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　　摘 要：为了处理季冻区透水混凝土力学功能和冻融耐久性缺乏的问题，选用等质量法代替天然粗骨料制备了低砂代替率透水混凝土(Low-Sand Replacement Rate Pervious Concrete, SPC),研讨了不同砂代替率(0%、2%、4%、6%、8%和10%)对透水混凝土的有用孔隙率、浸透系数、抗压强度、抗折强度和冻融耐久功能的影响。实验成果标明，跟着砂代替率的添加，抗压强度和抗折强度呈先添加后下降的趋势，当砂代替率为8%时，抗压强度和抗折强度到达最高值。有用孔隙率和浸透系数的趋势与强度相反。跟着冻融循环实验的进行，SPC的抗压强度逐步下降，当冻融循环次数相一起，SPC的抗压强度丢失率跟着砂代替率的添加先添加然后下降。通过100次冻融循环后，砂代替率8%的透水混凝土抗压强度丢失率最低，比对照组(0%)下降了10.96%。阐明加砂能有用地进步透水混凝土的冻融耐久性。此外，依据实验成果，引荐的砂代替率为8%。

　　跟着城市化进程的推动，城市地表被不透水铺装大面积掩盖，造成了城市内涝、热岛效应、地下水位下降和交通噪音污染等城市问题[1,2,3]。透水混凝土是一种环境友好型的路面资料，具有透水、透气、吸声降噪等长处[4,5,6]。透水混凝土首要是由开级配资料(粗骨料和水泥)组成，不含或含有少数的细骨料，具有多孔结构，以满意浸透性要求，但跟着浸透性的添加，透水混凝土的强度下降[7,8,9]。而且因为透水混凝土的多孔结构，与密实混凝土比较，耐久性较差，这阻止了透水混凝土在季冻区的使用[10,11,12,13]。因而，改进透水混凝土的力学功能和冻融耐久功能是十分必要的。

　　部分学者研讨了砂率对透水混凝土强度和浸透功能的影响。王庆利[14]等研讨了不同砂率条件下再生透水混凝土的强度和浸透功能，成果标明，跟着砂率的添加再生透水混凝土的强度添加而浸透功能下降。KANT SAHDEO[15]等报导了添加少数的细砂能有用地改进透水混凝土的抗压强度、抗折强度和抗硫酸盐腐蚀性。BONICELLI[16]等研讨标明在透水混凝土中参加骨料质量5%的细砂有助于进步透水混凝土的强度和外表功能，但会下降透水混凝土的浸透功能。

　　部分学者研讨了透水混凝土的冻融耐久性。陈春[17]等选用10%、30%和50%的再生骨料代替天然骨料，进行了冻融耐久性研讨，成果标明，跟着再生骨料掺量添加，透水混凝土的冻融耐久性下降。ZOU[18]等针对含再生骨料的透水混凝土耐久性较差的问题，选用2种硅烷乳液对再生骨料外表进行改性，成果标明，改性剂可以有用地进步含再生骨料透水混凝土的抗压强度和冻融耐久性。王子[19]等在透水混凝土中参加了不同粒径(20目、60目和80目)和不同掺量(6%、8%和12%)的橡胶粉，进行了冻融耐久性研讨，成果标明，橡胶粉的参加稍微下降了浸透性和强度，但显著地进步了冻融耐久性，并主张参加6%和80意图橡胶粉。

　　虽然有学者对透水混凝土的功能进行了研讨，但很少关于低砂代替率透水混凝土(Low-Sand Replacement Rate Pervious Concrete, SPC)的冻融耐久性的研讨。本研讨选用等质量代替法，研讨不同砂代替率(0%、2%、4%、6%、8%和10%)对SPC强度、浸透性和冻融耐久性的影响，并得出最佳砂代替率，为SPC在季冻区的工程使用和后续研讨供给参阅。

　　粗骨料选用玄武岩粗骨料(4.75～9.5 mm),其功能目标如下：粒径4.75～9.5 mm, 表观密度2 786 kg/m3,堆积密度1 534 kg/m3,堆积孔隙率44.9 %,压碎值9.7%,针片状含量7.1%,吸水率1.63%。细骨料选用表观密度为2 552 kg/m3的河砂，细度模量为2.7。选用42.5级一般硅酸盐水泥作为胶凝资料，其功能目标如表1所示。选用减水率为25%的聚羧酸高效减水剂来进步混合料的和易性。拌和水为自来水。

　　以0%、2%、4%、6%、8%和10%的中砂等质量代替粗骨料，别离记为SPC0、SPC2、SPC4、SPC6、SPC8 和SPC10。依据现有的研讨，水胶比为0.3,规划孔隙率为15%,减水剂用量为水泥质量的0.5%[20]。SPC的合作比如表2所示。

　　本研讨选用水泥裹石拌和法和插捣成型法制作了90个100 mm×100 mm×100 mm立方体试件和18个100 mm×100 mm×400 mm棱柱体试件。试件成型后，选用塑料膜掩盖外表，避免水分蒸腾。静置24 h后脱模，在规范条件下(温度(20±2)℃,相对湿度95%)维护28 d, 维护完毕后当即进行孔隙率、透水系数和力学功能实验。冻融循环试件在规范维护24 d后浸水维护4 d, 再进行冻融循环实验。

　　SPC的有用孔隙率选用排水法，选用100 mm×100 mm×100 mm的立方试件来测验，计算公式如下：

　　依据《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T 135-2009),选用定水头法测定SPC的浸透系数[21]。试件旁边面选用塑料薄膜包裹，试件上下外表与仪器侧壁间的缝隙选用轻质黏土密封，以确保笔直渗流，浸透系数实验设备示意图如图1所示。浸透系数计算公式如下：

　　依据《一般混凝土力学功能实验办法规范》(GB/T 50081-2002),对SPC的抗压强度和抗弯强度进行了测验[22]。抗压强度试件尺度为100 mm×100 mm×100 mm, 抗压强度实验如图2所示。抗折强度选用三点曲折实验，支点间隔为300 mm, 试件尺度为100 mm×100 mm×400 mm, 抗折强度实验如图3所示。抗压强度和抗折强度计算公式如下：

　　依据《一般混凝土长时间功能和耐久功能实验办法规范》GB/T (50082-2009),选用快冷冻法进行冻融耐久性实验[23]。每25次冻融循环调查试件外表裂缝和脱落状况，并测定抗压强度。

　　浸透系数是透水混凝土的要害目标，有用孔隙率对透水混凝土的透水功能有影响，在本文中剖析了SPC的有用孔隙率和浸透系数。有用孔隙率、浸透系数与其规范差的实验成果见表3。砂代替率对有用孔隙率和浸透率系数的影响如图4所示。透水混凝土的有用孔隙率与浸透系数的联系如图5所示。

　　由图4可知，跟着砂代替率的添加，SPC的有用孔隙率和浸透首先下降然后添加。当砂代替率到达8%时，SPC的有用孔隙率和浸透系数到达最低值，其间，有用孔隙率从14.53%下降到6.99%,浸透系数从3.93 mm/s下降到2.47 mm/s。其原因是砂代替部分粗骨料，导致SPC级配愈加合理，砂填充了粗骨料之间的部分孔隙，然后导致SPC的有用孔隙率和浸透系数的下降。当砂代替率超越8%时，SPC的有用孔隙率和浸透系数跟着砂代替率的添加而添加，当砂代替率添加时，砂的填充效果逐步削弱，然后导致SPC有用孔隙率和浸透系数的添加。由图5可知，跟着有用孔隙度的添加，SPC的浸透系数增大。浸透率系数与有用孔隙度呈正相关，这标明有用孔隙率对SPC的透水性有较大的影响。一起也解说了图4中浸透系数随砂代替率的添加呈先下降然后上升趋势的原因。

　　强度是透水混凝土在土工程使用中的技术目标，在本文中选用抗压强度和抗折强度表征透水混凝土的强度。SPC的抗压强度和抗折强度见表4。砂代替率对SPC抗压强度的影响如图6所示。砂代替率对SPC抗折强度的影响如图7所示。

　　从图6中可以看出，SPC的抗压强度跟着砂代替率的添加先添加然后下降。当砂代替率添加到8%时，SPC抗压强度到达最高为29.28 MPa, 与砂代替率为0的PC比较，砂代替率8%的SPC抗压强度添加了30.89%。砂代替了部分天然粗骨料，SPC混合猜中添加了细骨料，使混合料的级配愈加合理，此外，砂填充了粗骨料之间的孔隙，然后进步了SPC的抗压强度。当砂代替率超越8%时，跟着砂代替率的添加，SPC的抗压强度下降，这与砂代替过多的天然粗骨料有关，粗骨料在SPC混合猜中起首要承载效果，粗骨料的削减会导致透水混凝土的强度下降。从SPC抗压强度的改变趋势中可以看出，当砂代替率小于4%时，SPC抗压强度的添加不显着；砂代替率大于4%时，SPC的强度呈现显着添加，这标明添加一定量的砂才干有用地进步透水混凝土抗压强度。

　　SPC的抗折强度跟着砂代替率的改变如图7所示。由图7可知，跟着砂代替率的添加，SPC的抗折强度先添加然后削减，这与砂代替率对抗压强度的影响是共同的。当砂代替率为8%时，SPC的抗折强度到达5.46 MPa, 与砂代替率为0的透水混凝土比较，砂代替率8%的SPC抗折强度添加了11.13%。SPC抗折强度的添加也是因为砂填充了孔隙而且使级配愈加合理，抗折强度的下降的原因与抗压强度也是相同的。与抗压强度比较，抗折强度改变的趋势与抗压强度略有不同，当砂代替率小于8%时，透水混凝土的抗折强度是逐步添加的，没有显着的骤变。

　　冻融循环对暴露在自然环境中的透水混凝土的使用寿命有负面影响，在本节中以抗压强度和抗压强度丢失率作为点评目标，表征SPC的冻融耐久性。25、50、75、100个冻融周期后SPC的抗压强度与其丢失见表5。冻融循环对SPC抗压强度的影响如图8所示。SPC在冻融循环下的抗压强度丢失如图9所示。

　　在冻融循环次数相一起，SPC的抗压强度跟着砂代替率的添加先添加然后下降。通过100次冻融循环后，砂代替率8%的SPC的抗压强度为22.02 MPa, 与未添加砂的透水混凝土比较进步了53.23%。此外，在相同冻融循环次数下，添加砂的SPC的抗压强度均高于未添加砂的透水混凝土，这标明，加砂有助于进步透水混凝土的冻融耐久性。

　　由图9可知，跟着冻融循环次数的添加，SPC的抗压强度丢失率逐步增大，在冻融循环次数相同的状况下，抗压强度丢失率跟着砂代替率的添加先添加然后下降。与未加砂的透水混凝土比较，SPC的抗压强度丢失率更低，其间，砂代替8%的SPC抗压强度丢失率最低，这标明，8%的砂代替率可以有用地进步SPC的冻融耐久性。SPC冻融耐久性的添加与砂填充混凝土间的孔隙有关，使SPC内部的冻胀力下降，然后下降了抗压强度丢失率。当砂代替率过多时，有用孔隙率添加，发生较强的冻胀力，导致抗压强度丢失率的添加。

　　在本文中，选用砂等质量代替粗骨料制备了SPC,研讨了砂代替率(0%、2%、4%、6%、8%和10%)对SPC有用孔隙率、浸透系数、抗压强度、抗折强度和冻融耐久性的影响，依据实验成果，可以得出以下的定论。

　　a. SPC的浸透系数首要取决于有用孔隙率。跟着砂代替率的添加，SPC的有用孔隙率和浸透系数先下降然后添加。

　　b.加砂可以有用地进步SPC的抗压强度和抗折强度。跟着砂代替率的添加，抗压强度和抗折强度先添加然后下降，当砂代替率为8%时，抗压强度和抗折强度到达最高值，别离为29.28和5.39 MPa。

　　c. SPC的冻融耐久性跟着冻融循环次数的添加而下降。当冻融循环次数相一起，SPC的抗压强度丢失率跟着砂代替率的添加先添加然后下降，其间，砂代替率为8%时SPC的抗压强度丢失率最低，标明砂代替率8%的SPC的抗冻融才能最强。

　　d. 归纳考虑浸透系数、抗压强度、抗折强度和冻融循环实验的实验成果，引荐的砂代替率为8%。

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