透水混凝土的力學性能的影響因素

朱站 樊旭 楊亮

摘要：透水混凝土是由水泥、粗骨料、外加劑和水拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土，由粗骨料表面包覆薄層水泥漿相互粘結(jié)，而形成孔穴均布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，故其具有透水、透氣和重量輕的特點。本文主要對透水混凝土的概念進行介紹，并對其優(yōu)缺點、現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、性能的影響因素等進行探討，以期為透水混凝土在實際應用中發(fā)揮更優(yōu)良的作用提供幫助。

關(guān)鍵詞：透水混凝土;試驗方法;現(xiàn)狀;性能;影響因素

目前世界上使用的道路材料仍以普通混凝土為主，普通混凝土道路具有剛度大、承載能力強、耐久性強、耐高溫、耐候性優(yōu)良等優(yōu)點。但是普通混凝土路面的缺點也日益顯現(xiàn)出來：同等平整度舒適性較低、板體性強、對基層的抗沖刷性要求高、混凝土板塊剛性大、不適應大沉降量、容易形成路面積水等等。因此，很多國家致力于開發(fā)使用能夠有效應對原城市道路路面缺陷的新型道路材料，透水混凝土便是其中的一種，它的主要作用為使雨水通過路面流人地下從而補充地下水、緩解城市地下水位下降的問題。

相比于普通材料，透水混凝土具有高孔隙率、高透水性、粗骨料配比高的優(yōu)點，并且更加環(huán)保、優(yōu)良。自2012年4月“海綿城市”的概念被提出并正式被推廣建設(shè)之后，透水混凝土便廣泛應用于海綿城市的建設(shè)之中。透水混凝土道路既美觀且實用，可滿足近年來海綿城市建設(shè)的發(fā)展趨勢，以及節(jié)約水資源、保護城市綠化的生態(tài)要求。

但凡事總有兩面性，透水混凝土也有一些問題尚未解決：因為孔隙率高，透水混凝土的強度自然會低，故而透水混凝土不能用于機動車道路上，只能用在一些可變荷載小的人行道，自行車道或者地坪，所以強度低這個缺點縮小了它的應用范圍。透水混凝土路面造價過高，面層的單位造價是普通混凝土的2-4倍，且長期使用時表面容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，后期維護頻率高，大范圍應用透水混凝土從經(jīng)濟方面來說便不可取。透水混凝土路面的性能受溫度影響較為嚴重，溫度升高時容易軟化流淌，對其透水性及抗壓強度均有不利影響。并且維護成本比較高，透水混凝土的孔隙率需要保持在20%-25%以上才可以保證具有優(yōu)良的透水性能，且透水混凝土孔隙中極易積攢灰塵等雜質(zhì)，需要隔一段時間清洗一次。現(xiàn)階段透水混凝土還處于起步狀態(tài)，各地區(qū)應用領(lǐng)域很少，因此它缺少國家標準。而沒有標準，其施工工藝以及質(zhì)量和后期維護就沒有保障，這也是透水混凝土目前面臨的的一個囧境。

綜合來看，降低生產(chǎn)成本、增強抗老化性和熱穩(wěn)定性、完善后期維護體系是透水混凝土接下來一段時間的發(fā)展趨勢。同時，從更長遠的眼光來看，透水混凝土的發(fā)展遵循生態(tài)性、科技性、美觀性的總趨勢，生態(tài)性是指透水混凝土在選材、制作、使用中都遵循環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展、可回收再利用的原則;科技性是指在未來的研究中，除了要注重其功能性的研究外，也要更加注重對透水性材料科技性的注入，例如增加透水混凝土路面的自我檢測、自我預警、自我清潔等功能;美觀性即是讓人看著賞心悅目，有放松身心的作用。

目前國內(nèi)通用的透水混凝土拌合物工作性試驗方法主要有目測法、密度法、旋轉(zhuǎn)壓實法、富余漿量法等。密度法簡單易行，可在一定程度上評價透水混凝土的工作性;旋轉(zhuǎn)壓實儀法可精確模擬現(xiàn)場各種壓實狀態(tài)，但設(shè)備龐大，并不適用于現(xiàn)場試驗;富余漿量法所需設(shè)備簡單易得，但是富余漿量比公式是通過免振搗透水混凝土的相關(guān)試驗得到的，而免振搗透水混凝土的水灰比、漿集比與普通透水混凝土之間的差異非常大，因此在用于普通混凝土的工作性評價時，需重新考察各參數(shù)的影響程度，得到適用于普通透水混凝土的富余漿量比回歸公式。強度試驗方法與普通混凝土試驗方法相同，可參照規(guī)范。透水混凝土孔隙率試驗方法主要有排水法、灌水法和圖像分析法等。測定透水混凝土透水系數(shù)的試驗方法分為室內(nèi)實驗法和現(xiàn)場實驗法。

本課題主要探究骨料、水灰比、砂率、孔隙率等在不同條件下對透水混凝土的力學性能的影響。

骨料是透水混凝土主要組成成分之一，也是決定其透水性能的關(guān)鍵因素。當采用細骨料時，單位體積內(nèi)骨料顆粒數(shù)目增多，與水泥漿接觸面積增大，內(nèi)部更加密實，使得透水混凝土抗壓強度增大、透水性降低。當采用粗骨料時，粗骨料之間間距增大，提高了孔隙率，骨料與水泥漿的接觸面積減小，降低了抗壓強度?？傮w上來說，隨著骨料的顆粒粒徑越大，透水混凝土的透水性增強，抗壓強度降低。

實驗證明，隨著水灰比的增大，透水混凝土的抗壓強度呈開口向上的拋物線趨勢，而透水系數(shù)會一直減小。將抗壓強度最高值時對應的水灰比稱為最佳水灰比，在最佳水灰比之前，水灰比較小，和易性差，粗骨料與水泥漿無法充分混合，混凝土的空隙增大，抗壓強度變低;當超過最佳水灰比之后，混凝土中漿體增多，流動性大大增加，抗壓強度隨之降低。隨著水灰比的增大，透水混凝土中的水泥漿越來越多，水泥漿包裹骨料顆粒越來越充分，透水混凝土中的間隙越來越小，導致其透水性越來越差。

由實驗可知，隨著砂率的增大，透水混凝土的抗壓強度、抗折強度均逐漸增大，而透水系數(shù)和孔隙率則逐漸降低。

透水混凝土完成其透水功能所依靠的便是其內(nèi)部極多的孔隙。而滿足強度標準的前提是其內(nèi)部完全密實，透水混凝土的孔隙率越高，其抗壓強度越低。

經(jīng)過分析，透水混凝具有獨特的透水性、保水性等優(yōu)點，有效克服了我國城市化發(fā)展進程中城市建設(shè)遇到的一系列問題。但透水混凝土低強、易老化開裂等不足也限制了它的廣泛應用。隨著當前“海綿城市”的建設(shè)，透水混凝土的大范圍應用與進一步發(fā)展已不可避免，期待更加完善的透水混凝土能早日應用到實際建設(shè)中。