透水性混凝土地面性能研究

摘要：我國是一個(gè)缺水的國家，每年卻有大量的雨水沒有利用，白白地浪費(fèi)掉了。新型透水混凝土地面的出現(xiàn)解決了這一問題，它使雨水得到了利用，補(bǔ)充了地下水資源，通過對(duì)透水混凝土性能的研究得出各種因素對(duì)其性能的影響程度，達(dá)到實(shí)用性、推廣性的目的。

關(guān)鍵詞：透水混凝土地面；雨水利用；熱島現(xiàn)象

中圖分類號(hào)：TV528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）12-0084-02

一、前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市建設(shè)步伐的加快，現(xiàn)代城市的地表逐步被建筑物和混凝土路面覆蓋。便捷的交通設(shè)施，平整鋪設(shè)的道路給人們的出行帶來了極大的方便，但這些不透水的路面也給城市的生態(tài)環(huán)境帶來諸多負(fù)面的影響。由于混凝土鋪筑的路面缺乏透水性和透氣性，雨水不能滲入地下，致使地表植物由于嚴(yán)重缺水而難以正常生長；不透氣的路面很難與空氣進(jìn)行熱量、水分的交換，缺乏對(duì)城市地表溫度、濕度的調(diào)節(jié)能力，產(chǎn)生所謂的“熱島現(xiàn)象”。此外，不透水的道路表面容易積水，降低道路的舒適性和安全性。當(dāng)短時(shí)間內(nèi)集中降雨時(shí)，雨水只能通過下水設(shè)施排入河流，大大加重了排水設(shè)施的負(fù)擔(dān)。

與不透水的路面相比，透水性路面具有諸多生態(tài)方面的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

1．下雨時(shí)能減輕城市排水設(shè)施的負(fù)擔(dān)，防止河流泛濫和水體污染。

2．能使雨水迅速滲入地下，還原地下水，使地下水資源得到及時(shí)補(bǔ)充，保持土壤濕度。

3．下雨時(shí)防止路面積水，夜間不反光，增加路面安全性和通行舒適性。

4．下雨時(shí)減輕路面雨水飛濺造成的水霧現(xiàn)象，防止交通事故發(fā)生。

5．調(diào)節(jié)城市空間的溫度和濕度，改善城市熱循環(huán)，緩解熱島效應(yīng)。

6．大孔隙率能降低車輛行駛時(shí)的路面噪音，創(chuàng)造舒適的交通環(huán)境。

7．大量的空隙能吸附城市污染物（如粉塵），減少揚(yáng)塵污染。

二、透水性混凝土性能研究

（一）透水性混凝土結(jié)構(gòu)模型和破壞特征的描述

透水性混凝土是由骨料、水泥和水拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土，它不含細(xì)骨料，由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互黏結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，故具有透氣、透水和重量輕的特點(diǎn)，作為環(huán)境負(fù)荷減少型混凝土，透水性混凝土的研究開發(fā)越來越受到重視。

透水性混凝土可以看作由三部分組成，即粗骨料形成的骨架、水泥漿體形成的膠結(jié)層及它們之間的孔隙。透水性混凝土是粗骨料顆粒間通過硬化的水泥漿薄層膠結(jié)而成的多孔堆聚結(jié)構(gòu)，內(nèi)部含有較多的孔隙，因此具有良好的透水性。

當(dāng)透水性混凝土受到力作用時(shí)，主要通過粗骨料之間的膠結(jié)點(diǎn)傳力，由于水泥膠結(jié)層很薄，水泥凝膠體和粗骨料界面之間的膠結(jié)面積很小，因此破壞時(shí)主要是骨料顆粒之間的連接點(diǎn)破壞，從而使混凝土散裂，失去強(qiáng)度。因此在保證一定孔隙率的前提下，增加膠結(jié)點(diǎn)的數(shù)量和面積，提高膠結(jié)層的強(qiáng)度是提高透水性混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵。

（二）透水性混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方案

本研究擬訂從優(yōu)化原材料、調(diào)整配比、摻入礦物摻料和有機(jī)增強(qiáng)等措施來提高透水性混凝土的強(qiáng)度。

（三）試驗(yàn)用原材料

1．水泥：河南鶴壁“同力”牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥；

2．骨料：碎石，粒徑分為5～10mm和10～24mm兩段；

3．活性摻和料：S85級(jí)礦粉、硅灰；

4．減水劑：北京慕湖高效減水劑UNF-5；

5．水：自來水。

（四）配合比設(shè)計(jì)

目前透水性混凝土的配合比設(shè)計(jì)還沒有成熟的計(jì)算方法，根據(jù)透水性混凝土理想模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)為透水性混凝土的外觀體積由骨料堆積而成，混凝土所需的水泥漿以能夠包裹粗骨料表面，形成一定厚度的膠結(jié)層和在骨料之間形成連通的孔隙為宜。通常透水性混凝土的水灰比介于0.25～0.40 之間，水泥用量在250kg/ m³～350kg/ m³范圍內(nèi)。

（五）試件制備及養(yǎng)護(hù)

混凝土攪拌時(shí)先把除水和高效減水劑之外的其他材料干拌約30s，混合均勻，然后加入水及高效減水劑，攪拌約90s。觀察發(fā)現(xiàn)水泥漿在骨料顆粒表面包裹均勻后停止攪拌，開始裝模。成型后適當(dāng)振搗，確保混凝土組成均勻，性能穩(wěn)定。成型后表面覆蓋塑料薄膜以防止水分散失，24小時(shí)后拆模放入養(yǎng)護(hù)室，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至28天齡期。試件的尺寸規(guī)格為：100mm ×100mm ×100mm（用于抗壓試驗(yàn)和測透水系數(shù)），100mm×100mm×400mm（用于抗折試驗(yàn)）。

（六）性能測試方法

1.抗壓強(qiáng)度。參照普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50081-2002）測定混凝土試件的抗壓強(qiáng)度。采用液壓式壓力機(jī)試壓，受壓面積為100mm×100mm，加荷速度小于C30為0.3～0.5MPa/s、大于或等于C30為0.5～0.8MPa/s，抗壓強(qiáng)度取3個(gè)試件結(jié)果的算術(shù)平均值。

2．抗折強(qiáng)度。參照普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50081-2002）測定混凝土試件的抗折強(qiáng)度。在液壓式萬能壓力機(jī)上進(jìn)行，試件規(guī)格：100mm×100mm×400mm，抗折試驗(yàn)跨距為300mm,加荷速度小于C30為0.02～0.05MPa/s、大于或等于C30為0.05～0.08MPa/s，抗折強(qiáng)度取3個(gè)試件結(jié)果的算術(shù)平均值。

3．透水系數(shù)測定方法。透水儀為兩端開口的有機(jī)玻璃方框，尺寸10cm×10cm×30cm。透水儀正面刻有刻度（單位：cm），可用于計(jì)量。測量前，先將試件四周用蠟封好，然后將試件放置在透水儀下方，透水儀和試件之間用半熱的蠟條封好，待蠟條冷卻后，向透水儀中加水至超過20cm刻度。待水面下降至16cm刻度時(shí)開始計(jì)時(shí)，下降至14cm再計(jì)時(shí)一次。透水系數(shù)按式（1）計(jì)算：

V=H/Δt （1）

式中H——水位下降高度，20mm；

Δt——水從160mm高度降至140mm的時(shí)間(s)。

（七）試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

水灰比對(duì)抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)表明：水灰比是影響透水性混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一，配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定。

骨料級(jí)配對(duì)抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)表明：透水性混凝土的配合比應(yīng)盡量采用連續(xù)粒徑的骨料，以便既保證透水性混凝土的必要強(qiáng)度，又保證透水性混凝土的基本透水性。

摻合料對(duì)抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)表明：在透水性混凝土中，按合理的比例摻加礦粉和硅灰能顯著提高透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度，但必須和高效減水劑共同使用。

有機(jī)材料對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響的試驗(yàn)表明：隨著有機(jī)材料摻量的增加，透水性混凝土的強(qiáng)度也增加。但考慮有機(jī)材料的成本影響，不是高強(qiáng)度的要求，不建議在透水性混凝土中摻加有機(jī)材料。

（八）研究小結(jié)

1.水灰比（水膠比）是影響透水性混凝土強(qiáng)度的主要因素之一，當(dāng)水灰比（水膠比）在0.29左右時(shí)可以形成較理想的透水性混凝土結(jié)構(gòu)，具有較高的強(qiáng)度和一定的透水性。

2．在透水性混凝土中，摻加礦粉和硅灰并配合使用高效減水劑，能顯著提高透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3．連續(xù)粒級(jí)骨料比單一粒級(jí)骨料具有更高的強(qiáng)度。

4．采用有機(jī)材料，可使透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到40MPa以上，

5．采用較小粒徑的骨料可以提高透水性混凝土的強(qiáng)度，但必須同時(shí)調(diào)整水泥用量。

6．在適宜的水灰比范圍內(nèi)，透水性混凝土的透水性隨水灰比增大而減小，采用單一粒徑骨料可以改善混凝土透水性。

7．透水性混凝土強(qiáng)度和透水性成反比，實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)需要選用合適的配比，滿足工程要求。

三、結(jié)論

透水性混凝土具有容重小、水的毛細(xì)現(xiàn)象不顯著、透水性大，水泥用量小、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)，是建造透水性路面的理想建筑材料，這些優(yōu)越性正不斷為人所知，并在道路領(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用。

作者簡介：張曉東，男，河南省第一建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司項(xiàng)目副經(jīng)理，工程師，研究方向：工程項(xiàng)目管理；就讀于西安建筑科技大學(xué)工程碩士，項(xiàng)目管理專業(yè)。