透水混凝土是海绵城市建设的重要部分 ^[1]，具有有效减少路面积水、吸收路面噪声、消除城市热岛效应的性能 ^[2]。国内学者已针对透水混凝土力学性能及工程应用开展研究 ^[3,4,5,6,7]，透水系数作为衡量透水混凝土渗透性的关键指标，其值直接影响透水混凝土的使用年限及后期维护费用。徐杰等 ^[8]研究发现，当骨料粒径为5～16mm时，试件透水性能较好;边亚东等 ^[9]研究不同水灰比对透水系数的影响;张岩 ^[10]通过试验表明胶结材料净浆流变性对透水性能的影响较大。目前国内主要利用正交试验法 ^[11]研究不同因素对透水混凝土的影响，如汪正国 ^[12]通过4因素3水平正交试验得出透水混凝土劈裂抗拉强度变化规律;陈代果等 ^[13]选取不同的正交因素得到透水混凝土抗冻性能最佳配合比;凌天清等 ^[14]以3因素3水平正交试验得出透水路面配合比推荐参数。

　　 透水混凝土外加矿物掺合料虽能在很大程度上提高各方面强度，但掺合料往往价格昂贵，不适宜大规模生产。透水混凝土目前多用于低荷载路面，如果在实际工程中大量使用掺合料将使工程费用大幅增加，因此选用无掺合料的透水混凝土进行研究，对透水系数进行极差与方差分析，得到各因素敏感次序和最佳组合，通过对比试验结果得出透水系数变化规律。

　　 选用P·O42.5普通硅酸盐水泥，粗骨料粒径10～15mm，外加剂为四川某科技公司自主研发的黏结剂，添加量为2%，拌合用水为自来水，水灰比0.31。

　　 正交试验设计9组边长150mm立方体试件，对比试验设计6组边长150mm立方体试件。投料方式为一次性投料，成型方式为人工插捣与静压成型相结合，成型完成24h后脱模，进入标准养护室养护28d。根据文献调研可知，成型工艺极大地影响透水混凝土孔隙率、强度等指标，从而使得透水系数存在差异 ^[15,16]。选取静压荷载、加载时间、入模层数、每层插捣次数作为影响因素，分别记为A,B,C,D，各因素设置3水平进行正交试验，如表1所示。静压荷载利用砝码自重加载(每个砝码重50kg)，透水系数利用自制仪器测定(见图1)。试验步骤为:(1)用保鲜膜包裹试件4个侧面，置于立方体试件容器内;(2)利用黄油将试件四边缝隙密封，以保证水流尽可能从上下表面通过;(3)将水容器平齐地置于立方体试件容器上部，同样用黄油密封衔接处缝隙;(4)将刻度尺通过密封胶垂直固定于凹槽处，密封胶凝固后向水容器内注水，待水流平稳后停止注水，按下秒表开始计时。根据文献[17]，以达西定律简化公式计算透水系数，如式(1)所示。

　　 式中:V为某一水面高度下的渗透速度(mm/s);H₂为初始时刻水面高度(mm);H₁为计时停止时水面高度(mm);t为水面下降所用时间(s)。

　　 正交试验结果如表2所示，对数据进行极差与方差分析 ^[18]，极差分析结果如表3所示，表3中K_i(i=1,2,3)为某一因素第i水平下透水系数之和，k_i=K_i/3,R为k_i最大值与最小值之差，R越大则该因素越敏感。由表2可知，平均透水系数存在一定离散性;28d平均抗压强度与平均透水系数具有较明显的负相关性，这是由于透水系数受骨料粒径、水泥用量等因素的影响，往往与透水混凝土强度呈相反的规律 ^[19]。

　　 TS-1组试件平均透水系数14.3mm/s,28d平均抗压强度接近14MPa;TS-6组试件平均透水系数15.2mm/s,28d平均抗压强度为14.91MPa，可知抗压强度与透水系数接近，表明二者之间存在平衡点。

　　 TS-4组试件平均透水系数最低，为2.5mm/s，而28d平均抗压强度则接近26MPa。TS-6组试件平均透水系数最大，约为TS-4组试件的6倍，而28d平均抗压强度为15MPa左右，与理论趋势(透水系数与抗压强度成反比)一致。

　　 由表3中R值可知，透水系数因素影响次序为每层插捣次数(D)、入模层数(C)、加载时间(B)、静压荷载(A)，最佳因素组合为静压荷载50kg(A1，因素A第1水平)、加载时间9min(B3，因素B第3水平)、1层入模(C1，因素C第1水平)、每层插捣10次(D1，因素D第1水平)。

　　 方差分析结果中矫正值为529，总平方和为183.80，误差平方和为41.88，总自由度为8，水平自由度为2，各因素自由度为2，其他结果如表4所示，具体计算方法参见文献[20]。由表4中4因素F值可知，在2种显著性水平检验下的透水系数影响因素敏感性顺序为D,C,B,A，与极差分析结果一致。影响透水系数的主要因素为D,C，因素A,B的F值均≤1，表明其对透水系数的影响较小。因素D的F值最大，说明每层插捣次数对透水系数的影响最敏感，与实际情况一致，实际插捣过程中，插捣力度、位置难以做到完全相同。

　　 根据正交试验结果，选取入模层数、每层插捣次数作为变量设计对比试验(见表5)。由前文分析可知，当1层入模、每层插捣10次时透水系数较大，但不可盲目地增大透水系数而忽略强度的大幅损失。为保证一定的抗压性能，进行对比试验时选取静压荷载150kg，加载时间9min，入模层数为2,3层，每层插捣次数为20,30,40次。

　　 由表5可知，随着入模层数的增加，透水系数呈下降趋势，A,B,C组试件透水系数高于D,E,F组试件，其中A,B组试件透水系数最大值均>10mm/s。F组试件透水系数平均值较B组试件降低约72%。随着每层插捣次数的增加，透水系数平均值先增大后减小，但增幅较小，其中B组试件较A组试件仅增大3.7%,E组试件较D组试件增大18.4%,C组试件较A,B组试件分别下降60.0%,61.5%,F组试件较D,E组试件分别下降10.5%,24.4%。随着插捣次数增至一定程度，附着在骨料表面的水泥浆在插捣和自身重力的作用下向下流动，逐渐集中至试件下部，堵塞连通孔隙，从而导致透水系数大幅降低。如果每层插捣次数继续增加，将出现每层水泥浆体硬化后密实度不同的情况，此时透水混凝土不仅透水系数不满足，且强度难以保证。

　　 当入模层数增至3层时，透水混凝土骨料间接触点进一步增多，但已处于饱和状态，即使再增加每层插捣次数，对透水系数变化的影响不大，因此F组试件透水系数平均值较D,E组试件仅分别降低0.4,1.1mm/s。当每层插捣次数不变时，适当减少入模层数可提高试件透水性能，如A组试件较D组试件提高209.5%，但需注意A组试件平均抗压强度<10MPa。

　　 综上所述，在透水混凝土成型过程中，每层插捣次数和入模层数对试件透水性能的影响较大，再次验证了试验的可行性。仅考虑透水系数，适当减少入模层数及每层插捣次数可有效提高试件透水性能，但在此过程中必定伴随着强度的降低，二者负相关性的协调问题有待进一步研究。

　　 通过极差和方差分析对透水混凝土透水系数进行研究，选取2个较为敏感的因素设计6组对比试验，以研究透水系数的变化规律，主要得出以下结论。

　　 1)透水混凝土透水系数影响因素敏感性顺序为每层插捣次数、入模层数、加载时间、静压荷载，且前两者对透水系数的影响较大。

　　 2)透水系数最适宜的因素组合为静压荷载50kg、加载时间9min、1层入模、每层插捣10次。每组试件透水系数均>0.5mm/s，最大可达14mm/s左右。

　　 3)在透水混凝土成型过程中，适当减少入模层数及每层插捣次数可有效提高混凝土透水性能，但不可忽略强度的降低，如何进一步保证强度并控制试验误差还需进一步研究。