淺析透水磚的制備、結構設計及展望

賈魯濤

華電電力科學研究院有限公司 浙江 杭州 310030

前言

目前，大多數城市路面采用瀝青、混凝土及陶瓷磚等透水性較差的產品鋪裝。硬化路面阻礙了雨水向地下的滲透、容易形成城市內澇；隔絕水和空氣的濕熱交換，增大城市“熱島效應”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“海綿城市”不可或缺的新型綠色環保透水材料[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，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度及透水系數等性能產生影響。，面層通常采用1～2mm的集料，基層則采用2～5mm或5～10mm范圍內的集料[3]。

1.2 粘結材料

水泥為最常用的透水混凝土的膠結料，一般來說，水泥用量越大，透水混凝土的強度越高，透水系數越低。為了兼顧透水系數及強度，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計

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

透水混凝土磚的配合比設計主要參數包括：集料用量、膠結料用量水灰比等[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，取0.98

（2）膠結材料用量

透水混凝土的體積應為集料體積、膠結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，骨料間黏結性能較差，強度較低；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，也不利于強度的提高。

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制式攪拌機攪拌，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生影響。目前透水混凝土的成型方式主要有機械振搗成型、手工插搗成型、靜壓成型或幾種方式相結合[6,7]。具體成型參數需要根據實驗具體情況及產品性能要求綜合考慮確定。

3 混凝土透水磚的結構設計

透水磚路面是指具有一定厚度、空隙率及分層結構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，應具備一定的強度、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料形成的具有連續空隙結構的混凝土結構層。基層為了緩解土壤的不均勻沉降和保證一定的透水性，需鋪設一定強度、孔隙率和級配的碎石。面層與基層之間應設置找平層，其透水系數不宜低于面層材料，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作用上升，從而緩解含水土質因凍脹對路面結構整體穩定性的影響。當透水磚路面土基為黏性土時，宜設置墊層，墊層應采用透水性能良好的砂或沙礫等顆粒材料，其0.075mm以下顆粒含量不應大于5%；當土基為砂性土或底基層為級配碎、礫石時，可不設置墊層。

4 問題與展望

在我國，隨著“海綿城市”建設的推進，為透水磚的應用提供來了廣闊的空間及政策引導與支持。但同時，透水磚在推廣應用過程中同樣面臨一些問題：透水性能不理想，除材質本身外，還包括基層鋪裝、配套收集系統不完善等；行業準入和監督制度不健全；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注。

雖然透水磚在應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、設計、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的一部分，還應兼顧整個透水路面系統的結構設計，以便更好發揮整體系統的性能優勢。