透水混凝土在“海綿城市”建設(shè)中的應(yīng)用研究

王曉妍 ，湯國(guó)芳 ， ，孟祥輝 ，盧傳泰 ，吳帥 ，馬忠華

（1.徐州市交通控股集團(tuán)有限公司，江蘇 徐州 221000；2.江蘇誠(chéng)意工程技術(shù)研究院有限公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

海綿城市是指它能夠像海綿一樣，在自然環(huán)境發(fā)生變化和雨水帶來(lái)的災(zāi)害等方面具有良好的“吐納功能”，能夠有效控制地面雨水徑流，實(shí)現(xiàn)水資源的有效積存、滲透和凈化，使城市進(jìn)入綠色健康生態(tài)發(fā)展。

作為 “海綿城市”建設(shè)的主要地面鋪裝材料——“透水混凝土”的生產(chǎn)與應(yīng)用，對(duì)我國(guó)構(gòu)建“海綿城市”具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究目的

（1）通過(guò)“海綿城市”建設(shè)提高地面雨水的滲透能力，改善城市生存環(huán)境。

（2）尋求高強(qiáng)度透水混凝土的配合比以及施工方法，在實(shí)現(xiàn)混凝土高透水性的同時(shí)，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

（3）針對(duì)目前透水混凝土性能檢測(cè)方法不統(tǒng)一等問(wèn)題，找到一種透水混凝土試件制作與檢測(cè)的簡(jiǎn)易有效的方法，使透水混凝土各項(xiàng)指標(biāo)能夠得到準(zhǔn)確體現(xiàn)。

（4）通過(guò)工程應(yīng)用制定出合適的透水混凝土配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、檢測(cè)技術(shù)規(guī)程，形成一套完整的透水混凝土生產(chǎn)與施工技術(shù)。

2 研究方案設(shè)計(jì)

（1）根據(jù) CCJJ/T135—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)；

（2）通過(guò)攪拌工藝調(diào)整透水混凝土工作狀態(tài)，增加透水混凝土的均勻性；

（3）調(diào)整外加劑性能，減小透水混凝土的坍落度損失和水分蒸發(fā)，使能夠滿足預(yù)拌化生產(chǎn)的要求；

（4）根據(jù)配合比進(jìn)行透水混凝土配制，記錄混凝土的初始狀態(tài)、性能，制做試驗(yàn)、檢測(cè)所需的各類(lèi)試件；

（5）進(jìn)行透水混凝土的檢測(cè)與數(shù)據(jù)收集；

（6）研究透水混凝土力學(xué)性能與透水系數(shù)、孔隙率之間的關(guān)系。

3 試驗(yàn)用原材料

3.1 水泥

采用江蘇誠(chéng)意P·O 52.5水泥，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《通用硅酸鹽水泥》（GB175—2007）的質(zhì)量要求。

3.2 骨料

采用徐州明陽(yáng)采石廠碎石，質(zhì)量符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 52—2006）的要求。

3.3 外加劑

采用徐州鑄建科技ZJ－1高效復(fù)合型外加劑。

4 透水混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果

4.1 配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)

根據(jù)原材料性能特點(diǎn)和透水混凝土的要求，為了獲得滿足設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)施工要求的透水混凝土，以（抗壓、抗折）強(qiáng)度、孔隙率等為指標(biāo)進(jìn)行透水混凝土配合比設(shè)計(jì)。

4.2 設(shè)計(jì)方法原理

設(shè)計(jì)方法詳見(jiàn)CCJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》。

4.3 透水混凝土配合比（表1）

4.4 透水混凝土試驗(yàn)結(jié)果及性能（表2）

表1 透水混凝土配合比/（kg/m3)

表2 透水混凝土試驗(yàn)性能參數(shù)

4.5 結(jié)果分析

（1）隨著抗壓（折）強(qiáng)度的增大，透水系數(shù)逐漸減?。▓D1），因?yàn)橥杆Ч饕怯蓛?nèi)部連續(xù)孔隙的多少來(lái)決定，透水系數(shù)變小，反映連續(xù)孔隙率也相應(yīng)減少，混凝土就更加密實(shí)、強(qiáng)度提高。

（2）抗壓（折）強(qiáng)度隨著孔隙率的減小而增大（圖1），這是因?yàn)橥杆炷羶?nèi)部是一種骨架孔隙結(jié)構(gòu)[1]，孔隙率的減小必然造成內(nèi)部孔隙的減少，而且抗壓（折）強(qiáng)度與設(shè)計(jì)孔隙率的相關(guān)性大于連續(xù)孔隙率。封閉孔隙的存在同樣使得集料之間接觸機(jī)會(huì)減少，從而引起強(qiáng)度的降低。

圖1 力學(xué)性能與有效孔隙率、透水系數(shù)的變化關(guān)系

（3）透水混凝土主要是粗骨料結(jié)構(gòu)，依靠粗骨料與水泥漿體的粘結(jié)形成強(qiáng)度。細(xì)集料很少或沒(méi)有，從而形成一定的孔隙率。

總之，透水混凝土的強(qiáng)度主要取決于水泥的性能、水泥用量和空隙率。水泥用量越大，骨料表面包裹的水泥漿越多，對(duì)應(yīng)的透水混凝土強(qiáng)度就越高。當(dāng)然，這是對(duì)水灰比(W/C)合適的情況而言的。水灰比大時(shí)，水泥漿在拌合物施工成型過(guò)程中會(huì)沿著孔隙下沉[2]，不僅容易使孔隙堵塞，導(dǎo)致透水性下降，引起漿體分布不均，從而造成強(qiáng)度不均勻。

5 生產(chǎn)施工注意事項(xiàng)

5.1 制備

使用數(shù)量少或特殊部位使用，無(wú)法采用大型設(shè)備施工，適合現(xiàn)場(chǎng)攪拌干硬性的透水混凝土，拌合物出機(jī)時(shí)“手抓成團(tuán)，落地即散”為最佳拌合狀態(tài)；大型工地可以使用大型攤鋪機(jī)械施工，適合在攪拌站預(yù)拌化生產(chǎn)大流動(dòng)性的透水混凝土，通過(guò)調(diào)整，坍落度可達(dá)150 mm以上。

透水混凝土生產(chǎn)攪拌順序?yàn)椋悍Q料→骨料、50%拌合水→攪拌30 s→膠結(jié)材、50%拌合水→出料→攪拌60 s→加適量減水劑調(diào)整→攪拌60 s→出料。

5.2 運(yùn)輸

（1）生產(chǎn)透水混凝土的用水量少，膠凝材料相對(duì)較多，混凝土水化快，現(xiàn)場(chǎng)攪拌的干硬性透水混凝土一般用平板車(chē)或裝載車(chē)輸送，應(yīng)控制在30 min以內(nèi)運(yùn)到施工部位，運(yùn)輸過(guò)程中須使用塑料布覆蓋，防止水分散失。

（2）預(yù)拌化工藝生產(chǎn)的透水混凝土通過(guò)專用的復(fù)合型外加劑調(diào)整，從生產(chǎn)到施工結(jié)束不得超過(guò)3h。

5.3 攤鋪

透水混凝土施工必須及時(shí)準(zhǔn)確，由于未攤輔的透水混凝土為松散的多孔性結(jié)構(gòu)，與空氣接觸的表面積大，表面水份蒸發(fā)較快。因此混凝土在倒出運(yùn)輸車(chē)時(shí)必須馬上進(jìn)行攤鋪，松鋪系數(shù)一般為1.05～1.1。將拌合物均勻攤鋪在施工部位，用平板振動(dòng)器或人工搗實(shí)，宜采用低頻振動(dòng)壓實(shí)機(jī)[3]，最后用抹平機(jī)抹平。振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，防止出現(xiàn)漿體與骨料分離現(xiàn)象，攤鋪應(yīng)該迅速、正確。

5.4 養(yǎng)護(hù)

（1）攤鋪結(jié)束時(shí)，須立即覆蓋塑料薄膜和草簾，進(jìn)行保溫保濕，使膠凝材料能夠充分水化。

（2）養(yǎng)護(hù)：透水混凝土在施工完成后立即進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

（3）養(yǎng)護(hù)時(shí)間：高溫時(shí)不少于 14 d，低溫時(shí)不少于21 d。當(dāng)在5℃ 以下施工時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)該延長(zhǎng)到不低于1個(gè)月。

6 應(yīng)用實(shí)例

綜合以上的研究，依據(jù)透水混凝土設(shè)計(jì)要求，兼顧工作性、力學(xué)性和耐久性，根據(jù)目前的原材料狀況，設(shè)計(jì)出不同性能透水混凝土配合比。在室內(nèi)系統(tǒng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照工程距離及結(jié)構(gòu)不同進(jìn)行生產(chǎn)、運(yùn)輸與施工試驗(yàn)，研究透水混凝土運(yùn)輸距離、施工方法等對(duì)透水混凝土強(qiáng)度及透水性能的影響，測(cè)試驗(yàn)證透水混凝土性能參數(shù)，為建設(shè)“海綿城市”提供重要依據(jù)。

2017年12月，以誠(chéng)意集團(tuán)住宅工業(yè)化公司停車(chē)場(chǎng)作為干硬性透水混凝土試點(diǎn)工程。該工程面層為C30彩色透水混凝土，基層C20透水混凝土，厚100 mm，鋪設(shè)總面積為300 m2。該項(xiàng)目嚴(yán)格按照透水混凝土路面的施工工藝來(lái)鋪設(shè)，并設(shè)置排水溝與道路排水系統(tǒng)相連，以緩解暴雨天基層過(guò)多積水。通過(guò)檢測(cè)，所制成的停車(chē)場(chǎng)具有良好的透水性能，強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，且表面具有防滑、降噪音等多種功能，同時(shí)具有質(zhì)樸美觀的視覺(jué)效果。

2018年6月，以鑄建建材有限公司停車(chē)場(chǎng)作為流動(dòng)性透水混凝土試點(diǎn)項(xiàng)目，經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求，解決了透水混凝土的大批量生產(chǎn)和長(zhǎng)距離運(yùn)輸困難，實(shí)現(xiàn)了透水混凝土的預(yù)拌化。

7 生產(chǎn)成本及生態(tài)環(huán)境效益

7.1 生產(chǎn)成本

由于生產(chǎn)工藝及原材料等因素，目前每平方米透水混凝土的成本為普通混凝土的1.8倍左右。

7.2 生態(tài)環(huán)境效益

（1）增加了城市露天地面透水透氣面積，減輕了集中降雨季節(jié)道路排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

（2）充分利用雨雪下滲，發(fā)揮透水性路基的蓄水功能，增加了地表相對(duì)濕度，降低地表溫度，調(diào)節(jié)城市氣候，改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件，緩解城市熱島效應(yīng)，調(diào)節(jié)了生態(tài)平衡。

（3）增加了路面行走舒適感和安全性，吸收城市路面噪聲，創(chuàng)造了舒適的交通環(huán)境。

（4）透水混凝土具有更大的路面摩擦力，可降低路面的反光效應(yīng)，使交通環(huán)境更為安全。

（5）可以吸附城市部分污染物，減少揚(yáng)塵污染，創(chuàng)造良好的人居環(huán)境。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究，改進(jìn)了透水混凝土的試驗(yàn)方法，積累了透水混凝土生產(chǎn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，解決了生產(chǎn)中的一些實(shí)際問(wèn)題，為試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的起草奠定了基礎(chǔ)。推廣和應(yīng)用透水混凝土是改善地下水環(huán)境、建設(shè)“海綿城市”保持現(xiàn)代化城市可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑，具有顯著的社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益。