透水混凝土是由粗骨料、水泥和水拌制而成的非封闭性多孔混凝土 ^[1]，广泛地应用于城市道路建设中 ^[2]，由于强度偏低，使得其推广应用受到限制 ^[3]。李金 ^[4]通过掺入多种聚合物有效提高透水混凝土抗压强度。姜骞等 ^[5]研究表明加入增强剂可大幅提高透水混凝土抗压强度。正交试验是目前国内研究透水混凝土性能的常用方法 ^[6]，张勇等 ^[7]对孔隙率、砂率、外加剂掺量等因素进行正交试验研究，结果表明抗压强度存在最佳组合。孙宏友 ^[8]利用正交试验得到各影响因素对透水混凝土抗压强度的影响规律，从而得出最佳配合比。巫广义等 ^[9]通过正交试验得出透水混凝土抗压强度的提高方法及变化规律。梁止水等 ^[10]以水泥用量、砂灰比、骨料粒径作为影响因素，研究其对透水混凝土性能的影响，结果表明增加水泥用量可提高混凝土抗压强度。付东山 ^[11]和陈代果等 ^[12]通过设计不同正交因素，得到透水混凝土抗冻性能最佳配合比。张燕刚 ^[13]利用正交试验得出火山渣透水混凝土抗压强度影响因素顺序。抗压强度作为透水混凝土最重要的力学指标之一，在很大程度上决定透水混凝土的使用寿命，由于正交试验具有结果可靠等特点，故利用正交试验对透水混凝土抗压强度进行研究。由于透水混凝土在轻荷载道路使用过程中承受的荷载较小，如果大量使用强度过高的改性透水混凝土会使工程造价大幅提高，所以以无矿物掺合料的透水混凝土作为研究对象。

　　 选用P·O42.5普通硅酸盐水泥;粗骨料选用粒径10～15mm、单一级配的砂石;黏结剂按水泥用量的2%掺加，正交试验水灰比取为0.31。

　　 根据文献调研，成型方法对透水混凝土抗压强度有较大影响 ^[14]。因此以静压荷载、加载时间、入模层数、插捣次数作为影响因素设计正交试验，进行快速极差、方差分析，找出四因素影响试件抗压强度的敏感性顺序和最佳因素组合。

　　 将静压荷载记为A，加载时间记为B，入模层数记为C，每层插捣次数记为D。根据各因素水平排列规则设计水平因素表，如表1所示。拌合时采用机械搅拌，拌合方式采用一次投料法，静压荷载通过上部砝码质量表示，具体操作步骤为:将水泥骨料拌合物按指定入模层数装入150mm×150mm×150mm模具中，顶面高出模具约3～5cm，在拌合物顶部盖1块150mm×150mm轻薄铁板，铁板放平后在板上放置若干重50kg的砝码，利用砝码自重对拌合物施加压力，用以成型，至指定成型时间后取走砝码和薄板，24h后脱模进入标准养护室养护28d。L9(3⁴)正交试验如表2所示。

　　 基于正交试验分析结果，选取较为敏感的因素C,D作为变量(因素A取为150kg，因素B取为6min)，分别设计6组边长150mm和边长100mm立方体试件(每组3个)，待养护至龄期后，测定边长150mm立方体试件抗压强度和透水系数，仅测定边长100mm立方体试件抗压强度，通过对比分析，确定变量的最佳数值。

　　 试件28d抗压强度如图1所示，由图1可知，当施加静载的砝码重50kg、加载3min、1层入模且每层插捣10次时抗压强度仅为13.9MPa;当施加静载的砝码重150kg、加载6min、1层入模且每层插捣30次时抗压强度可达26.8MPa，增幅接近100%。计算知9组试件透水系数均达CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》规定的0.5mm/s，可知适当改善成型方式可大幅提高混凝土抗压性能。值得注意的是，9组试件抗压强度与透水系数存在一定离散性，这是由于在试验过程中存在如外界温度、湿度变化等因素，对试件内部结构产生影响。

　　 通过极差分析既可确定影响指标的主要因素，也可计算最佳因素组合。根据参考文献[15]可进行快速极差分析，结果如表3、图2所示(表3中1,2,3分别表示各因素的第1,2,3水平)。采用平均强度值k_i(i=1,2,3)反映同一因素不同水平对试验结果的影响，进而得到该因素的最佳水平;K_i(i=1,2,3)表示同一因素不同水平下抗压强度值之和;极差R(R=k_max-k_min)表示不同因素的水平变化对试验结果的影响程度，极差越大，则该因素对结果的影响越大，反之越小。由表3、图2可知，透水混凝土抗压强度影响因素主次顺序为D,A,C,B，最佳因素组合为A3B2C3D3,A3表示A因素的第三水平，依次类推。

　　 为准确起见，参照文献[15]进行方差分析 ^[16]，结果如表4所示。由表4可知，当显著性水平α=0.05,0.01时，各因素F值均远小于显著性水平的F值，因此其对混凝土抗压强度的影响不显著，可能因为试验数据存在一定离散性，从而影响因素的显著性。各因素水平梯度较小，显著性未完全体现。由F值也可知，各因素对抗压强度影响主次顺序为D,A,C,B，即透水混凝土抗压强度对插捣次数极为敏感。因素B的F值为1.00，可知加载时间对抗压强度几乎无影响，通过合理地改变插捣次数可改善试件抗压性能，与极差分析结果一致。

　　 根据极差、方差分析结果，将因素C,D选为对比试验的变量。虽因素A的F值大于因素C，但较为接近，且因素C对透水混凝土抗压强度、透水系数的影响更显著，故选择因素C作为变量。

　　 对比试验结果如表5,6所示，由表5可知，对于边长150mm立方体试件而言，抗压强度平均值呈先增大后减小的趋势，其中D组3号试件抗压强度最大，达25.53MPa，透水系数为3.5mm/s，满足规范要求，与正交试验分析结果一致。当分2层入模时，A组试件透水系数平均值为11.76mm/s，但平均抗压强度仅为6.70MPa，强度过小，不满足要求。随着每层插捣次数增至40次(C组)，平均抗压强度为15.03MPa，较A组试件提高约124%，较B组试件提高约99.9%，此时透水系数较A组试件下降约60.0%，但仍高于规范要求。当分3层入模时，D,E,F组试件随着插捣次数的增加，平均抗压强度小幅降低，其中E组试件平均抗压强度为15.63MPa，透水系数平均值为4.50mm/s，较D组试件强度下降约12.1%;F组试件平均抗压强度为14.85MPa，较D组试件下降约16.5%，较E组试件下降约5%。当插捣次数不变时，随着入模层数的增加，试件抗压强度基本增大。D组试件平均抗压强度为17.79MPa，较A组试件提高165.5%;E组试件平均抗压强度为15.63MPa，较B组试件提高约107.8%，表明合理选取入模层数对试件后期强度至关重要。当静压荷载为150kg、加载6min、3层入模、每层插捣20～30次时，透水混凝土抗压强度最大，与正交试验结果基本一致。

　　 由表6可知，边长100mm立方体试件抗压强度变化规律与边长150mm立方体试件基本一致，由于试件上下表面阻止裂缝发展的内向摩擦力不同 ^[17]，所以边长100mm立方体试件平均抗压强度普遍高于边长150mm立方体试件。表6中D-3试件抗压强度最高，达35.01MPa，当分2层入模时A组试件平均抗压强度为15.32MPa。随着插捣次数的增加，B,C组试件平均抗压强度分别较A组试件下降12.5%,11.2%。当分3层入模时，D,E,F组试件平均抗压强度先增大后降低，当插捣次数不变，入模层数增加时，试件平均抗压强度随之增加，D组试件平均抗压强度为22.22MPa，较A组试件增加45%;E组试件平均抗压强度为27.10MPa，较B组试件增加102%;F组试件平均抗压强度为18.15MPa，较C组试件增加33%，再次验证适当地进行分层入模可提高试件抗压性能。

　　 综上，成型方式的变化对抗压强度的影响显著，成型方式影响透水混凝土硬化后的性能。成型过程中应尽量做到插捣位置均匀分散，插捣力度尽可能相同，尤其注意边缘及四角处的密实。对于2种尺寸的试件，当静压荷载为150kg、加载时间为6min、每层插捣次数为20～30次、分3层入模时，混凝土强度最高，均超过C15，边长100mm立方体平均抗压强度可达C20，且透水系数满足要求。

　　 为得到透水混凝土抗压强度变化规律，设计四因素三水平正交试验、对比试验，对混凝土强度影响因素及敏感性进行研究，得出以下结论。

　　 1)透水混凝土抗压强度影响因素敏感性依次为插捣次数、静压荷载、入模层数、加载时间，插捣次数对抗压强度的影响极为敏感，而加载时间的变化对抗压强度几乎无影响。

　　 2)透水混凝土最佳因素组合为静压荷载150kg、加载6min、3层入模、每层插捣20～30次，此时试件强度均达C15，其中边长100mm立方体试件平均强度可达C20，各试件透水系数均满足要求。

　　 3)合理选择成型方式可提高透水混凝土抗压强度，但透水系数仍有提升空间，还需平衡二者负相关性，并控制试验过程中插捣环节的操作误差。