透水混凝土在道路工程中的應(yīng)用探討

朱玉虎， 錢亞萍

(1.滁州市公路局，安徽 滁州 239000；2.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

透水混凝土是由特定級配的骨料、水泥、水、外加劑和摻合料等按照特定比例經(jīng)特殊工藝制成的具有連續(xù)孔隙的多孔混凝土[1]。這種骨架孔隙結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的透水性能、吸聲降噪功能和凈化水體功能，透水性可以解決雨天路面水滑及夜間反光問題，降低冬季路面冰凍風(fēng)險(xiǎn)，溝通大氣與土壤，調(diào)節(jié)局部溫度，緩解熱島效應(yīng)。但是，這種孔隙結(jié)構(gòu)制約了混凝土的強(qiáng)度、抗凍性能及耐久性。目前在國外的道路工程、園林工程和環(huán)境工程中得到廣泛應(yīng)用，而在我國尚且處于理論研究階段，工程應(yīng)用有限。

1 工程概況

滁州大道是一條兼具市政功能的一級公路，全線長9.111 km，其中人行道鋪裝面積51 992 m2，傳統(tǒng)的人行道鋪裝多為面包磚，易損壞，使用舒適性差，且路線穿越規(guī)劃明湖風(fēng)景區(qū)，對景觀要求高，因而人行道鋪裝采用工作性能綠色環(huán)保、視覺效果質(zhì)樸美觀的透水混凝土。

人行道路面面層采用透水混凝土，基層全透水結(jié)構(gòu)[2]。路面結(jié)構(gòu)為9 cm C35透水混凝土+20 cm C20水泥混凝土。透水混凝土的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：強(qiáng)度等級C35；孔隙率18%～22%；透水系數(shù)(15℃)≥0.5 mm/s；耐磨性≤30 mm；抗凍循環(huán)次數(shù)≥25次。

2 原材料的選擇

(1)水泥：水泥強(qiáng)度等級僅影響成品的抗壓強(qiáng)度，對透水系數(shù)無影響。項(xiàng)目選用滁州中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥，性能測試見表1。

表1 水泥物理力學(xué)性能

(2)粗骨料：保持水灰比和水泥用量不變，相對于大粒徑骨料，小粒徑的石料堆積密實(shí)，強(qiáng)度較高，且透水系數(shù)和強(qiáng)度的波動(dòng)范圍小，成品性能穩(wěn)定。項(xiàng)目選用3～8 mm玄武巖石料，級配見表2。

表2 粗集料級配

(3)外加劑：摻入適量的硅粉等礦物細(xì)摻料可以參與水泥水化反應(yīng)形成高分子聚合物水泥水化體，改進(jìn)微觀結(jié)構(gòu)，提高成品的抗壓強(qiáng)度、抗凍融性能和耐磨性能。本項(xiàng)目采用一種含SiO2與特殊功能單體合成的聚合物——SR增強(qiáng)劑。

(4)水：拌和用水符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

3 配合比設(shè)計(jì)

透水混凝土配合比設(shè)計(jì)采用體積法，混凝土外觀體積由粗集料堆積形成，集料間仍有孔隙，薄水泥漿僅包裹在集料表層，通過集料凸面水泥漿的黏結(jié)和集料機(jī)械咬合形成整體，膠凝材料凝結(jié)后形成強(qiáng)度。透水混凝土的力學(xué)性能與透水性能呈相互制約的關(guān)系，配合比設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要在強(qiáng)度和透水系數(shù)中取得平衡。

透水混凝土的強(qiáng)度來源于膠凝材料的黏結(jié)力和粗骨料的咬合力；透水性能主源于貫穿連續(xù)的有效孔隙?？箟簭?qiáng)度和透水系數(shù)隨著水灰比的變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，因而在骨料級配確定的情況下試驗(yàn)得出最佳水灰比為0.37。根據(jù)下列體積法公式可確定配合比：

mw/ρw+mc/ρc+mg/ρg+ms/ρs+P=1

式中:mw為為每立方混凝土用水量,kg；ρw為水密度,kg/m3；mc為為每立方混凝土水泥用量,kg；ρc為為水泥密度,kg/m3；mg為每立方混凝土骨料用量,kg；ρg為骨料密度,kg/m3；ms為每立方外加劑用量,kg；ρs為外加劑密度,kg/m3；P為孔隙率，設(shè)計(jì)要求18%。

配合比計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 混凝土配合比

4 施工工藝

施工工藝對透水混凝土的工作性能影響較大，試驗(yàn)室通常采用靜壓法成型，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，現(xiàn)場采用平板振動(dòng)夯成型，覆蓋養(yǎng)護(hù)，成品性能與試驗(yàn)室有差異。施工工藝流程如下：拌和-運(yùn)輸-攤鋪-振搗-碾壓整平-養(yǎng)護(hù)-拆模-噴漆罩面。

(1)拌和：在攪拌站拌和成品料，投料時(shí)必須嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行，先投20%的水量，空機(jī)攪拌后投放1/2的集料，再投水泥、增強(qiáng)劑，然后再投放剩余1/2集料攪拌，攪拌時(shí)間4 min。合適的用水量攪拌后的混凝土用手可以攥成團(tuán)，松手后表面吸附漿體少。注意粗骨料必須水洗后投放，否則易堵塞孔隙，影響透水性。

(2)運(yùn)輸：采用翻斗車在10 min內(nèi)運(yùn)輸?shù)綌備伂F(xiàn)場，運(yùn)輸時(shí)覆蓋嚴(yán)實(shí)保持水分。

(3)振搗攤鋪：采用低頻平板夯夯實(shí)振搗碾壓成型，采用混凝土磨光機(jī)械磨平，人工配合整平，避免石子脫落。

(4)養(yǎng)護(hù)：采用塑料薄膜全覆蓋養(yǎng)護(hù)，面層周邊的塑料薄膜大于面層50 cm，搭接寬度大于20 cm，在薄膜上灑水濕潤，使薄膜均勻覆蓋在面層上。養(yǎng)護(hù)周期14 d，每天澆水2次以上。養(yǎng)護(hù)期間做好圍擋，禁止在路面施加任何荷載。

(5)拆模：養(yǎng)護(hù)期滿檢查混凝土強(qiáng)度，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)可拆除模板。

(6)噴漆罩面：采用無氣噴涂機(jī)，噴漆材料為黑色固化劑路面漆，噴涂完工后耐久性和外觀良好。

5 結(jié)論及建議

(1)透水混凝土在滁州大道人行道鋪裝上的大面積應(yīng)用，目前已施工完成，28 d強(qiáng)度達(dá)到38.9 MPa，透水系數(shù)0.52 mm/s，表面平整，滿足設(shè)計(jì)要求，交工驗(yàn)收時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)均符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。此項(xiàng)技術(shù)取得了良好的工程技術(shù)價(jià)值和環(huán)保景觀效果，值得在城市道路中推廣。

(2)透水混凝土要在強(qiáng)度和透水系數(shù)間取得平衡，必須選擇合適的骨料級配，試驗(yàn)確定最佳水灰比和集灰比。

(3)施工工藝要求高，施工時(shí)精準(zhǔn)控制每個(gè)流程，保證強(qiáng)度和透水性。

(4)值得注意的是運(yùn)營期粉塵和泥沙易堵塞結(jié)構(gòu)孔隙，降低透水效果，后期運(yùn)營養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)注意清潔，可采用小型高壓清洗機(jī)或者真空吸附的方式清洗路面疏通結(jié)構(gòu)的有效孔隙。