一种透水混凝土空隙率计算方法与流程

1.本发明属于高性能水泥混凝土材料技术领域，尤其涉及一种透水混凝土空隙率计算方法。
技术背景
2.透水型路面是一种能够快速排除路面的雨水的路面，其特点是粗集料较多(一般占85％以上)、空隙率大(15％～25％)，雨水通过其结构内部的连通空隙快速的排出路面范围中，从而排除路表面的积水，同时兼具抗滑性能高、噪声低、抑制水雾、防止水漂、减轻眩光、行驶舒适等突出优点。透水混凝土强度高是一种骨架空隙结构，兼具抗滑、降噪、观感性好、行驶舒适等突出优点，混凝土结构空隙稳定，日常养护方便，采用纯无机材料，常温施工，抗老化、耐久性好，能够解决路面抗滑、噪音等突出问题。
3.透水水泥混凝土一般由单一粒径碎石、水、砂、水泥和添加剂组成，是一种骨架空隙结构，碎石之间嵌挤咬合，水泥、水和砂进行填充，这样形成具有一定内部空隙结构，通常来讲，内部空隙越大，混凝土强度越低。降落到路表的水通过透水混凝土内的连通空隙，逐渐下渗最后排除，连通空隙率是透水混凝土具有透水功能本质。透水水泥混凝土内部空隙率与强度之间关联，而连通空隙率是透水的本质，两种空隙率控制是透水混凝土材料关键性所在，当前，规范中给定的透水混凝土空隙率的测定方法，是通过制备试件，采用一定试验方法进行测量，而这种测试方法完全依赖于事后试验，对于透水混凝土空隙率控制也缺乏理论指导，性能控制较为随意。因此，透水混凝土设计中急需提出一种预先计算透水混凝土空隙率，并通过空隙率计算确定材料选用。


技术实现要素：

4.针对透水水泥混凝土空隙率无法预先计算和判断的问题，本发明提供一种透水水泥混凝土空隙率计算方法，通过材料调整，对透水混凝土的强度和透水效果进行预先控制。
5.本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
6.一种透水混凝土空隙率计算方法，包括以下两个方面：
7.所述的透水混凝土，包括单一粒径石料、砂、水泥和外加剂组成，石料相互嵌挤后形成空隙，砂填充在石料嵌挤形成的空隙中，水泥与水形成一定厚度水泥胶浆膜包裹石料与砂，将空隙进一步填实，所剩余的空间即为混凝土内部空隙率。混凝土中石料、砂与包裹所用的胶浆形成的内部空隙率，减去未包裹的用来填充内部空隙水泥胶浆，所剩余空间即为混凝土的连通空隙率。
8.其中，所述的透水混凝土的内部空隙率，按照如下公式进行计算：
[0009][0010]
sa＝0.41 0.0041a 0.0082b 0.0164c 0.0287d 0.0614e 0.1229f 0.3277g
[0011]
vv—混凝土内部空隙率，％；
[0012]
ρ
’3—水泥胶浆密度，kg/m3；ρ1—单一粒径石料堆积相对密度；ρ
12
—单一粒径石料表观相对密度；
[0013]
p1—石料所占比例，％；p2—砂所占比例，％；ρ2—砂的表观相对密度；
[0014]
μ—水泥胶浆膜厚度，μm；
[0015]sa1
—单一粒径石料比表面积，m2/kg；s
a2
—砂比表面积，m2/kg。
[0016]
a、b、c、d、e、f、g分别为4.75mm及其以下各筛孔通过率。
[0017]
其中，所述的透水混凝土连通空隙率的计算方法，按照相同比表面积将石料换算为球体，球体、砂填充后剩余空间，减去水泥胶浆包裹球体的空间，再减去剩余胶浆体积，按照如下公式计算：
[0018][0019][0020]vq
—球体紧密堆积后空隙率，取25.95；ρ’12
—单一粒径石料表观密度，kg/m3；
[0021]
d—等效粒径，mm；v
lt
—连通空隙率，％；
[0022]
m1—单一粒径石料质量，kg；m2—砂的质量，kg；
[0023]
m3—水泥胶浆质量，kg；ρ3—胶浆相对密度。
[0024]
其中，透水混凝土空隙率计算方法，所述的单一粒径碎石，粒径为3～5mm，所述的砂为河砂。
[0025]
其中，透水混凝土空隙率计算方法，所述的水泥胶浆膜厚度为35～45μm。
[0026]
本发明的有益技术效果是：
[0027]
(1)本发明一种透水混凝土空隙率计算方法，通过透水混凝土砂、石料用量计算填充体积，再计算水泥和水形成胶浆裹附体积，剩余空间即为透水混凝土内部空隙率，提供内部空隙率预先控制理论方法，为混凝土强度控制以及性能调整提供指导和依据。
[0028]
(2)本发明一种透水混凝土空隙率计算方法，依据石料单一粒径特征，石料、砂模拟成球体，胶浆裹附球体，此时形成空隙全部为透水空间，多余胶浆填充后封闭一定空隙，剩余的空间为连通空隙，通过模型反演计算连通空隙率，对其透水效果预先控制，可以根据不同透水需求提供混凝土配制方案。
[0029]
(3)本发明一种透水混凝土空隙率计算方法，依据原材料用量、密度以及水泥胶浆膜裹附膜厚度，预先计算的内部空隙率和连通空隙率，而现有规范和方法均采用成型后检测，控制方法缺乏理论指导，本项目对空隙预先计算，强度和性能提前预判，通过理论指导，避免控制盲目性，大大减少试验量，提高效率。
具体实施方式
[0030]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
[0031]
本发明中所有的原料，对其来源没有特别限定，在市场上购买的或按照本领域技
术人员熟知的常规方法制备的即可。
[0032]
本发明中所有的原料，对其纯度没有特别限定，本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。
[0033]
实施例1
[0034]
以下选用石料、无机型增强剂、水泥、砂制备一立方透水水泥混凝土，计算透水混凝土内部空隙率和连通空隙率，石料为粒径为3～5mm单一粒径料源，砂为细度模数2.5的中砂，水泥采用的是强度等级42.5的普通硅酸盐水泥，水泥胶浆的膜厚度取40μm。原材料的表观密度如表1所示。
[0035]
表1：原材料密度
[0036]
材料表观密度(kg/m3)表观相对密度碎石(矿料)27502.75水泥28002.8砂26502.65水泥胶浆20002.0
[0037]
对砂和碎石进行筛分，其结果如下：
[0038]
表2：石料和砂的筛分结果
[0039][0040]
对制备的一方透水混凝土，原材料用量如下
[0041]
表3：原材料用量
[0042]
材料1m3混凝土用量质量百分比，％碎石(矿料)155070.1砂1356.1水泥39518.0水1305.8
[0043]
配制混合料使用水泥为42.5普通硅酸盐水泥，砂筒装满碎石，测量其质量，石料的天然堆积相对密度为1.82。
[0044]
碎石的比表面积s
a1
＝0.41 0.0041
×
90 0.0082
×
10＝0.86m2/kg
[0045]
砂的比表面积s
a2
＝0.41 0.0041
×
100 0.0082
×
95 0.0164
×
83 0.0287
×
60 0.0614
×
25 0.1229
×
7＝7.1m2/kg
[0046]
内部空隙率
[0047]
按照相同比表面积将石料换算为球体，球体、砂填充后剩余空间，减去水泥胶浆包裹球体的空间，再减去剩余胶浆体积，计算透水混凝土的连通空隙率，球体紧密堆积体积25.95％。
[0048]
石料等效球体粒径
[0049][0050]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。