透水混凝土的耐久性能影響研究進展

高慶力，李 峰，萬書金，郭振東

(1.中交路橋建設有限公司，北京 100027；2.中交瑞通建筑工程有限公司，北京 101102；3.沈陽工業(yè)大學建筑與土木工程學院，沈陽 110870)

隨著城鎮(zhèn)化建設的加快，越來越多的不透水硬質(zhì)化道路將城市覆蓋。這種傳統(tǒng)的不透水路面的大量建設，導致了一系列的環(huán)境問題和生活問題?；诖?，透水混凝土擁有的各項特性，使其成為了國家建設重點推廣的內(nèi)容。透水混凝土的應用，可以減少地表徑流和城市噪音[1]，改善城市“熱島效應”，同時其具有的透水功能可以有效補充地下水資源，透水混凝土的推廣應用具有改善生態(tài)環(huán)境和節(jié)約自然資源的重要意義。

透水混凝土一般由單一級配骨料或間斷級配骨料、膠凝材料和水拌合而成，通常不含細骨料或含有較少細骨料，是由膠凝材料包裹骨料形成具有連通孔隙的結(jié)構(gòu)。這種特殊的蜂窩狀孔隙結(jié)構(gòu)讓其具有透水和儲水的功能，但同時也因結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有較多孔隙，導致其強度較低，耐久性能較差，更容易受到外在因素的影響而破壞。所以眾多學者研究了不同因素對透水混凝土耐久性能的影響。文章概述了近些年對透水混凝土耐久性能的研究成果，結(jié)合現(xiàn)階段研究成果，對未來的透水混凝土耐久性能方面研究給出了一定建議。

1 抗凍性能研究

目前透水混凝土在我國南方應用較為廣泛，在我國華北、西北和東北地區(qū)應用較少。透水混凝土受溫度變化影響較大，其抗凍性能的優(yōu)劣是影響其在上述寒冷地區(qū)推廣的重要因素。

向君正[2]研究了在水凍和鹽凍條件下透水混凝土的凍融循環(huán)試驗，在經(jīng)過100次凍融循環(huán)試驗后，透水混凝土在水凍和鹽凍條件下抗壓強度分別降低16%和23%，除冰鹽條件下加重了透水混凝土的凍脹飽和，造成透水混凝土的強度衰減更大；焦凱[3]研究了單摻10%硅灰、復摻10%硅灰和5%粉煤灰的凍融試驗，結(jié)果表明復摻硅灰和粉煤灰組具有更高的抗凍性能，硫酸鹽溶液凍融循環(huán)下透水混凝土的強度損失和質(zhì)量損失最大，氯鹽溶液次之，清水溶液下的損失最?。籄dil[4]在試驗中添加了不同摻量的硅灰，結(jié)果表明當硅灰摻量為5%時，透水混凝土在經(jīng)歷100～300次凍融循環(huán)后，其質(zhì)量損失最小，相比空白對照組的抗凍性能有較大提升；Bilal[5]研究表明摻入硅灰、偏高嶺土或丁苯乳膠均可提高透水混凝土的抗凍性能，硅灰和偏高嶺土提升效果明顯；張炯[6]研究添加不同摻量的粉煤灰、乙烯-醋酸乙烯酯乳膠和聚乙烯纖維試驗，發(fā)現(xiàn)乙烯-醋酸乙烯酯乳膠對抗凍性能的提升效果最好，聚乙烯纖維和粉煤灰同樣能夠提升抗凍性能，粉煤灰摻量為10%時達到最佳的抗凍性能；吳堃[7]的研究同樣驗證了摻入10%粉煤灰組的試件可以經(jīng)受更多次凍融循環(huán)，低濃度的硫酸鈉溶液對透水混凝土的破壞更為嚴重；王子[8]的試驗結(jié)果表明摻入橡膠粉可以有效提高透水混凝土的抗凍性能，當摻入8%的80目橡膠粉時透水混凝土具有最佳的抗凍性能；單景松[9]在研究添加摻量為1.5 kg/m3的聚丙烯纖維透水混凝土試驗中發(fā)現(xiàn)，摻加聚丙烯纖維能夠有效提高透水混凝土的抗凍性能，尤其是對飽和水狀態(tài)下的透水混凝土抗凍性能提升最為顯著；Wu[10]在試驗中復摻了42 kg/m3的EVA乳膠和0.7 kg/m3的聚丙烯纖維，結(jié)果表明此條件下的透水混凝土在凍融循環(huán)過后，質(zhì)量損失率最小。

2 抗硫酸鹽侵蝕性能研究

在我國沿海地區(qū)，建筑物受到硫酸鹽侵蝕十分嚴重。為廣泛推廣透水混凝土的應用，研究其抗硫酸鹽侵蝕性能是必要的，有助于提高透水混凝土的使用壽命。

Ramkrishnan[11]在試驗中用偏高嶺土、?；郀t礦渣和粉煤灰代替一定量的水泥，結(jié)果表明這三種摻料均能提高透水混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，當?；郀t礦渣摻量為10%、偏高嶺土摻量為10%或15%時，在硫酸鹽溶液浸泡后的強度損失率較低；王玲玲[12]通過正交試驗，發(fā)現(xiàn)當水灰比為0.3、高吸水性樹脂摻量為0.2%，骨料粒徑為15～20 mm時，透水混凝土的耐腐蝕系數(shù)可以達到0.893，具有較高的耐腐蝕性能；Gao[13]研究了在經(jīng)過12次干濕循環(huán)試驗后，摻入4%的硅灰或8%的細骨料均可以提高透水混凝土的抗酸性液體腐蝕性能。劉肖凡[14]研究了添加聚丙烯仿鋼纖維影響透水混凝土性能的試驗，發(fā)現(xiàn)隨著纖維摻量的增加，透水混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能隨之增強，這種硬質(zhì)化的仿鋼纖維一定程度上承擔了硫酸鹽循環(huán)中的結(jié)晶壓力，起到了阻裂和增強的作用；黃美燕[15]在研究硫酸鹽腐蝕對透水混凝土強度和透水性能的影響試驗中發(fā)現(xiàn)，固定腐蝕齡期下，骨料粒徑越小其強度損失越大，透水系數(shù)則隨著腐蝕齡期的延長有增大的趨勢；Sahdeo[16]的試驗研究表明較大骨料級配的試件在經(jīng)受硫酸鹽侵蝕后，其強度損失較大，混合級配的試件表現(xiàn)出更高的抗硫酸鹽侵蝕性能；Sahdeo[17]的研究發(fā)現(xiàn)用瀝青再生骨料替代部分天然骨料制備得到的透水混凝土，在硫酸鹽腐蝕或氯鹽腐蝕下的質(zhì)量和強度損失較大。

3 耐磨性能研究

透水混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)導致其耐磨性能相比普通混凝土較差，更容易受到外在因素的影響而造成磨損破壞。通常透水混凝土的耐磨性按照《無機地面材料耐磨性能試驗方法》[18]中的規(guī)定進行測定。

汪源[19]的試驗中研究了在相同粒徑下不同等級的透水混凝土中摻入抗沖磨材料，結(jié)果表明在摻加8%的抗沖磨材料后，其28 d質(zhì)量損失率較空白組減少了67.9%，28 d磨坑長度減少了54.16%，有效地提高了透水混凝土的耐磨性能；謝遷[20]在試驗中添加80目不同摻量的橡膠粉，結(jié)果表明隨著橡膠粉摻量的增加，透水混凝土的28 d磨坑長度先降低后增加，當橡膠粉摻量為4%時提高耐磨性能最優(yōu)；Khankhaje[21]研究發(fā)現(xiàn)隨著棕櫚油燃料灰替換水泥的摻量增大，透水混凝土的耐磨性能逐漸下降；張衛(wèi)東[22]的研究表明隨著水灰比的增大或再生骨料取代率的增加，單位面積上的質(zhì)量損失會逐漸增大，即說明試件的耐磨性能下降；Ipek[23]的試驗中添加了低密度聚乙烯顆粒置換部分天然骨料，結(jié)果表明低密度聚乙烯顆粒的摻入減少了透水混凝土的磨損；郭磊[24]對比了天然骨料和再生骨料的耐磨性能，結(jié)果表明使用再生骨料的透水混凝土質(zhì)量磨耗率比天然骨料透水混凝土要高，在再生透水混凝土中添加聚丙烯纖維和碳纖維，結(jié)果表明兩種纖維均能提高透水混凝土的耐磨性能；Oz[25]在試驗中采用浮石(酸性)部分替換石灰?guī)r碎石骨料，結(jié)果表明隨著浮石含量的增加，透水混凝土的耐磨性能逐漸提高；El-Hassan[26]同樣采用再生骨料替換部分天然骨料，結(jié)果表明隨著再生骨料置換率的增加，透水混凝土的耐磨性能逐漸下降，當摻入部分礦渣替換部分水泥時，可以提高其耐磨性能；Akkaya[27]研究了2～4 mm、4～8 mm和8～16 mm三種不同骨料粒徑的透水混凝土磨損試驗，結(jié)果表明當骨漿比為2時，隨著骨料粒徑的增大，透水混凝土的磨損性能逐漸下降。

4 結(jié)論與展望

a.外摻材料對透水混凝土抗凍性能的影響較為顯著，通常摻加礦物摻料、纖維或聚合物類摻料均可提高透水混凝土的抗凍性能，一般情況下外摻材料均存在最佳摻量；凍融溶液的種類、凍融溶液的濃度等對其抗凍性能也有較大影響。

b.添加礦物摻料、纖維和聚合物類摻料通?？梢蕴岣咄杆炷恋目沽蛩猁}侵蝕性能，而用再生骨料替代天然骨料，則會降低其抗硫酸鹽侵蝕性能；小粒徑骨料的透水混凝土通常具有更高的抗硫酸鹽侵蝕性能，大粒徑骨料透水混凝土受到硫酸鹽侵蝕后其強度和質(zhì)量損失較大。

c.再生骨料置換天然骨料后，透水混凝土的耐磨性能通常呈下降趨勢，外摻其他材料通常可以提高透水混凝土的耐磨性能；骨料級配對耐磨性能同樣影響較大，通常小粒徑骨料透水混凝土擁有更高的耐磨性能。

d.目前對于透水混凝土的耐久性能主要是研究單因素的影響，實際工程中往往是多因素耦合作用下的影響，未來可以研究多種因素對透水混凝土耐久性能的影響；現(xiàn)階段研究主要是考慮了經(jīng)受耐久性試驗的強度和質(zhì)量損失情況，對于透水性能的影響并未考慮，今后在耐久性能的研究中應該考慮其透水功能能否正常使用。