淺析透水磚的制備、結(jié)構(gòu)設(shè)計及展望

賈魯濤

華電電力科學(xué)研究院有限公司 浙江 杭州 310030

前言

目前，大多數(shù)城市路面采用瀝青、混凝土及陶瓷磚等透水性較差的產(chǎn)品鋪裝。硬化路面阻礙了雨水向地下的滲透、容易形成城市內(nèi)澇；隔絕水和空氣的濕熱交換，增大城市“熱島效應(yīng)”的概率[1]。因此，打造排水順暢的“海綿城市”的概念被提出。透水磚具有良好的透水、保水功能，同時防滑、抗凍、降噪吸音，是建設(shè)“海綿城市”不可或缺的新型綠色環(huán)保透水材料[2]。

1 混凝土透水磚的原材料

混凝土透水磚的原材料一般包括集料、黏結(jié)材料、外加劑和水。

1.1 集料

相對于不同顆粒級配的堆積狀態(tài)，單一級配集料更容易保障透水混凝土磚的孔隙率。集料種類、形狀、粒徑以及用量都會對透水混凝土的強(qiáng)度及透水系數(shù)等性能產(chǎn)生影響。，面層通常采用1～2mm的集料，基層則采用2～5mm或5～10mm范圍內(nèi)的集料[3]。

1.2 粘結(jié)材料

水泥為最常用的透水混凝土的膠結(jié)料，一般來說，水泥用量越大，透水混凝土的強(qiáng)度越高，透水系數(shù)越低。為了兼顧透水系數(shù)及強(qiáng)度，透水混凝土中的水泥用量一般為350kg/m3左右。

1.3 外加劑

一般來說，透水混凝土的水灰比較小，在0.3左右，需要加入高效減水劑改善透水混凝土的工作性能。同時，需要添加一定量黏度改性劑，兩者配合使用，使透水混凝土具有良好的流動性和粘聚性。

2 透水磚的制備工藝

2.1 混凝土透水磚配合比設(shè)計

強(qiáng)度和透水系數(shù)是透水混凝土磚配合比設(shè)計的主要考慮因素。其強(qiáng)度來源主要是水泥漿黏結(jié)骨料間的接觸點、面，因此，水泥漿黏結(jié)強(qiáng)度越高，制品強(qiáng)度一般也越高[4]。

透水混凝土磚的配合比設(shè)計主要參數(shù)包括：集料用量、膠結(jié)料用量水灰比等[5]。

（1）集料用量

單位體積透水混凝土磚的集料用量按下式計算：

α—折減系數(shù)，取0.98

（2）膠結(jié)材料用量

透水混凝土的體積應(yīng)為集料體積、膠結(jié)材料漿體體積以及空隙體積之和，單位體積透水混凝土中水泥漿的用量可按下式計算：

（3）確定水灰比和水泥用量

透水混凝土存在最佳水灰比，水灰比過小，物料干硬攪拌不勻，骨料包裹不完全，骨料間黏結(jié)性能較差，強(qiáng)度較低；水灰比過大，水泥漿過量填充骨料間的孔隙，影響孔的連通性，影響透水系數(shù)，也不利于強(qiáng)度的提高。

單位體積透水混凝土中水泥及拌和水用量可按下式計算：

2.2 成型工藝研究

透水混凝土攪拌一般采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，不同的投料順序、攪拌時間、成型方式等對其工作性能及硬化后產(chǎn)品性能均有影響。

投料方法一般有一次投料法，二次投料法和漿體裹石法。

成型方式也會對混凝土透水磚的性能產(chǎn)生影響。目前透水混凝土的成型方式主要有機(jī)械振搗成型、手工插搗成型、靜壓成型或幾種方式相結(jié)合[6,7]。具體成型參數(shù)需要根據(jù)實驗具體情況及產(chǎn)品性能要求綜合考慮確定。

3 混凝土透水磚的結(jié)構(gòu)設(shè)計

透水磚路面是指具有一定厚度、空隙率及分層結(jié)構(gòu)的以透水磚為面層的路面。主要包括：透水磚面層、找平層、基層和墊層。

面層：混凝土透水磚的面層主要有透水、保水功能，由于其直接承受荷載，應(yīng)具備一定的強(qiáng)度、抗滑及耐磨性等要求。

基層：透水混凝土基層是指由粗骨料及其表面均勻包裹的水泥基膠結(jié)料形成的具有連續(xù)空隙結(jié)構(gòu)的混凝土結(jié)構(gòu)層。基層為了緩解土壤的不均勻沉降和保證一定的透水性，需鋪設(shè)一定強(qiáng)度、孔隙率和級配的碎石。面層與基層之間應(yīng)設(shè)置找平層，其透水系數(shù)不宜低于面層材料，厚度為20mm～30mm。

墊層：墊層是由一定級配的碎石或者礫石組成。墊層的主要功能是防止地下水因毛細(xì)作用上升，從而緩解含水土質(zhì)因凍脹對路面結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的影響。當(dāng)透水磚路面土基為黏性土?xí)r，宜設(shè)置墊層，墊層應(yīng)采用透水性能良好的砂或沙礫等顆粒材料，其0.075mm以下顆粒含量不應(yīng)大于5%；當(dāng)土基為砂性土或底基層為級配碎、礫石時，可不設(shè)置墊層。

4 問題與展望

在我國，隨著“海綿城市”建設(shè)的推進(jìn)，為透水磚的應(yīng)用提供來了廣闊的空間及政策引導(dǎo)與支持。但同時，透水磚在推廣應(yīng)用過程中同樣面臨一些問題：透水性能不理想，除材質(zhì)本身外，還包括基層鋪裝、配套收集系統(tǒng)不完善等；行業(yè)準(zhǔn)入和監(jiān)督制度不健全；透水磚在使用過程中，由于外界污水等污染物的混入，堵塞孔隙通道，透水效果下降等，后期路面維護(hù)也是需要面臨的問題；另外，透水磚的耐磨性和抗凍性等耐久性問題也值得關(guān)注。

雖然透水磚在應(yīng)用中仍面臨一些問題，但隨著近年來研究的不斷深入，對材質(zhì)、設(shè)計、鋪裝、排水等方面都有了許多成果。需要指出的是，透水磚不僅是整個透水路面系統(tǒng)的一部分，還應(yīng)兼顧整個透水路面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以便更好發(fā)揮整體系統(tǒng)的性能優(yōu)勢。