透水混凝土的力學性能的影響因素

朱站 樊旭 楊亮

摘要：透水混凝土是由水泥、粗骨料、外加劑和水拌制而成的一種多孔輕質混凝土，由粗骨料表面包覆薄層水泥漿相互粘結，而形成孔穴均布的蜂窩狀結構，故其具有透水、透氣和重量輕的特點。本文主要對透水混凝土的概念進行介紹，并對其優缺點、現狀、發展趨勢、性能的影響因素等進行探討，以期為透水混凝土在實際應用中發揮更優良的作用提供幫助。

關鍵詞：透水混凝土;試驗方法;現狀;性能;影響因素

目前世界上使用的道路材料仍以普通混凝土為主，普通混凝土道路具有剛度大、承載能力強、耐久性強、耐高溫、耐候性優良等優點。但是普通混凝土路面的缺點也日益顯現出來：同等平整度舒適性較低、板體性強、對基層的抗沖刷性要求高、混凝土板塊剛性大、不適應大沉降量、容易形成路面積水等等。因此，很多國家致力于開發使用能夠有效應對原城市道路路面缺陷的新型道路材料，透水混凝土便是其中的一種，它的主要作用為使雨水通過路面流人地下從而補充地下水、緩解城市地下水位下降的問題。

相比于普通材料，透水混凝土具有高孔隙率、高透水性、粗骨料配比高的優點，并且更加環保、優良。自2012年4月“海綿城市”的概念被提出并正式被推廣建設之后，透水混凝土便廣泛應用于海綿城市的建設之中。透水混凝土道路既美觀且實用，可滿足近年來海綿城市建設的發展趨勢，以及節約水資源、保護城市綠化的生態要求。

但凡事總有兩面性，透水混凝土也有一些問題尚未解決：因為孔隙率高，透水混凝土的強度自然會低，故而透水混凝土不能用于機動車道路上，只能用在一些可變荷載小的人行道，自行車道或者地坪，所以強度低這個缺點縮小了它的應用范圍。透水混凝土路面造價過高，面層的單位造價是普通混凝土的2-4倍，且長期使用時表面容易出現開裂現象，后期維護頻率高，大范圍應用透水混凝土從經濟方面來說便不可取。透水混凝土路面的性能受溫度影響較為嚴重，溫度升高時容易軟化流淌，對其透水性及抗壓強度均有不利影響。并且維護成本比較高，透水混凝土的孔隙率需要保持在20%-25%以上才可以保證具有優良的透水性能，且透水混凝土孔隙中極易積攢灰塵等雜質，需要隔一段時間清洗一次。現階段透水混凝土還處于起步狀態，各地區應用領域很少，因此它缺少國家標準。而沒有標準，其施工工藝以及質量和后期維護就沒有保障，這也是透水混凝土目前面臨的的一個囧境。

綜合來看，降低生產成本、增強抗老化性和熱穩定性、完善后期維護體系是透水混凝土接下來一段時間的發展趨勢。同時，從更長遠的眼光來看，透水混凝土的發展遵循生態性、科技性、美觀性的總趨勢，生態性是指透水混凝土在選材、制作、使用中都遵循環保、可持續發展、可回收再利用的原則;科技性是指在未來的研究中，除了要注重其功能性的研究外，也要更加注重對透水性材料科技性的注入，例如增加透水混凝土路面的自我檢測、自我預警、自我清潔等功能;美觀性即是讓人看著賞心悅目，有放松身心的作用。

目前國內通用的透水混凝土拌合物工作性試驗方法主要有目測法、密度法、旋轉壓實法、富余漿量法等。密度法簡單易行，可在一定程度上評價透水混凝土的工作性;旋轉壓實儀法可精確模擬現場各種壓實狀態，但設備龐大，并不適用于現場試驗;富余漿量法所需設備簡單易得，但是富余漿量比公式是通過免振搗透水混凝土的相關試驗得到的，而免振搗透水混凝土的水灰比、漿集比與普通透水混凝土之間的差異非常大，因此在用于普通混凝土的工作性評價時，需重新考察各參數的影響程度，得到適用于普通透水混凝土的富余漿量比回歸公式。強度試驗方法與普通混凝土試驗方法相同，可參照規范。透水混凝土孔隙率試驗方法主要有排水法、灌水法和圖像分析法等。測定透水混凝土透水系數的試驗方法分為室內實驗法和現場實驗法。

本課題主要探究骨料、水灰比、砂率、孔隙率等在不同條件下對透水混凝土的力學性能的影響。

骨料是透水混凝土主要組成成分之一，也是決定其透水性能的關鍵因素。當采用細骨料時，單位體積內骨料顆粒數目增多，與水泥漿接觸面積增大，內部更加密實，使得透水混凝土抗壓強度增大、透水性降低。當采用粗骨料時，粗骨料之間間距增大，提高了孔隙率，骨料與水泥漿的接觸面積減小，降低了抗壓強度。總體上來說，隨著骨料的顆粒粒徑越大，透水混凝土的透水性增強，抗壓強度降低。

實驗證明，隨著水灰比的增大，透水混凝土的抗壓強度呈開口向上的拋物線趨勢，而透水系數會一直減小。將抗壓強度最高值時對應的水灰比稱為最佳水灰比，在最佳水灰比之前，水灰比較小，和易性差，粗骨料與水泥漿無法充分混合，混凝土的空隙增大，抗壓強度變低;當超過最佳水灰比之后，混凝土中漿體增多，流動性大大增加，抗壓強度隨之降低。隨著水灰比的增大，透水混凝土中的水泥漿越來越多，水泥漿包裹骨料顆粒越來越充分，透水混凝土中的間隙越來越小，導致其透水性越來越差。

由實驗可知，隨著砂率的增大，透水混凝土的抗壓強度、抗折強度均逐漸增大，而透水系數和孔隙率則逐漸降低。

透水混凝土完成其透水功能所依靠的便是其內部極多的孔隙。而滿足強度標準的前提是其內部完全密實，透水混凝土的孔隙率越高，其抗壓強度越低。

經過分析，透水混凝具有獨特的透水性、保水性等優點，有效克服了我國城市化發展進程中城市建設遇到的一系列問題。但透水混凝土低強、易老化開裂等不足也限制了它的廣泛應用。隨著當前“海綿城市”的建設，透水混凝土的大范圍應用與進一步發展已不可避免，期待更加完善的透水混凝土能早日應用到實際建設中。