C 30彩色透水混凝土的研究與應(yīng)用

朱金才，徐加余，莊大勝，盛崇清，耿長圣

（1. 淮安市市政設(shè)施養(yǎng)護(hù)處，江蘇 淮安 223001；2. 江蘇淮安美贊建材科技有限公司，江蘇 淮安223001；3. 江蘇峻鄴建設(shè)有限公司，江蘇 淮安 223001）

0 前言

隨著國家海綿城市建設(shè)的大力推進(jìn)，各地均出現(xiàn)了海綿城市建設(shè)申報(bào)的熱潮。2016 年 4 月 27 日國家三部（財(cái)政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部）公示了中央財(cái)政支持的海綿城市建設(shè)試點(diǎn)名單后，將海綿城市建設(shè)的基礎(chǔ)材料——透水混凝土推進(jìn)了新的研究進(jìn)程。早在上世紀(jì)九十年代歐美、日本等國開始研究開發(fā)了透水性路面材料，并在廣場、步行街、道路、停車場、公園內(nèi)側(cè)道路等中應(yīng)用[1-4]。國外眾多的數(shù)據(jù)表明，這種材料有利于天然雨還原地下水，同時(shí)能夠通過空隙間的熱量傳導(dǎo)來降低路面的溫度，及空隙的減音作用降低汽車產(chǎn)生的噪音，利于環(huán)境的保護(hù)。近年來在我國眾多大學(xué)及機(jī)構(gòu)對透水混凝土進(jìn)行實(shí)質(zhì)性研究，但應(yīng)用面不是太廣。隨著國家的政策出臺(tái)，透水混凝土為基礎(chǔ)的各種道路材料將會(huì)得到全面的發(fā)展[4-6]。

本文通過對透水混凝土的材料選用、配合比設(shè)計(jì)、強(qiáng)度保證、施工注意事項(xiàng)、顏料的使用等方面進(jìn)行研究，并在淮安市輕軌交通公司休閑公園的道路進(jìn)行了工程試用，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 原材料選擇

（1）水泥：由于透水混凝土是基于碎石間粘結(jié)力的增強(qiáng)來達(dá)到強(qiáng)度要求的，所以宜選用 P·O42.5 級水泥，具體指標(biāo)如表 1 所示。

（2）礦粉：淮安淮龍 S95，7d 活性指數(shù) 83%，28d活性指數(shù) 102%，比表面積 420m2/kg，燒失量 1.8%。

（3）骨料：考慮到工程的特種性，選用兩種骨料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。即 5～16mm 的碎石和 2.4～4.75mm 的米砂，具體指標(biāo)如表 2 所示。

（4）外加劑：蘇博特 SBT-PCA，減水率 20%，固含量 25%。

（5）增強(qiáng)劑：蘇博特高效透水混凝土專用增強(qiáng)劑SBT-PRC(1)。

（6）顏料：上海一品道路專用顏料 S-190。

2 配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

此次彩色透水混凝土依據(jù) CJJT 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)?？箟簭?qiáng)度依據(jù) GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》的有關(guān)規(guī)定測試，透水系數(shù)采用“固定水量法”進(jìn)行測試，測試裝置如圖 1 所示。

2.1 確定骨料用量

透水混凝土的主要指標(biāo)是透水系數(shù)。透水系數(shù)主要與混凝土的孔隙率相關(guān)，混凝土孔隙率越大，其透水系數(shù)越高。而骨料的孔隙率是混凝土孔隙率的主要決定因素，先確定骨料的堆積密度和表觀密度，才能求得骨料的孔隙率。骨料的用量可以參考其堆積密度的數(shù)值，考慮到實(shí)際生產(chǎn)使用中的因素，可以按照規(guī)程 CJJT 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定乘以系數(shù)0.98。

表 1 水泥的具體技術(shù)指標(biāo)

表 2 骨料的具體技術(shù)指標(biāo)

圖 1 透水系數(shù)測試裝置

通過試驗(yàn)，本次骨料的堆積密度為 1450kg/m3，因此米砂用量為：1450kg/m3×0.98=1421kg/m3。

5～16mm 碎石的堆積密度為 1500kg/m3，因此碎石用量為：1500kg/m3×0.98=1470kg/m3。

2.2 確定水灰比

水灰比是影響透水混凝土粘結(jié)強(qiáng)度和透水系數(shù)的主要指標(biāo)。顆粒級配不同的骨料，其合理的水灰比范圍亦不相同，水灰比過小，包裹在骨料表面的水泥漿過稠，均勻性較差，不利于骨料間的粘結(jié)，抗壓強(qiáng)度難以保證；水灰比過大，包裹在骨料表面的水泥漿過稀，易導(dǎo)致漿體下沉堵住孔隙影響混凝土的透水系數(shù)，且會(huì)減小骨料間的粘結(jié)強(qiáng)度，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度下降同時(shí)體積穩(wěn)定性變差。根據(jù)道路的實(shí)際情況和既往經(jīng)驗(yàn)，按照CJJT 135—2009 規(guī)程的要求，水灰比宜取 0.26。

2.3 混凝土用水量及外加劑摻量

為了達(dá)到有效的粘結(jié)強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，宜將混凝土用水量控制在 90～100kg/m3左右，按照經(jīng)驗(yàn)值外加劑SBT-PCA 的摻量確定為 1.1%。

2.4 增強(qiáng)劑摻量

增強(qiáng)劑可以并增加骨料之間的粘結(jié)力，降低漿體下沉堵住孔隙的幾率，提升混凝土的透水系數(shù)，并具有早強(qiáng)保水作用，還可延長施工時(shí)間。廠家建議采用外摻法，摻量為 10kg/m3。

2.5 顏料的摻量

通過對混凝土著色效果的試驗(yàn)，確定顏料采用外摻法，摻量為 15kg/m3。

2.6 配合比試驗(yàn)

依據(jù) CJJT 135—2009 規(guī)程的要求，在試配時(shí)水灰比上下浮動(dòng) 0.05，并相應(yīng)的調(diào)整膠凝材料及外加劑的用量，進(jìn)行配合比試驗(yàn)，水灰比分別選擇 0.21、0.26 和0.31，具體配合比如表 3 所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

表 3 試配用混凝土配合比 kg/m3

3.1 透水混凝土的工作性能測試

按照表 3 給定的配合比進(jìn)行混凝土試配，進(jìn)行坍落度及初凝時(shí)間測試，結(jié)果如表 4 所示。

表 4 透水混凝土的工作性能測試

通過試配發(fā)現(xiàn)，水泥用量較高的透水混凝土凝結(jié)時(shí)間較短，且漿體較多，坍落度明顯偏大，孔隙易堵塞，導(dǎo)致混凝土透水系數(shù)降低；不用減水劑的和增強(qiáng)劑的混凝土坍落度太小，不利于混凝土的施工和成型。表 4 中的數(shù)據(jù)對比可以看出試驗(yàn)序號為 S3 和 S4 的混凝土工作性能較為理想。

3.2 試塊外觀及透水系數(shù)的測試

對硬化后的混凝土試塊進(jìn)行表觀檢查，并測試混凝土的孔隙率以及透水系數(shù)，測試結(jié)果如表 5 所示。

表 5 混凝土試塊的外觀及透水系數(shù)測試

從試驗(yàn)結(jié)果來看，混凝土透水系數(shù)與試塊的外觀相關(guān)性較好，與孔隙率的相關(guān)性較差，孔隙率較大的混凝土，往往由于局部的水泥漿富集，透水系數(shù)反而較低。因此，在制備透水混凝土?xí)r，拌合物的勻質(zhì)性是至關(guān)重要的指標(biāo)。從試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，水泥用量較高的，其底部由于漿體的下沉，使得混凝土的透水系數(shù)降低；水泥用量少的，不能將骨料完全包裹，使得骨料間的粘結(jié)力不夠，多有剝落現(xiàn)象。

3.3 混凝土的力學(xué)性能測試

對硬化后的混凝土試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，測試結(jié)果如表 6 所示。

表 6 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度測試

工程要求強(qiáng)度等級為 C30，按照表 6 來看，試驗(yàn)號 為 S3 和 S4 配合比試驗(yàn)結(jié)果滿足工程要求。結(jié)合以上工作性能及透水性能的試驗(yàn)結(jié)果，最終確定工程使用配合比為 S3 和 S4。

4 實(shí)際工程應(yīng)用情況及相關(guān)問題的解決

4.1 運(yùn)輸

該工程運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)；且不具備現(xiàn)場攪拌條件。所以綜合考慮采用攪拌車運(yùn)輸，攪拌車進(jìn)料口較小，進(jìn)料較為困難，但因其封閉性較好，不易被暴曬而導(dǎo)致混凝土失水過快，較長時(shí)間內(nèi)地保證混凝土的工作性能；針對進(jìn)料問題，采用在進(jìn)料口加裝小型振動(dòng)器輔助進(jìn)料，取得了良好效果，解決了透水混凝土集中生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)碾y題；為集中攪拌透水混凝土提供了初步解決方案。

4.2 施工及養(yǎng)護(hù)

（1）施工初期，對基層進(jìn)行了澆水濕潤處理，施工過程中采用了人工攤鋪壓實(shí)，由于工人操作熟練程度不同，施工時(shí)間存在明顯差異，超過 2 小時(shí)后，混凝土不易施工，表面抹壓較為困難，硬化后部分骨料間沒有粘結(jié)強(qiáng)度且易松動(dòng)，達(dá)不到預(yù)期效果。為改進(jìn)施工，將人員分成兩組，一組在前面壓實(shí)，另一組隨后抹平，大大減少了施工時(shí)間，確保了透水混凝土的施工質(zhì)量。

（2）養(yǎng)護(hù)：施工抹面后立即覆蓋薄膜養(yǎng)護(hù)，當(dāng)時(shí)效果良好，但第二天發(fā)現(xiàn)混凝土表面由于水蒸氣的作用，色彩分布變得不均勻，為了解決色差問題，采用了初凝后用表面養(yǎng)護(hù)劑封閉，收到了良好的效果。

（3）工程檢測及驗(yàn)收：工程結(jié)束后對混凝土路面進(jìn)行了透水性驗(yàn)收，驗(yàn)收結(jié)果表明透水系數(shù)良好。對所留置的試塊和現(xiàn)場鉆芯試塊進(jìn)行了試壓，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，工程竣工使用四年，反映效果及使用功能良好。

圖 2 為彩色透水混凝土路面的應(yīng)用效果圖。

圖 2 淮安市輕軌交通公司休閑公園彩色透水混凝土路面

5 結(jié)論

（1）透水混凝土的強(qiáng)度關(guān)鍵取決于骨料間的粘結(jié)強(qiáng)度，摻加增強(qiáng)劑和減水劑能明顯提高混凝土的強(qiáng)度。

（2）混凝土透水系數(shù)與試塊的外觀相關(guān)性較好，與孔隙率的相關(guān)性較差，孔隙率較大的混凝土，往往由于局部的水泥漿富集，透水系數(shù)反而較低。因此，在制備透水混凝土?xí)r，拌合物的勻質(zhì)性是至關(guān)重要的指標(biāo)。

（3）通過一定的技術(shù)手段可以實(shí)現(xiàn)透水混凝土的集中生產(chǎn)，并使用攪拌車運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，對施工現(xiàn)場的環(huán)境保護(hù)提供了可靠保證。

（4）通過配合比優(yōu)化和施工的改進(jìn)，透水混凝土能很好地運(yùn)用在一些大型承重道路中。