對透水混凝土性能與工程應(yīng)用探究

樊守亮

山東恒泰工程集團(tuán)有限公司

1 前言

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，各種不透水的道路以及建筑的面積在不斷地擴(kuò)大，這在很大程度上為居民的生活和出行提供了極大地方便，但與此同時也為地下水的補(bǔ)給問題造成了不良的影響。因此，在這種環(huán)境下，透水混凝土的應(yīng)用得到了越來越多人的關(guān)注和重視。透水混凝土具有一百多年的歷史。在一百多年以前，透水混凝土出現(xiàn)并逐漸投入使用，隨后在歐美等許多國家得到了廣泛地應(yīng)用和快速的發(fā)展。然而，由于我國在應(yīng)用透水混凝土方面發(fā)展較晚，所以比較依賴國外的技術(shù)，而這種現(xiàn)狀對我國加強(qiáng)透水混凝土的研究和應(yīng)用提出了更高的要求。因此，本文將通過對透水混凝土性能以及工程應(yīng)用等方面的研究，促使透水混凝土得到廣泛應(yīng)用以及快速發(fā)展。

2 透水混凝土的性能研究

透水混凝土，又被稱作“生態(tài)混凝土”。透水混凝土是一種由水泥、粗骨料、增強(qiáng)劑以及水相互攪拌后經(jīng)過特殊加工而形成的輕質(zhì)多孔混凝土。透水混凝土雖然在組成材料方面與傳統(tǒng)的混凝土保持基本一致，但是由于受到材料配置比例以及特殊工藝的影響，透水混凝土更加的透氣和透水，因此，有利于有效促使降水滲入地面，補(bǔ)給地下水，從而彌補(bǔ)傳統(tǒng)混凝土帶來的消極影響。當(dāng)前，由于透水混凝土具有良好的性能，而在工程中得到一定的應(yīng)用，其中包括環(huán)境建設(shè)工程以及道路建設(shè)工程等。透水混凝土的性能主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 工作性能

工作性能是在工程中應(yīng)用透水混凝土的基本性能。透水混凝土具有良好的工作性能，能夠在很大程度上增強(qiáng)工程施工的簡易程度以及提高工程的質(zhì)量。

2.2 力學(xué)性能

透水混凝土具有良好的力學(xué)性能。透水混凝土是由按照特定的配置比例的材料與特殊工藝相互結(jié)合制作而成的骨架孔隙結(jié)構(gòu)，而粗骨料和漿體的接觸點和面積能夠減弱其內(nèi)部的結(jié)合，因此，與過去傳統(tǒng)的混凝土相比，在力學(xué)性能上具有明顯不同。許多研究學(xué)者對透水混凝土力學(xué)性能的改善進(jìn)行了許久的實驗和研究工作。而有研究得出，透水混凝土的孔隙率、抗壓強(qiáng)度以及透水系數(shù)等會隨著粗骨料性能和規(guī)格的改變而改變，由于減水劑等外加劑的配置比例的改變，會使透水混凝土的透水性產(chǎn)生較大的影響[1]。

2.3 排水性能

透水混凝土具有良好的排水性能。透水混凝土是由水泥、粗骨料、增強(qiáng)劑以及水等原材料按照特定的配置比例攪拌后，在經(jīng)過特殊加工后而形成的一種骨架孔隙結(jié)構(gòu)。在透水混凝土的內(nèi)部，其孔隙率一般是百分之十五至百分之三十，而大部分孔隙的孔徑大于一毫米，使其透水系數(shù)達(dá)到了零點五至二十毫米每秒。在發(fā)生降水初期，雨水會逐漸滲進(jìn)透水混凝土內(nèi)部的孔隙里。降水量與透水混凝土的孔隙率相比，當(dāng)降水量較小時，雨水是聚積于透水面層以及基層里的；當(dāng)降水量較大時，可透水的道路路面就能夠產(chǎn)生地表徑流。所以，透水混凝土的透水面層以及基層的孔隙率將決定了透水混凝土道路路面的滲透水以及蓄積水的能力。因此，利用透水混凝土而成的透水性道路路面有利于降低城市中“內(nèi)澇”現(xiàn)象發(fā)生概率，當(dāng)然也不能徹底解決城市“內(nèi)澇”問題，降水結(jié)束后，在可透水性道路路面上聚積的水分能夠得到蒸發(fā)，如此，便形成了一個良性的水循環(huán)系統(tǒng)。

在《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》中明確規(guī)定，排水溝應(yīng)該設(shè)置在透水混凝土路面的沿線上。倘若在降水過程中，降水量超出了透水混凝土路面能夠儲蓄的量，排水溝就可以收集超出來的雨水[2]，而在排水溝儲存的雨水在經(jīng)過處理后其用途非常廣泛，可以用來洗車、澆灑道路以及綠化城市等。與此同時，地勢較低的植被淺溝以及下凹式的綠地有利于降水的下滲。例如，澳大利亞是一個局部地區(qū)嚴(yán)重缺水的國家，但澳大利亞通過建設(shè)海綿城市等手段，例如充分利用透水混凝土技術(shù)修建人行道、道路等，在應(yīng)用透水混凝土的道路路面上，再建造一個下凹式綠地，使降水、地表徑流、地下水等形成了一個良性水循環(huán)系統(tǒng)，在很大程度上緩解了相關(guān)地區(qū)和城市水資源短缺的局面。通過透水混凝土路面與普通混凝土路面的相互比較就會發(fā)現(xiàn)，透水混凝土路面附近植被的生長趨勢更好[3]。

2.4 強(qiáng)度特性

透水混凝土具有強(qiáng)獨特性，而這種特性與透水混凝土的原材料以及其透水性是緊密聯(lián)系的。如果加大黏結(jié)劑以及增強(qiáng)劑的用量，那么透水混凝土的抗彎、抗壓以及抗裂的強(qiáng)度就會隨著增強(qiáng)。如果擴(kuò)大集料的尺寸，那么透水混凝土的抗彎、抗壓以及抗裂的強(qiáng)度就會隨之減弱。而當(dāng)透水混凝土的孔隙率在不斷地增大時，其強(qiáng)度也會隨之降低。而沒有細(xì)骨料制作的混凝土，其強(qiáng)度是一點四至十三點七。因此，根據(jù)許多的研究可以看出透水性混凝土強(qiáng)度的提高，一定會導(dǎo)致透水混凝土孔隙率的減小，從而降低透水混凝土的滲透系數(shù)。所以，由于強(qiáng)度的制約，透水混凝土主要應(yīng)用于停車場、人行道以及停車場等場所。

2.5 抗凍性能

透水混凝土還具有抗凍性能。抗凍性能指的是在水飽和的狀態(tài)下，材料能夠經(jīng)得起反復(fù)的凍融而沒有遭受損壞的性能。除此之外，透水混凝土內(nèi)部的孔隙率越小，就具有更好地抗凍性能。由此可得，抗凍性與透水性在指標(biāo)上是負(fù)相關(guān)的。而在相同的水灰比中，透水性混凝土的孔隙率越大，則具有較差的抗凍性能。所以，透水混凝土在路面的廣泛應(yīng)用受到了抗凍性能的制約。根據(jù)研究所得，如果在制作透水混凝土的原材料中加入添加劑SR-3，有利于優(yōu)化其孔隙結(jié)構(gòu)，有利于增強(qiáng)漿體與其內(nèi)部粗骨料相互黏結(jié)的力度，從而促進(jìn)透水混凝土的凍融循環(huán)[4]。通過當(dāng)前的相關(guān)研究看來，較少涉及增強(qiáng)透水混凝土的抗凍性能等方面的內(nèi)容，所以要想實現(xiàn)透水混凝土抗凍性能的增強(qiáng)，還需要經(jīng)過大量的研究實驗等途徑，從而增強(qiáng)透水混凝土的抗凍性以及延長透水混凝土的使用期限。

2.6 吸聲降噪性能

透水混凝土是一種骨架孔隙結(jié)構(gòu)，因此在其內(nèi)部有諸多密集的孔隙，這將在一定程度上消耗聲波，其中一部分的聲波會被反射到空氣中，而其余部分則會傳播到透水混凝土內(nèi)部的孔隙中，聲波在內(nèi)部孔隙中傳播時，會經(jīng)過諸多的摩擦后消耗殆盡，因此，透水混凝土的孔隙對聲波具有明顯地吸收作用，有利于減少噪聲污染。通過諸多學(xué)者對透水混凝土的吸聲降噪性能的研究和探索得出，其對聲波的吸收受到材料配置比例的影響，因為透水混凝土材料的配置比例會對其內(nèi)部的孔隙率產(chǎn)生一定的影響，而提高透水混凝土內(nèi)部的孔隙率能夠提高其吸聲系數(shù)。

2.7 抗疲勞性能

目前，透水混凝土廣泛應(yīng)用于道路建設(shè)工程中，常常用來制作路面或者鋪設(shè)路基。道路質(zhì)量的好壞是要經(jīng)得起行人以及車輛的荷載、摩擦和反復(fù)碾壓，因此，對透水混凝土的相關(guān)性能提出了更高的要求，而透水混凝土的抗疲勞性就是其重點研究內(nèi)容。通過研究和實踐發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用透水混凝土的道路路面能夠持久的承受車輛的碾壓以及荷載，具有良好的抗疲勞性能。

3 透水混凝土的工程應(yīng)用

透水混凝土由于具有良好的性能，所以廣泛應(yīng)用于各種道路、園林、停車場以及體育館等工程建設(shè)當(dāng)中，此外，在隧道工程的建設(shè)中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。下文將以公路（鐵路）隧道工程為例，探討透水混凝土在工程中應(yīng)用的必要性、應(yīng)用方案以及應(yīng)用前景和推廣價值。

3.1 隧道工程中應(yīng)用透水混凝土的必要性

（1）有效防治水害。公路（鐵路）隧道是一個相對狹小且封閉的管狀環(huán)境。雖然降水或者地表水不對隧道產(chǎn)生直接的影響，但是隧道的拱頂以及拱璧等部位會受到冷凝水的滲入或者滴入、地下水的涌入、降水的流入以及車輪的帶入等一系列的影響，而使得隧道路面產(chǎn)生積水，這將直接減弱隧道路面的抗滑性，尤其是在寒冷地區(qū)，隧道路面的積水冷凝成冰，就極易引發(fā)交通事故。而且由于隧道道路的積水，會加快鋼軌以及相關(guān)零件的銹蝕進(jìn)程，從而造成損壞。除此之外，還會造成諸多其他問題。而透水混凝土具有排水性能（透水性）。隧道路面的積水會透過透水混凝土的孔隙而滲透到土層中去，這樣一來，能夠有效防止隧道路面的積水，從而降低降水對于隧道路面的影響。

（2）有效防治噪聲污染。噪聲污染是交通隧道中難以解決的問題。由于隧道是一個相對封閉的環(huán)境，所以在封閉環(huán)境下，車輛駛過帶來的噪聲會受到封閉作用的影響，而產(chǎn)生反射、共振以及疊加等現(xiàn)象，從而使得車輛的噪聲更為持久，不容易消耗。透水混凝土具有吸聲降噪性能，因此，將透水混凝土應(yīng)用于隧道工程中，能夠有效緩解噪聲污染。

（3）有效防治空氣污染。隧道中的空氣污染也是亟須解決的難題之一。在隧道中，由于車流量大，所以會釋放出大量的尾氣，汽車尾氣中含有大量的有毒氣體，比如一氧化碳以及二氧化氮等。此外，隧道內(nèi)的大量粉塵主要來自車輛的輪胎在隧道路面的磨損以及隧道外揚塵的侵入等，而尾氣和粉塵就是空氣污染的主要來源。隧道的封閉環(huán)境不利于空氣的流通以及污染物的擴(kuò)散，從而引發(fā)了空氣污染。而透水混凝土是一種骨架孔隙結(jié)構(gòu)，密集的孔隙具有吸收尾氣和粉塵的作用，因此，在隧道工程中，透水混凝土的應(yīng)用能夠有效緩解隧道內(nèi)部的空氣污染，從而改善空氣質(zhì)量。

（4）有效防治火災(zāi)。隧道是一個封閉式的管狀結(jié)構(gòu)。倘若在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，由于封閉作用，就極易導(dǎo)致“煙筒效應(yīng)”的產(chǎn)生，從而使火勢在短時間內(nèi)迅速蔓延，更甚者，會發(fā)生爆炸，其后果不堪設(shè)想。透水混凝土是不可燃的，火災(zāi)一旦發(fā)生，其火焰的溫度會透過透水混凝土內(nèi)部的孔隙而接觸到潮濕的空氣，從而達(dá)到有效降低高溫以及控制火勢蔓延的作用，因此透水混凝土在一定程度上具有阻燃的作用[5]。而在降低了整個隧道內(nèi)部的溫度之后，爆炸現(xiàn)象就不易發(fā)生，從而保證人員、車輛以及隧道工程的安全，延長隧道的使用壽命。

3.2 透水混凝土在隧道路面的應(yīng)用

透水混凝土具有良好的透水性能，將透水混凝土應(yīng)用于隧道路面的建設(shè)中，能夠有效吸收隧道路面的積水，此外，還可以與雨水收集系統(tǒng)相結(jié)合，而雨水收集裝置并不僅僅收集雨水，這是一個寬泛的概念，指的是隧道內(nèi)部的一切水源。雨水收集系統(tǒng)能夠有效收集隧道內(nèi)部的污水，從而實現(xiàn)對其污水的凈化和處理[6]。污水經(jīng)過凈化后，有多種用途，比如用于消防儲備或者清潔隧道等。

（1）透水混凝土在鐵路隧道的應(yīng)用。環(huán)向、縱向盲溝以及中心、側(cè)向、橫向排水溝構(gòu)成了鐵路隧道的排水系統(tǒng)，鐵軌兩側(cè)以及中間的區(qū)域，對承載力的要求較低，因此，可以應(yīng)用透水混凝土來鋪設(shè)路面，以此作為中心及側(cè)向排水溝的替代物。

（2）透水混凝土在公路隧道的應(yīng)用。在公路隧道路面的建設(shè)中，可以應(yīng)用透水混凝土的區(qū)域非常廣泛。公路隧道的排水溝、公路隧道的檢修道、公路隧道的緊急停車帶、人行道以及非機(jī)動車道等，都可以應(yīng)用透水混凝土來鋪設(shè)路面。

3.3 透水混凝土在隧道工程中的應(yīng)用前景與推廣價值

我國的隧道建設(shè)工程迅速發(fā)展，并取得了顯著的成就。根據(jù)中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程分會在“中國隧道與地下工程技術(shù)研討會”上公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國已成為世界隧道及地下工程建設(shè)規(guī)模和建設(shè)速度第一大國。然而隧道內(nèi)部環(huán)境建設(shè)卻與隧道建設(shè)的規(guī)模和速度不相匹配，較為封閉的隧道內(nèi)存在諸多問題和危害，其中問題最為突出的就是隧道路面積水多、噪聲污染嚴(yán)重、空氣污染嚴(yán)重以及火災(zāi)危害性大等這四個方面的問題，而透水混凝土的應(yīng)用有利于有效緩解這些問題的產(chǎn)生。但是，目前人們對透水混凝土的認(rèn)識還比較局限，一般認(rèn)為透水混凝土具有排水性好、但是強(qiáng)度低等特性，從而認(rèn)為透水混凝土的工程應(yīng)用范圍狹窄。但是，從透水混凝土具有的良好性能，以及目前透水混凝土在隧道工程應(yīng)用中取得的成效看來，透水混凝土具有廣闊的發(fā)展空間。隨著人們對透水混凝土認(rèn)識和了解程度的不斷加深以及透水混凝土在建設(shè)工程中的不斷應(yīng)用，相信在不久的未來透水混凝土在隧道工程中的應(yīng)用會越來越廣闊。

除此之外，國道210線上的貴州境內(nèi)崇遵高速公路的金竹窩隧道、廣河高速龍門山坳隧道以及廣西壯族自治區(qū)百色至羅村口高速公路隧道等，都有專門的道路研究人員在實驗路段做過將透水混凝土應(yīng)用于鋪設(shè)隧道主干道的嘗試。雖然還只是一種嘗試和探索，并沒有大規(guī)模的開發(fā)和應(yīng)用。但是有理由相信，不久的未來，透水混凝土將成為鋪設(shè)隧道主干道的主要材料之一。

4 結(jié)語

透水混凝土作為一種新型的混凝土材料，與過去傳統(tǒng)的混凝土相比，具有優(yōu)良的透氣、透水、抗凍以及吸聲降噪等性能，正是當(dāng)前許多工程中所需要的重要材料，因此，透水混凝土在城市工程的建設(shè)中得到了一定的應(yīng)用。但是由于對透水混凝土的研究還不夠充分，所以透水混凝土存有的不足之處還有待改善，而透水混凝土的許多利用價值還有待挖掘。綜上所述，在我國，對于透水混凝土的研究、應(yīng)用以及推廣還存有較大的發(fā)展空間。