張磊，杜浩洋，劉雪鵬，楊杰，羅亞磊

（北京住總新型建材有限公司四元橋站，北京 100102）

0 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市生態(tài)問題日益突出，傳統(tǒng)密實(shí)型路面帶來了諸多負(fù)面影響，如地表植物缺水難以存活、出現(xiàn)“熱島效應(yīng)”、暴雨后城市內(nèi)澇等現(xiàn)象。較傳統(tǒng)密實(shí)型混凝土，透水混凝土在透水、透氣、調(diào)節(jié)地表溫濕度等方面的特性，使其成為建設(shè)海綿城市的重要組成部分，在城市建設(shè)中被越來越廣泛地應(yīng)用。但傳統(tǒng)透水混凝土抗壓強(qiáng)度一般在 C25 以下，主要還是被用于人行步道、體育休閑場(chǎng)館、園路等承載非機(jī)動(dòng)車輛或輕型機(jī)動(dòng)車輛的場(chǎng)所。對(duì)于承載普通機(jī)動(dòng)車甚至是重型貨車的透水混凝土工程應(yīng)用目前還很少，較大地限制了海綿城市的建設(shè)與發(fā)展。

本文通過對(duì)不同原材料及配合比的透水混凝土透水系數(shù)和強(qiáng)度的試驗(yàn)研究，在常規(guī)生產(chǎn)設(shè)備和攪拌工藝無較大變化，采用常規(guī)易得的材料，不采用特殊增強(qiáng)劑的前提下，配制出成本較經(jīng)濟(jì)，既滿足海綿城市建設(shè)的透水要求，又具備較高抗壓強(qiáng)度的透水混凝土。

1 試驗(yàn)內(nèi)容及工程應(yīng)用

1.1 工程概況及設(shè)計(jì)要求

北京某重點(diǎn)工程（對(duì)外為保密工程）。項(xiàng)目總建設(shè)用地面積 108633.561m2，主要包括主樓、配套管理用房、觀景廣場(chǎng)及門衛(wèi)房。其中配套管理房周邊及廣場(chǎng)西側(cè)路面均為透水鋪裝，鋪裝面積約 8000m2，厚度為100mm。透水混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 C30，透水系數(shù)不低于1mm/s。

1.2 主要研究方法及內(nèi)容

1.2.1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：選用質(zhì)量穩(wěn)定、活性較高的北京金隅北水的 P·O42.5 水泥，其物理學(xué)性能見表1。

（2）粗、細(xì)骨料：選用級(jí)配良好的威克碎石及中砂。其技術(shù)指標(biāo)見表2。

表1 水泥物理力學(xué)性能

表2 粗、細(xì)骨料物理性能

（3）外加劑選用河北合眾建材有限公司的 HZ-2 標(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸高性能減水劑，減水率 31%，含固量14%。

1.2.2 配合比的設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù) CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，其中粗集料用量修正系數(shù) α 取 0.98，水膠比 RW/C取 0.25，外加劑摻量 a 取 1.5%，計(jì)算所得理論配合比見表3。

表3 透水混凝土理論配合比 kg/m3

配合比設(shè)計(jì)的目的在于確定混凝土合理的透水系數(shù)范圍、尋求一種高強(qiáng)度透水混凝土的配合比，在實(shí)現(xiàn)透水的同時(shí)，重點(diǎn)提高混凝土的強(qiáng)度。增加透水混凝土強(qiáng)度有以下兩個(gè)途徑：

（1）擴(kuò)大粘結(jié)面積。在粗骨料品種和用量一定的條件下，采用較大粒徑石子配制透水混凝土?xí)r，加入適量細(xì)骨料，由水泥砂漿包裹石子，實(shí)現(xiàn)了膠凝材料總量不變而漿體和石子的粘結(jié)面積擴(kuò)大，提高粘結(jié)強(qiáng)度，使透水混凝土的強(qiáng)度增加。

（2）增大漿體粘結(jié)力。相對(duì)普通密實(shí)型混凝土，適當(dāng)提高水泥用量，減少用水量，增加漿體的粘結(jié)力，實(shí)現(xiàn)水泥漿體和石子之間的粘結(jié)力變大，粘結(jié)強(qiáng)度提高，從而提高透水混凝土的強(qiáng)度。

因此，透水混凝凝土的配合比設(shè)計(jì)需兼顧以上兩個(gè)因素，然后通過具體的試驗(yàn)驗(yàn)證后，才能用于實(shí)際工程。根據(jù)理論配合比調(diào)整的施工配合比見表4。

表4 施工配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

透水混凝土性能檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 試驗(yàn)結(jié)果

2.2 試驗(yàn)說明

（1）通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)普通混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓試件的成型方法不適合透水混凝土試件，因此本試驗(yàn)通過模擬施工單位1噸壓路機(jī)前后壓輥與地面的接觸面積換算成型時(shí)的壓力為 2.25kN，受壓時(shí)間約 10s。

（2）試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)通過增加機(jī)制砂擴(kuò)大漿體與骨料的粘結(jié)面積時(shí)，用水量需相應(yīng)增加才能保持透水混凝土拌合物“手攥成團(tuán)”的工作性。因此試驗(yàn)過程中用水量的增加是滿足施工最基本的要求，不作為試驗(yàn)的變量討論。

（3）對(duì)抗壓試驗(yàn)破壞的試件斷面觀察發(fā)現(xiàn)都為膠凝材料的破壞，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)骨料的破壞情況，因此可以推斷骨料的抗壓性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該透水混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，也不作為試驗(yàn)的變量討論。見圖1。

圖1 部分抗壓破壞透水混凝土試件

2.3 試驗(yàn)分析

通過表5的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析可知：

（1）在水膠比變化范圍很小的情況下，即膠凝材料強(qiáng)度相同的情況下，透水混凝土的強(qiáng)度主要受孔隙率的影響?？紫堵试酱螅瑥?qiáng)度越低。

（2）5～10mm 與 5～25mm 的粗骨料幾乎不影響透水混凝土的抗壓強(qiáng)度。在孔隙率近似相同的情況下，該兩種級(jí)配骨料的透水混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度也大致相同。見圖2。

圖2 兩種骨料粒徑下的孔隙率與強(qiáng)度對(duì)比

（3）透水系數(shù)隨孔隙率增大而增大。透水混凝土的孔隙率是影響透水系數(shù)的關(guān)鍵因素。見圖3。

3 工程應(yīng)用及總結(jié)

根據(jù)表5的試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合工程的實(shí)際情況，選擇試驗(yàn)3和試驗(yàn)7的配合比作為該工程的配合比。并建議施工單位分透水基層和透水面層進(jìn)行鋪裝，分層碾壓。試驗(yàn)3配合比作為基層，試驗(yàn)7配合比作為面層，這樣在保證足夠的抗壓強(qiáng)度及透水效果的同時(shí)，也能獲得較好的路面觀感和舒適的使用體驗(yàn)。

在施工過程中，經(jīng)過雙方的共同努力，C30 透水混凝土路面的施工收到了理想效果，不僅為客戶創(chuàng)造了良好體驗(yàn)，同時(shí)為今后類似混凝土的施工提供了經(jīng)驗(yàn)和案例，取得了良好的廣告效應(yīng)。此外，鑒于 C30 及以上透水混凝土的技術(shù)難度，和普通混凝土相比，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)透水檢測(cè)及部分施工過程見圖4。

4 生產(chǎn)控制要點(diǎn)及注意事項(xiàng)總結(jié)

透水混凝土與傳統(tǒng)密實(shí)型混凝土的拌合物有很大的差異，施工工藝上也不同于普通混凝土。對(duì)于初次生產(chǎn)透水混凝土的企業(yè)，往往因沒有相關(guān)生產(chǎn)和施工經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致過程中出現(xiàn)一系列的問題。最后，通過實(shí)際的生產(chǎn)施工，筆者個(gè)人總結(jié)了幾點(diǎn)生產(chǎn)過程中需要重點(diǎn)控制的關(guān)鍵過程，希望對(duì)初次生產(chǎn)透水混凝土的企業(yè)有所幫助。

（1）精確稱量。透水混凝土拌合物狀態(tài)對(duì)原材料的用量，尤其是水的用量較為敏感。因此，生產(chǎn)計(jì)量設(shè)備必須保證動(dòng)態(tài)偏差：水泥和水計(jì)量偏差為±1%，砂石計(jì)量偏差為±2%。

（2）透水混凝土拌合物須用翻斗車運(yùn)輸，出機(jī)不能有流漿。

用普通混凝土運(yùn)輸罐車裝運(yùn)，透水拌合物很難快速裝入罐內(nèi)。其次，到施工現(xiàn)場(chǎng)后拌合物也很難卸出。在運(yùn)輸過程中，轉(zhuǎn)罐還可能會(huì)因重心偏離嚴(yán)重而造成翻車事故，罐體運(yùn)轉(zhuǎn)液壓裝置也很容易過載損壞。

用翻斗車運(yùn)輸因其密封性較差，出機(jī)有流漿容易造成遺灑污染城市道路，同時(shí)也造成膠凝材料的流失，影響混凝土后期強(qiáng)度及透水率。

（3）翻斗車運(yùn)輸過程中必須用不透水膜全程覆蓋保水，混凝土出機(jī)到施工攤鋪完成最長(zhǎng)不宜超過2個(gè)小時(shí)，避免在夏季白天高溫時(shí)段或雨天施工。

（4）施工攤鋪宜用挖掘機(jī)配合人工，人工負(fù)責(zé)細(xì)部的找平。碾壓設(shè)備不是越重越好，以能將攤鋪松軟的拌合物壓實(shí)壓平為宜。一次攤鋪超過 200mm 厚度的透水混凝土施工宜使用震動(dòng)碾壓設(shè)備。

圖4 透水混凝土的施工及試驗(yàn)檢測(cè)過程（依次為運(yùn)輸、鋪裝施工、實(shí)體效果、透水試驗(yàn)）