于从拌合到压实，一般需要2h，应优先选用终凝时间较长水泥。
与目前大多基层用水泥类似，多孔混凝土宜选用32.5级水泥，当强度不能满足设计要求时，考虑采用42.5级水泥。水泥的各项品质应满足相关技术规范的要求。
1.2 粗集料
多孔混凝土粗集料应选用洁净、坚硬而耐久的碎石，由于多孔混凝土水泥用量有限，水泥石与集料的粘接强度是多孔混凝土最薄弱的环节，集料应不含有有机质、风化物或其他有害杂质。其最大粒径、压碎值、含泥量和针片状颗粒含量需满足表1的要求
多孔混凝土用粗集料的技术要求
1.3 其他
多孔混凝土拌合物要有足够的水，以满足水泥水化和压实的需要。人或牲畜饮用的水，均可使用。
此外，多孔混凝土具有开放式空隙，施工中水分容易损失，使混合料表面的水泥浆过早初凝，造成表面颗粒松散现象，影响其强度。在高温天气施工时，可以通过使用外加剂使拌合物保水与缓凝。
2 多孔贫混凝土配合比的设计
2.1集料级配组成设计
多孔混凝土的强度来源于水泥浆的粘结力和集料之间的嵌挤作用，但是由于水泥用量较少，因此集料级配的嵌挤作用相对较大。而且为了保证多孔混凝土良好的排水性能，集料中应不含或含有尽量少细集料。可见集料级配是决定多孔混凝土强度和排水能力的重要因素。
多孔混凝土和普通混凝土的级配设计，在工程中的要求不同 。前者要求一定的空隙率以便能充分排水或透水，同时也具有一定的力学强度；而后者则偏重力学性能，空隙率应尽可能小。
设计要求
混凝土种类 多孔贫混凝土 普通水泥混凝土
设计要求 a．混合料空隙率满足一定要求
b．集料间有最大摩阻力，混合料有一定力学强度 a．空隙率最小，混合料最密实
b．集料间具有最大摩阻力
2.1.2多孔混凝土的粗集料设计
多孔混个凝土的级配设计要求具有一定的空隙率以便能充分排水，同时必须具有一定的力学强度，不含细集料或细集料用量一般不超过10%的多孔混凝土排水基层是一种骨架空隙结构，依靠颗粒间的嵌挤作用提高强度。理想的多孔混凝土是粗集料受压后在排列中互相嵌挤又互不干涉，相互之间有较大的摩擦力，形成排列紧密的多级空间骨架结构。根据talbol公式及相关经验，基于最大密度曲线理论进行级配组成设计。多孔混凝土集料级配应满足下表要求
多孔混凝土集料级配要求

2.2多孔混凝土配合比的设计
2.2.1设计标准
多孔混凝土的配比应同时满足空隙率、渗透系数及强度三方面的要求。
多孔混凝土空隙率越高，排水性能越好。为迅速排除渗入路面结构内的自由水，必须保证多孔混凝土的多孔隙性。渗透系数是多孔混凝土渗透性的直接度量。排水基层作为路面结构的组成部分，承受荷载作用，因此应保证在排水能力的基础上满足混合料的强度或者模量要求。