C30透水混凝土的試驗研究及工程應用

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

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

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

1 試驗內容及工程應用

1.1 工程概況及設計要求

北京某重點工程（對外為保密工程）。項目總建設用地面積 108633.561m2，主要包括主樓、配套管理用房、觀景廣場及門衛(wèi)房。其中配套管理房周邊及廣場西側路面均為透水鋪裝，鋪裝面積約 8000m2，厚度為100mm。透水混凝土設計強度為 C30，透水系數(shù)不低于1mm/s。

1.2 主要研究方法及內容

1.2.1 試驗原材料

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

（2）粗、細骨料：選用級配良好的威克碎石及中砂。其技術指標見表2。

表1 水泥物理力學性能

表2 粗、細骨料物理性能

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

1.2.2 配合比的設計計算

根據(jù) CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術規(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

配合比設計的目的在于確定混凝土合理的透水系數(shù)范圍、尋求一種高強度透水混凝土的配合比，在實現(xiàn)透水的同時，重點提高混凝土的強度。增加透水混凝土強度有以下兩個途徑：

（1）擴大粘結面積。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時，加入適量細骨料，由水泥砂漿包裹石子，實現(xiàn)了膠凝材料總量不變而漿體和石子的粘結面積擴大，提高粘結強度，使透水混凝土的強度增加。

（2）增大漿體粘結力。相對普通密實型混凝土，適當提高水泥用量，減少用水量，增加漿體的粘結力，實現(xiàn)水泥漿體和石子之間的粘結力變大，粘結強度提高，從而提高透水混凝土的強度。

因此，透水混凝凝土的配合比設計需兼顧以上兩個因素，然后通過具體的試驗驗證后，才能用于實際工程。根據(jù)理論配合比調整的施工配合比見表4。

表4 施工配合比 kg/m3

2 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

透水混凝土性能檢測結果見表5。

表5 試驗結果

2.2 試驗說明

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

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

（3）對抗壓試驗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遠大于該透水混凝土的設計強度，也不作為試驗的變量討論。見圖1。

圖1 部分抗壓破壞透水混凝土試件

2.3 試驗分析

通過表5的試驗結果數(shù)據(jù)分析可知：

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

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

圖2 兩種骨料粒徑下的孔隙率與強度對比

（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)的關鍵因素。見圖3。

3 工程應用及總結

根據(jù)表5的試驗結果，結合工程的實際情況，選擇試驗3和試驗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行鋪裝，分層碾壓。試驗3配合比作為基層，試驗7配合比作為面層，這樣在保證足夠的抗壓強度及透水效果的同時，也能獲得較好的路面觀感和舒適的使用體驗。

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，同時為今后類似混凝土的施工提供了經(jīng)驗和案例，取得了良好的廣告效應。此外，鑒于 C30 及以上透水混凝土的技術難度，和普通混凝土相比，具有較好的經(jīng)濟效益。試驗透水檢測及部分施工過程見圖4。

4 生產(chǎn)控制要點及注意事項總結

透水混凝土與傳統(tǒng)密實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。對于初次生產(chǎn)透水混凝土的企業(yè)，往往因沒有相關生產(chǎn)和施工經(jīng)驗導致過程中出現(xiàn)一系列的問題。最后，通過實際的生產(chǎn)施工，筆者個人總結了幾點生產(chǎn)過程中需要重點控制的關鍵過程，希望對初次生產(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)對原材料的用量，尤其是水的用量較為敏感。因此，生產(chǎn)計量設備必須保證動態(tài)偏差：水泥和水計量偏差為±1%，砂石計量偏差為±2%。

（2）透水混凝土拌合物須用翻斗車運輸，出機不能有流漿。

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

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

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

（4）施工攤鋪宜用挖掘機配合人工，人工負責細部的找平。碾壓設備不是越重越好，以能將攤鋪松軟的拌合物壓實壓平為宜。一次攤鋪超過 200mm 厚度的透水混凝土施工宜使用震動碾壓設備。

圖4 透水混凝土的施工及試驗檢測過程（依次為運輸、鋪裝施工、實體效果、透水試驗）