于水

（福建省交設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，福建福州 350008）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)對(duì)于環(huán)境保護(hù)、智能感知等要求不斷提升，市政道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作為城市“硬件”也在不斷更新。傳統(tǒng)城市道路、廣場(chǎng)的面層都采用不透氣、不透水的硬化鋪裝材料，造成空氣中的水分、降落的雨水無(wú)法直接通過(guò)硬化的路面進(jìn)入土壤，地表生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)受阻，導(dǎo)致地表溫度升高，進(jìn)而加劇了城市的“熱島效應(yīng)”。與傳統(tǒng)硬化鋪裝材料不同，透水混凝土是由膠凝材料、骨料、水和外加劑等原材料按照一定的配合比拌制而成的新型混凝土，其特點(diǎn)是組成材料中沒(méi)有摻加傳統(tǒng)混凝土材料必需的細(xì)集料，孔隙率一般控制在15%～30%，具有透水透氣性能好、降低噪聲、改善城市“熱島效應(yīng)”等優(yōu)良功能[1]，在城市建設(shè)中具有很高的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)地下綜合管廊干線(xiàn)工程（一期）PPP項(xiàng)目（中山大道—美湖路）段線(xiàn)路全長(zhǎng)為7.106km，起訖樁號(hào)為GA0+000—GA7+106.51，線(xiàn)路總體呈南北走向，該項(xiàng)目管廊上部設(shè)有綠道慢行系統(tǒng)，厚度為15cm。綠道采用C30 透水混凝土鋪筑，設(shè)計(jì)孔隙率為15%，透水系數(shù)要求不小于0.5mm/s。

2 透水混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料的選用

在材料組成上，透水混凝土與普通混凝土一樣，通常由膠凝材料、骨料、水和外加劑等經(jīng)過(guò)拌制而成，比較大的區(qū)別在于，透水混凝土組成材料中沒(méi)有細(xì)集料。而且由于透水混凝土具有較好的透水性，其組成材料在選用上又與普通混凝土有一些不同之處。

相對(duì)而言，由于透水混凝土的多孔特性，其力學(xué)性能較普通混凝土差，故此透水混凝土一般選取強(qiáng)度等級(jí)為42.5 級(jí)及以上的普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥作為主要的膠凝材料。該工程采用“海螺”牌P·O42.5 級(jí)水泥，其試驗(yàn)性能參數(shù)如表1 所示。

表1 水泥試驗(yàn)性能參數(shù)

研究表明[2]，單粒級(jí)配或間斷級(jí)配組成的混合料能夠獲得較大的孔隙率，而較大的孔隙率有利于透水性能的提升。因此，透水混凝土常采用單粒級(jí)配或間斷級(jí)配。眾所周知，骨料堆積在一起時(shí)，骨料粒徑越小，其堆積表面積就會(huì)越大，骨料顆粒間的接觸面積也會(huì)越大，在相同膠凝材料情況下，骨料間的黏結(jié)力也會(huì)越大，從而使混凝土的強(qiáng)度提高?？梢?jiàn)，顆粒級(jí)配對(duì)透水混凝土的強(qiáng)度影響較大，那么在材料選取上，通常要兼顧混凝土的強(qiáng)度和透水性能，在骨料選取上會(huì)偏向于選用粒徑相對(duì)較小的單粒級(jí)配，鑒于此，該工程的骨料選用材質(zhì)為花崗巖的碎石，單粒級(jí)配為5～10mm，表觀(guān)密度為2630kg/m3、含泥量為0.8%、泥塊含量為0.2%。

為了增加特定方面的性能，一般情況下透水混凝土也會(huì)加入特定的外加劑，如為了提高混凝土拌和物的和易性、降低混凝土拌和時(shí)的用水量等而摻加的減水劑；為了提高混凝土強(qiáng)度而摻加增強(qiáng)劑等。該工程更加看重混凝土的強(qiáng)度，因此選取MT-028 強(qiáng)固劑（粉劑），摻量為3%，其試驗(yàn)性能參數(shù)如表2 所示。

表2 強(qiáng)固劑試驗(yàn)性能參數(shù)

透水混凝土拌和用水與普通混凝土一樣，選用當(dāng)?shù)氐娘嬘盟?/p>

2.2 透水混凝土配合比設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)外對(duì)透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)常采用的方法有質(zhì)量法、體積法、比表面積法三種[3]，三種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究和應(yīng)用多是使用質(zhì)量法。質(zhì)量法是從使用者角度出發(fā)，流程簡(jiǎn)化，用假定來(lái)代替煩瑣的試驗(yàn)和計(jì)算，通過(guò)表觀(guān)密度試驗(yàn)進(jìn)行校正，基本可以達(dá)到配合比的計(jì)算精度，具有較強(qiáng)的適用性。鑒于此，該工程參照《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135—2009）中的質(zhì)量法進(jìn)行透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)多次試配，發(fā)現(xiàn)水膠比和增強(qiáng)劑對(duì)透水混凝土強(qiáng)度和工作性能影響較為突出，最終選取三種不同水膠比情況下的透水混凝土配合比，試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

表3 透水混凝土試驗(yàn)配合比

從表3 中可以看出，水膠比作為反映混凝土質(zhì)量的重要指標(biāo)，不僅影響透水混凝土的強(qiáng)度，而且對(duì)透水性能也有很大影響，再摻入適量的增強(qiáng)劑可提高混凝土的強(qiáng)度和改善混凝土的耐久性、和易性，對(duì)混凝土透水性能也有較大的提高。經(jīng)過(guò)比選，2 號(hào)方案的透水系數(shù)、孔隙率、抗壓強(qiáng)度均滿(mǎn)足要求，因此確定2號(hào)為該工程透水混凝土的配合比方案。

3 透水混凝土路面施工

3.1 原材料和機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)備

3.1.1 原材料準(zhǔn)備

透水混凝土的原材料涉及骨料、水泥、水及外加劑，對(duì)于骨料要嚴(yán)格控制其含泥量、泥塊含量和級(jí)配的穩(wěn)定性，在材質(zhì)不變的情況下，這3 個(gè)指標(biāo)對(duì)透水混凝土的強(qiáng)度和透水性影響較大。對(duì)于每批次進(jìn)場(chǎng)的骨料，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)，必要時(shí)對(duì)骨料進(jìn)行清洗處理。水泥要使用配合比設(shè)計(jì)中用到的42.5級(jí)水泥，嚴(yán)禁使用低標(biāo)號(hào)水泥。水泥混凝土使用的外加劑從形態(tài)上可分為液體和粉劑狀兩種，考慮到運(yùn)輸?shù)谋憬菪裕摴こ淌褂梅蹌畹脑鰪?qiáng)劑。同時(shí)，考慮到實(shí)際施工中需要進(jìn)行運(yùn)輸、找平以及表面處理等工序，要求所用的外加劑具有一定的緩凝效果。

3.1.2 機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)備

該工程采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)拌制混凝土，施工前要對(duì)低頻平板振動(dòng)器、攪拌機(jī)、配料機(jī)和相關(guān)附件進(jìn)行檢查，確保機(jī)械設(shè)備能夠正常運(yùn)行，尤其是對(duì)于機(jī)械設(shè)備的計(jì)量系統(tǒng)必須核實(shí)其感量是否在0.5%的最大稱(chēng)量?jī)?nèi)。需要注意攪拌機(jī)的容量以及拌和能力應(yīng)能滿(mǎn)足施工進(jìn)度的要求。應(yīng)配備滿(mǎn)足施工要求的運(yùn)輸自卸車(chē)，其容量、數(shù)量應(yīng)依據(jù)施工進(jìn)度、運(yùn)輸距離等因素綜合考慮。由于透水混凝土初凝時(shí)間比較短，運(yùn)輸距離受到限制，該工程嚴(yán)格控制配料場(chǎng)到鋪筑場(chǎng)地的運(yùn)輸時(shí)間在0.5h 內(nèi)。

3.2 透水混凝土的拌制與運(yùn)輸

透水混凝土與普通混凝土的攪拌方法、攪拌時(shí)間有所不同，透水混凝土的攪拌宜先將集料和50%的用水加入攪拌機(jī)攪拌30s，再加入水泥、外加劑拌和40s，最后加入剩余的用水再拌和50s 以上。

在施工過(guò)程中，透水混凝土?xí)诟鞣N因素影響下?lián)p失部分工作性能，如水泥漿體容易變干，此時(shí)的水泥漿體很難將骨料膠結(jié)起來(lái)，嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度，因此，在施工過(guò)程中要注重以下兩方面：第一，水分蒸發(fā)導(dǎo)致工作性能降低。透水混凝土由于具有多孔的特性，其與外界接觸的表面積很大，相對(duì)而言水分散失比較快，運(yùn)輸過(guò)程中及施工現(xiàn)場(chǎng)的濕度、溫度、風(fēng)力等因素都會(huì)影響水分的蒸發(fā)，因此，應(yīng)采取盡快運(yùn)輸及遮蓋等措施以保持透水混凝土拌和物濕度。第二，持續(xù)的水泥水化反應(yīng)導(dǎo)致工作性能降低。水泥水化反應(yīng)從拌和之初就開(kāi)始了，如果運(yùn)輸距離過(guò)長(zhǎng)或施工進(jìn)程緩慢，會(huì)因水化反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行而造成透水混凝土工作性能的降低，因此運(yùn)輸距離不宜過(guò)大，施工工序應(yīng)銜接到位，現(xiàn)場(chǎng)的混合料應(yīng)盡快鋪筑。

3.3 透水混凝土的鋪筑與養(yǎng)護(hù)

透水混凝土由于無(wú)砂、多孔的特征，其流動(dòng)性較普通混凝土差，因此透水混凝土的施工鋪筑與普通混凝土也有很大不同。施工鋪筑時(shí)，需人工將透水混凝土攤鋪均勻，然后使用低頻平板振動(dòng)器找平、振實(shí)，邊角部位需要人工補(bǔ)料，再用抹光機(jī)抹光平整，做到整體大面平整、顆粒均勻且無(wú)明顯坑洞。

透水混凝土早期強(qiáng)度高，到后期強(qiáng)度增長(zhǎng)速度慢，所以早期養(yǎng)護(hù)是保證透水混凝土強(qiáng)度的必要條件。應(yīng)采用無(wú)壓力水進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，防止壓力水對(duì)路面整體造成破壞；宜采用塑料薄膜或土工布進(jìn)行覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)透水混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況確定，一般養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于14d，以14～21d 為宜。透水混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前不得投入使用，其強(qiáng)度以試塊的強(qiáng)度為依據(jù)。

4 透水混凝土使用效果跟蹤分析

筆者在施工結(jié)束后及運(yùn)營(yíng)期間定期對(duì)該施工項(xiàng)目的路面厚度、外觀(guān)和透水系數(shù)三個(gè)方面進(jìn)行跟蹤。不同時(shí)期路面厚度、外觀(guān)及透水系數(shù)的變化情況如表4 所示，其中透水系數(shù)采用《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135—2009）附錄A 透水系數(shù)的測(cè)試方法進(jìn)行，透水系數(shù)測(cè)試試樣為不同時(shí)期在相近位置使用鉆孔取芯機(jī)鉆取的芯樣。

表4 路面厚度、外觀(guān)及透水系數(shù)匯總表

從表4 可以看出：

第一，路面厚度方面，設(shè)計(jì)厚度為15cm，鉆取芯樣的厚度均為15cm 及以上，平均值為15.3cm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。第二，路面外觀(guān)方面，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后路面整體平整且表面孔隙明顯，但是隨著運(yùn)營(yíng)延續(xù)，部分路面出現(xiàn)破損，由于路面灰塵、顆粒的填充，表面孔隙也逐步變得不明顯，但是路面整體外觀(guān)還比較完好，整體孔隙較為明顯。第三，路面透水系數(shù)方面，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后透水系數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求，但是隨著運(yùn)營(yíng)延續(xù)，透水系數(shù)出現(xiàn)不同程度的下降，整體下降較為明顯。

通過(guò)以上研究分析，可以得知透水混凝土路面在運(yùn)營(yíng)期間會(huì)受到環(huán)境影響而導(dǎo)致外觀(guān)破損、透水性能降低，因此需要定期對(duì)運(yùn)營(yíng)期間的路面進(jìn)行維修保養(yǎng)。一般情況下，對(duì)透水混凝土的維修保養(yǎng)也體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即外觀(guān)的修復(fù)和透水性能的恢復(fù)。

關(guān)于外觀(guān)破損，由于車(chē)輛、重物等造成的路面開(kāi)裂、掉粒損壞、剝離等病害，輕微的可以采用相同配合比的混合料局部鑿除修復(fù)，嚴(yán)重的則需挖除重鋪。

關(guān)于透水系數(shù)降低，主要由于環(huán)境中的灰塵和顆粒堵塞混凝土孔隙造成，其恢復(fù)一般可以采用真空吸塵和高壓沖洗兩種方法。真空吸塵通常采用大功率吸塵設(shè)備通過(guò)負(fù)壓將透水混凝土表面的灰塵、顆粒吸出；高壓沖洗則是利用壓力水將道路表面的灰塵、顆粒沖出，但此方法有負(fù)面效果，即容易使較小顆粒的灰塵向混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部遷移。實(shí)踐表明，要達(dá)到理想的恢復(fù)效果，可將上述兩種方法結(jié)合使用。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)地下綜合管廊綠道工程的透水混凝土原材料、配合比設(shè)計(jì)、施工控制以及使用效果進(jìn)行分析研究，得出以下結(jié)論。

第一，透水混凝土中沒(méi)有細(xì)集料對(duì)骨架結(jié)構(gòu)的填充，所以能夠獲得較大的孔隙率，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)透水系數(shù)的要求；透水混凝土需要選擇42.5 級(jí)及以上標(biāo)號(hào)的水泥作為膠凝材料，并且一般還需摻加增強(qiáng)劑，其目的是增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度。

第二，該工程應(yīng)用的透水混凝土的水膠比為0.26，透水系數(shù)和強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；由此可以得出透水混凝土水膠比的變化對(duì)透水系數(shù)、孔隙率和強(qiáng)度有較大的影響，因此在同類(lèi)混凝土配合比設(shè)計(jì)中要注重水膠比的設(shè)定。

第三，透水混凝土施工涉及較多的工藝工序，每一環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，為了保障透水混凝土路面質(zhì)量，需要對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的把控。

第四，透水混凝土的外觀(guān)質(zhì)量和透水性能隨運(yùn)營(yíng)時(shí)間的延續(xù)將逐步衰減，因此需要進(jìn)行運(yùn)營(yíng)期間的養(yǎng)護(hù)，以保證其使用功能。