[发明专利]水泥-集料-外加剂体系的高强透水混凝土优化设计方法

说明书

本发明涉及水泥‑集料‑外加剂体系的高强透水混凝土优化设计方法，该方法为：先设定目标透水混凝土的力学性能，再确定掺入外加剂类型及最佳水灰比，之后确定各粒径集料对应的最大水泥用量及一个与最大堆积密度有关的目标集料级配曲线，并根据该集料级配曲线确定加权水泥用量，即得到一种高强透水混凝土配方。与现有技术相比，本发明从填充理论和最大密度理论入手，基于高强改性透水水泥混凝土的拌和、压实和力学强度生成机理，通过对透水混凝土中改性水泥胶浆、水泥用量和集料级配三个方面的整体顺序协调优化设计，实现透水混凝土性力学性能显著增加，同时保证其透水性能，能够高效、快速地设计满足性能要求的重载交通用改性透水水泥混凝土。

技术领域

本发明属于交通工程建筑材料制作技术领域，涉及一种简便实用的基于水泥-集料-外加剂协调优化的高强透水混凝土设计方法。

背景技术

透水水泥混凝土材料的多孔结构在赋予其优良生态功能性(透水、水净化、降温等)的同时也带来了结构方面的缺陷。多孔隙透水材料为骨架-空隙型混合料，其内部多为石-石点接触，点接触处主要由胶结料提供粘附力，并且接触面较小，造成其强度偏低，通常并不具有与传统混凝土相同的强度和耐久性，这极大地阻碍了其推广及应用，尤其是重载交通区域。

目前，透水水泥混凝土的设计规范中，大多数选择水灰比(W/C)作为其设计指标。研究表明，级配设计和灰集比是影响透水水泥混凝土孔隙率、力学强度的两个关键因素。也有研究表明，设计高强度透水混凝土时，灰集比(C/A)才是影响混凝土强度的最重要因素。

此外，除配合比设计和材料选择外，添加改性凝胶材料、外加剂、各类纤维材料也是提高透水水泥混凝土性能的主要途径。一些研究表明，纳米材料和相关纳米改性技术应用于透水混凝土时可以有效提高混凝土的强度，但此类纳米技术成本较高。出于环境保护及资源可持续的目的，各种粉末化的固体废弃物已应用于路面施工，细度为微米级别的硅灰、粉煤灰也已被证实对混凝土的力学性能和耐久性方面具有提升作用。

国内外很多学者已认识到现有透水水泥混凝土设计方法的不足，尝试对现有的基于水灰比的单粒径设计方法进行改进，以期得到高力学强度的透水水泥混凝土。集料的级配设计是最常见、实用，同时也是最有效的手段。水泥用量、水泥胶浆性能的优化也是科研工作者关注的重点。目前的研究更多的是关注单一材料的特性，很少从制备全过程角度对透水水泥混凝土材料进行协调设计和评价，进而最大限度地提升其力学性能。尤为重要的是，至今为止，并没有任何一种设计方法，考虑外加剂对设计过程的影响。

此外，在工程应用过程中，现有设计方法多关注原材料种类与用量，依据经验设计透水混凝土配合比，往往需要进行大量试配试验，以及较长的水泥养护周期。本发明在明晰透水混凝土中改性水泥胶浆-最佳灰集比-集料级配内在关联的基础之上，合理选择操作简便准确、实验周期短的实验，即能够实现透水混凝土性能的可控设计，可以确保透水水泥混凝土的高抗折性能，同时保证其透水性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥-集料-外加剂体系的高强透水混凝土优化设计方法，以简化改性透水水泥混凝土的设计过程，舍弃有关水泥混凝土28天养护的相关实验，以简便准确的水泥胶浆、集料室内实验提高设计效率，同时获得载重交通适用的透水水泥混凝土。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

水泥-集料-外加剂体系的高强透水混凝土优化设计方法，该方法为：先设定目标透水混凝土所需达到的力学性能，再确定掺入外加剂的类型和复合掺杂方法及最佳水灰比，之后确定各单粒径集料对应的最大水泥用量及一个与最大堆积密度有关的目标集料级配曲线，并根据目标集料级配曲线确定加权水泥用量，即得到一种高强透水混凝土的配方。

进一步地，该方法包括以下步骤：

1)根据实际需求，设定目标透水混凝土所需达到的力学性能，同时保证透水性能；