透水混凝土施工工藝及性能研究

摘?要：針對對透水混凝土的配合比設(shè)計及施工工藝進(jìn)行試驗研究，設(shè)計配制出C15～C30透水混凝土配合比，對透水混凝土工作性能、力學(xué)性能、透水性能等指標(biāo)進(jìn)行試驗測試，設(shè)計的施工配合比能夠滿足工程要求。對透水混凝土的施工工藝進(jìn)行了研究，課題成果具有較高的推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：透水混凝土;工作性能;力學(xué)性能;施工工藝

透水混凝土是一種針對現(xiàn)有城市路面缺陷，開發(fā)使用的一種優(yōu)良道路鋪裝材料。透水混凝土能讓雨水流入地下，有效補(bǔ)充地下水，緩解城市地下水位急劇下降等城市環(huán)境問題，并能有效消除地面上的油類化合物對環(huán)境的危害，同時具有保護(hù)地下水，維護(hù)生態(tài)平衡，緩解城市熱島效應(yīng)等功能。其性能特點為具有多孔、透水性好、具有一定的強(qiáng)度并可承受適當(dāng)?shù)暮奢d。本次試驗對透水混凝土的配合比設(shè)計及施工工藝進(jìn)行了多方面試驗研究，分析影響混凝土強(qiáng)度及滲透系數(shù)的因素。

1 原材料的選擇

水泥選用PO42.5普通硅酸鹽水泥，礦物摻合料選用S95級礦粉，粗骨料選用4.75～9.5mm碎石，外摻料選用透水混凝土增強(qiáng)劑和粉劑增強(qiáng)料。

2 混凝土配合比設(shè)計及優(yōu)化

2.1 配合比設(shè)計

（1）確定水膠比范圍。根據(jù)試驗混凝土水膠比控制的025～0.35比較合適。我們選擇0.25、0.275、0.30、0.325、035五個個水膠比。通過變動用水量、膠凝材料用量，得到不同的抗壓強(qiáng)度、透水率、孔隙率尋找一個最佳水膠比。

（2）確定骨料用量。1m3透水混凝土的粗骨料用量宜取緊密堆積狀態(tài)下的碎石質(zhì)量，一般控制在（1500～1600kg/m3）。粗骨料用量過少，灰骨比過大，會造成部分粗骨料顆粒漂浮在水泥漿中，影響透水混凝土孔隙率和透水性能。

（3）確定膠凝材料用量。通過試驗?zāi)z凝材料用量200～400kg/m3比較合適。本次選擇5個水泥用量水平來控制。

（4）試拌成型。將碎石和膠凝材料裝入拌合機(jī)，邊加水邊攪拌，攪拌時間應(yīng)比普通商品混凝土延長，本次試驗攪拌時間2～3min，以便水泥漿均勻包裹在骨料表面，當(dāng)碎石表面出現(xiàn)濕漿膜時停止加水。

2.2 透水系數(shù)及孔隙率測定

（1）透水系數(shù)。采用定水位透水系數(shù)測定方法。透水系數(shù)按照以下經(jīng)驗公式計算，精確至1mm/s。

kT=QLAHt

式中：KT—透水系數(shù)，mm/s;

Q—時間t秒內(nèi)滲出的水量（mm3）;

L—試件厚度（mm）;

A—試樣上表面積（mm2）;

H—水位差（mm）;

t—為滲水時間（s）。

透水系數(shù)試驗裝置及試件透水情況示意圖：

（2）孔隙率。對于硬化后透水混凝土的孔隙率假定連通孔隙體積占絕大多數(shù)。因此我們采用靜水力學(xué)方法進(jìn)行測定。將試件在水中浸泡24h后，在水中測試試件的質(zhì)量m1;然后將試塊烘干至恒重后重量，測其質(zhì)量m2;根據(jù)公式計算計算混凝土孔隙率P：

P=1-（m2-m1）V·P水×100%

式中：P—孔隙率

V—試件的體積;

P水—水的密度;

m1—試件浸水飽和狀態(tài)下在水中的重量（g）;

m2—試件從水中取出后擦干表面水，烘干至恒重后重量（g）。

3 透水混凝土試驗結(jié)果分析

經(jīng)過多次透水混凝土配合比試驗調(diào)整，共制作混凝土抗壓試塊50多組，尋找混凝土拌和物各種性能好的配合比，確定了透水混凝土配合比各種材料用量，得出不同混凝土配合比試驗數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析得出以下影響因素：

3.1 對抗壓強(qiáng)度的影響

從試驗結(jié)果看，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度比普通商品混凝土偏低，主要與水膠比、水泥用量、孔隙率有關(guān)：

（1）水膠比的變化對強(qiáng)度的影響。水膠比的變化對強(qiáng)度的影響很大，其最佳水膠比在一定范圍內(nèi)，強(qiáng)度隨著水膠比減少而增大。但當(dāng)水灰比太小時，透水混凝土因干燥拌料不宜均勻，水泥漿不能均勻地包裹在粗骨料表面，達(dá)不到適當(dāng)密度，反而不利于強(qiáng)度的提高。如果水灰比過大，水泥漿又會從骨料上滑下，也不利于強(qiáng)度的提高。

（2）礦粉對強(qiáng)度的影響。加入礦粉可使水化產(chǎn)物相應(yīng)增長，提高膠結(jié)料的數(shù)量和膠結(jié)強(qiáng)度。從試驗結(jié)果看，對于同一種骨料粒徑來說，加入適量礦粉可以提高透水混凝土的強(qiáng)度。

（3）孔隙率對強(qiáng)度的關(guān)系。強(qiáng)度一般隨孔隙率的增加而降低，摻入少量砂可使砼強(qiáng)度得到提高，但孔隙率減小、透性率變差。

3.2 孔隙率

透水混凝土表觀體積由粗骨料堆積而成，對于同一粒級碎石，由碎石的緊密堆積密度確定，孔隙率受骨料表面水泥漿體體積影響。水膠比越小，漿體體積越大，透水混凝土的孔隙率就越小。隨著水泥用量增加，孔隙率降低，強(qiáng)度提高。

3.3 透水系數(shù)

透水系數(shù)隨著孔隙率的增大而增大，其主要是受連通孔隙的影響，透水系數(shù)隨著水膠比的減少而減少。水膠比越小，在透水混凝土試塊中的水泥漿就越多，導(dǎo)致有效孔隙率減少，透水系數(shù)也隨之減少。水泥用量試驗結(jié)果表明，隨著水泥用量的不斷增加，有效孔隙不斷減少，透水系數(shù)顯著減少。

4 透水混凝土配合比

根據(jù)以上試驗結(jié)果比較分析得出透水混凝土配合比見下表。

5 透水混凝土施工工藝

一般按8cm厚度作為道路的基準(zhǔn)厚度，在此基礎(chǔ)上按不同功能，設(shè)計不同的厚度。

5.1 攪拌

透水混凝土應(yīng)采用機(jī)械攪拌，其初凝快，運輸時間應(yīng)盡量短。攪拌時按物料的規(guī)定比例及投料順序?qū)⑽锪贤度霐嚢铏C(jī)，先將膠結(jié)料和碎石攪拌約30秒后，使其初步混合，再將水分2次加入，繼續(xù)攪拌約2分鐘。運輸過程一般控制在10分鐘以內(nèi)。

5.2 攤鋪、澆注成型

透水混凝土屬于干性混凝土料，初凝快，攤鋪必須及時。大面積施工時宜采用分塊隔倉方式攤鋪物料。其松鋪系數(shù)為1.1。將混合物均勻攤鋪在工作面上，用括尺找準(zhǔn)平整度和控制一定的泛水度，然后用平板振動器或人工搗實，搗實不宜采用高頻振動器。最后用抹合拍平，抹合不能有明水。澆注時應(yīng)注意以下事項：松鋪系數(shù)按透水混凝土的干濕度，一般采用1.1～1.15之間;平板振動器振動時間不能過長，防止過于密實出現(xiàn)離析現(xiàn)象;當(dāng)氣溫高于35℃時，施工時間應(yīng)避開中午，適合在早晚進(jìn)行施工。

5.3 養(yǎng)生

鋪攤結(jié)束后立即覆蓋塑料薄膜保持水分。當(dāng)高溫采用灑水養(yǎng)護(hù)時在8小時后開始養(yǎng)護(hù)，但淋水時不宜用壓力水直接沖淋混凝土表面，應(yīng)從上往下淋水，透水混凝土濕養(yǎng)時間不少于7天，使其在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)強(qiáng)度逐漸提高。

5.4 涂覆透明封閉劑

待表面混凝土成型干燥后3天左右，涂刷透明封閉劑，增強(qiáng)耐久性和美觀性，防止時間過長會使透水混凝土孔隙受污而堵塞孔隙。

6 結(jié)論

（1）透水混凝土的強(qiáng)度與水泥用量、摻合料用量和水灰比有關(guān)，對同一粒徑的骨料拌制透水混凝土，存在著最佳水泥用量和水灰比。

（2）透水混凝土的孔隙率、透水性隨水泥用量增大而降低。透水混凝土的滲透系數(shù)與連通孔隙率有較好的對應(yīng)關(guān)系。

（3）通過通過多次試驗調(diào)整，采用普通42.5單方水泥用量、碎石用量分別為1500～1600kg，石子粒徑4.75mm～9.5mm，能配制出抗壓強(qiáng)度15MPa～30MPa，孔隙率12%-20%，透水系數(shù)1.0～3.0mm/s的透水混凝土，應(yīng)用在道路排水結(jié)構(gòu)中，可以取得比較好的排水效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王俊嶺，王雪明，張安，等.基于“海綿城市”理念的透水鋪裝系統(tǒng)的研究進(jìn)展.環(huán)境工程，2015，33（12）.

[2]莫少政，李可壽，蘇海.預(yù)拌透水混凝土生產(chǎn)和應(yīng)用問題的探討.商品混凝土，2009（8）.

作者簡介：王承軍（1975-），男，江西萬載人，高級工程師，一級建造師，主要從事電力建設(shè)工程施工技術(shù)管理、項目管理、企業(yè)管理工作，現(xiàn)任江西省水電工程局混凝土中心總工程師。