以工業固廢為主材料的一種環保型透水混凝土研發

張永科+黨鑫+馬元杰

【摘 要】針對寧夏地區的地形氣候及對原城市道路的路面的缺陷，開發使用一種能讓雨水流入地下，有效補充地下水，緩解城市的地下水位急劇下降等等的一些城市環境問題迫在眉睫。比較分析了透水混凝土路面較之傳統路面的優點，介紹了透水混凝土的品種與構成，介紹了透水混凝土的應用情況，重點分析了透水混凝土的配合比設計和影響透水混凝土強度的因素，通過工程實例，介紹了透水混凝土的施工工藝，并對其應用前景進行了展望。

【關鍵詞】透水混凝土；工程；透水混凝土；強度；透水系數；配合比

0 引言

隨著混凝土技術的發展，維護生態平衡和實現可持續發展也是建筑材料領域的追求目標。透水混凝土是一種生態型環保混凝土。既有一定的強度，又具有一定的透水透氣性，采用透水混凝土，水分可以很快滲入地下，道路在雨天不會積水、反光，從而很好的緩解不透水鋪裝對環境造成的影響。透水混凝土一般由水泥、粗集料、水和外加劑組成。它不含細骨料，粗骨料表面包裹一薄層水泥漿相互黏結形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結構。整個混凝土結構孔隙率很高，故具有透氣、透水和重量輕的特點。透水混凝土能夠有效地解決雨水（尤其是暴雨期間）排出不暢的問題。

隨著寧夏城市化和工業化進程的加快，高樓大廈林立，人口密度集中，污染急劇增加，生態破壞嚴重。2012年夏天屢次出現沖破37℃的高溫天氣，甚至達到39°C，樹葉曾被烤至枯黃；2012年7月31日銀川大雨，通往銀川火車站的公路嚴重積水，車輛被困受阻。

面對生態脆弱，人們意識到對于路面，應該有意識地多普及蜂窩狀的結構和可滲透路面。

1 透水混凝土路面與傳統路面的比較

傳統路面大多采用瀝青、混凝土、石板材或水泥磚鋪設，故被稱為硬質路面。它的優點是整齊耐用，最大的缺點是不透水，排水要靠地下污水管道，降雨時雨水直接作為污水被處理，阻斷了雨水對地下水的補充，不利于地下水的生成。雨、污水在路面易淤積，溶入城市污染物后嚴重影響城市衛生。此外，硬質路面吸、儲并反射太陽的熱量，會使地面平均溫度升高，加劇城市熱島效應的形成，易引起環境和生態負效應，不利于生態平衡和環境保護。透水混凝土路面具以下功能：

（1）可以增加城市可透水、透汽面積，調節城市氣候，降低地表溫度，緩解城市/熱島現象。

（2）可以補充城市地下水資源，保護土壤溫度，改善城市地表植物和土壤生物的生存條件，有利于生態平衡。

（3）可以吸收車輛行走產生的噪音，有利于創造安靜舒適的交通環境。

2 透水混凝土的應用情況

2.1 國際研究現狀

由于透水混凝土路面材料具有以上諸多生態方面的優良特點，在人類尋求與自然協調、維護生態平衡和可持續發展的思想指導下，歐美、日本等一些發達國家開始研究幵發透水性路面材料，并將其應用于廣場、步行街、道路兩側和中央隔離帶、公園道路以及停車場等（見圖2、圖3）。這就增加了城市的透水、透氣空聞，對調節城市微氣候、保持生態平衡起到了良好的效果。

以透水混凝土為代表的各種透水工程材料，在歐美日等發達國家得到廣泛推廣應用。早在20世紀70年代，發達國家先后開始研究排水性瀝青混凝土路面（Drainage As-phaltPavement簡稱DAP）技術，繼而對以透水混凝土為代表的各種透水工程材料進行系統開發應用研究。目前，日本全國各種車用道路（包括高速公路）、步行道、建筑物外部各種廣場、體育設施場地、公園和公共綠地等都廣泛采用透水工程材料鋪裝。

總的來說，以日本、美國為代表的國家是世界上透水混凝土路面材料研究與應用較為先進的國家和地區。

2.2 國內研究現狀

本世紀初，我國相繼開展透水混凝土的應用。目前，東南大學的高建明等專家對植被型透水混凝土進行了研究，長安大學的鄭木蓮等專家對透水混凝土的排水施工等進行了較多的研究。

但是，國內對透水混凝土的配合比設計方法和成型工藝以及透水系數的測定等還不夠，對透水混凝土的生態環保效益的研究也十分欠缺。這些問題的解決對透水混凝土材料的應用和推廣是十分有利的。本研究將把重點放在透水混凝土的配合比設計方法及性能研究上。

3 透水混凝土的設計

3.1 配合比的確定

設計強度等級為C20，透水系數dmm/s的透水混凝土，配合比設計步驟為：

（1）因為所要配制的透水混凝土強度，針對透水混凝土來說相對較高，因此選擇級配為5-10mm的碎石，每立方米混凝土的碎石用量為WG=1493kg/m3。

（2）選擇水膠比，根據公式計算得到初始水泥用量。

（3）石子選用5-10mm碎石，確定初始水泥用量，選擇體積砂率，根據公式計算分別得到砂、水、水泥的用量。

3.2 孔隙率的控制

透水混凝土目標孔隙率的確定根據實際使用要求來確定，主要是滿足透水性能要求。透水要求高則該值偏大，同時還要結合強度要求進行設定。本研究所測定的孔隙率是有效孔隙率，探討孔隙率與透水系數的關系對透水混凝土配合比設計具有重要意義。

3.3 影響透水混凝土強度的因素

（1）不同強度膠結材料對透水混凝土性能的影響：等條件下，透水混凝土強度隨著水泥石強度的增加而提高。與普通混凝土相似，透水混凝土形成強度主要靠膠結材料的強度，膠結材料強度增加，透水混凝土的強度當然隨之增大。

（2）骨灰比對透水混凝土強度的影響：多孔透水混凝土的抗壓強度主要由粗骨料之間的咬合摩擦力以及骨料與水泥漿體的粘結強度決定。水泥漿體的抗壓強度主要由水灰比決定，在一定水灰比下，水泥用量的增大使得界面厚度增大，粘結面積以及粘結點的數量增加，從而提高了它的抗壓強度。

（3） 密實方法對透水混凝土強度的影響：可采用土工輕型擊實的方法，顯然開始時隨著錘擊次數的增加，強度及體密度逐漸增大，由于錘擊次數的增加，減小了內部的空隙，使透水混凝土變得密實，導致強度及體密度增加，但當錘擊次數達到一定程度以后，透水混凝土已基本密實了，這時強度體密度也不會有明顯變化。

4 透水混凝土的工程應用

在奧林匹克森林公園的應用

森林公園透水混凝土配合比選用基于以上試驗數據的分析和施工要求，對于10mm～20mm和5mm～10mm粒徑的石子，透水混凝土強度和透水系數較好的得到較好的統一，確定了森林公園的配合比如表1所示。

透水混凝土在奧林匹克森林公園得到了較大面積的成功應用。經過權威部門檢測，達到了C25混凝土設計標號的強度，透水系數達到319mm/s，孔隙率達到24%，抗凍融大于50。

5 結論與展望

5.1 采用體積法進行透水混凝土配合比設計是合理的。

（1）采用體積法進行透水混凝土配合比設計獲得的實測空隙率與目標空隙率基本一致。

（2）不同的目標孔隙率都有最佳的配合比。

（3）采用體積法能較好的控制透水性，但是為滿足強度要求還需要通過不同的水灰比來進行調整。

5.2 展望

本課題對透水混凝土路面材料的研究已經取得一定的成果，透水混凝土在我國還是個新生事物，對它的研究應用還有很多的空間。現場澆注技術，路基結構的設計，這些方面是透水性混凝土路面材料推廣的關鍵。有關透水混凝土的應用，本文的研究只是一小部分，它在生態護坡，城市噪音隔斷設施，及人造珊瑚和污水凈化處理等方面都有廣泛的應用前景。透水混凝±的蜂窩結構的耐久性以及怎樣防止透水混凝土空隙被堵塞以及交叉路口、陡坡地段、起停路段處由于車輛的停滯剪切作用造成的骨料脫落飛散等問題尚需要研究解決。基于透水混凝土的各種生態環保優點，己經得到人們的共識，它是一種有發展前途的生態型、環保型材料，相信隨著研究的深入和生產技術的成熟，該材料的市場和前景將十分廣闊。

[責任編輯：鄧麗麗]