探討海綿城市改造中透水混凝土施工質量控制對策

楊世海

福州鐵建建筑有限公司

1 透水混凝土概述

透水混凝土的主要組成部分為水泥和水摻配相同粒徑或者間斷級配骨料，同時其具有一定的孔隙率，屬于混合材料的一種。透水混凝土中并不具有細骨料，是通過粗骨料表層覆蓋的一層較薄的水泥漿，在黏結作用下產生的孔穴均勻分布的一種蜂窩狀結構，正是因為這一結構，使透水混凝土具有透水、透氣以及重量輕的優勢[1]。但是因為透水混凝土是一種新型生態材料，目前應用并不廣泛，在我國大多數區域的使用仍處于初步發展階段，并不具備完善的施工工藝及驗收標準，因此將其應用于工程中仍存在諸多問題。為了能夠保證海綿城市的建設效果，提高工程施工質量，延伸其適用范圍，采取透水混凝土施工質量控制措施具有重要的作用。

2 工程概況

鶴林片區海綿化改造工程第1標段項目，原合同施工范圍包含21個老舊小區海綿化改造。其中代表性小區世紀城海綿改造項目屬于福州市海綿城市建設源頭改造項目之一，用地面積約2.575公頃，年徑流控制率70%。世紀城項目位于福州市晉安區長樂北路68號，本次改造項目為世紀城一期共8棟，北側為世紀城二期共2棟（未施工），南側為立州大廈，西側為康山社區居家養老服務中心。總面積：25752m2，建筑類型：小高層，建筑面積：6562m2，綠地率29%，

其中海綿改造部分施工內容包含透水鋪裝、透水混凝土路面、植草磚、透水塑膠等。

3 透水混凝土配合比設計

對透水混凝土配合比進行設計需要在確保強度和孔隙率的基礎上進行，需要使用體積填充法進行試配，主要將1m3透水混凝土所占體積作為已知參數，明確目標孔隙率，對膠結料漿體材料占據體積進行就散，結合水灰比得到水泥及用水量。

3.1 水灰比

水灰比是十分重要的參數，對透水混凝土的強度和性能有巨大影響，如果水灰比較小，水泥漿較為干稠，表明混凝土拌和物和易性不佳，無法均勻攪拌，致使水泥漿不能對骨料表面進行完全包裹，混凝土強度不佳；相反，如果水灰比較大，水泥漿稀液較易滲入骨料空隙，導致透水空隙堵塞，不僅對透水性能造成影響，同時導致其強度不佳。相關規定顯示，需要通過試驗明確水灰比，合理控制選擇范圍，在0.25～0.35 之間。需要通過透水混凝土設計強度及孔隙率，優化相關試驗，得到同一孔隙率的不同強度，再通過作圖法等方法得到符合孔隙率及強度要求的水灰比。

3.2 骨料級配

骨料級配對透水混凝土的強度及透水性能有巨大的影響。主要原因在于骨料粒徑同表面積呈反相關關系，同膠結面積呈反相關關系，構成骨架后其單位體積內各個骨料顆粒的接觸點數量越多，骨料受力越均勻，混凝土強度越高，但是透水性能會下降。相反如果骨料粒徑較大，骨料顆粒間接觸點數量越少，空隙越多，導致透水性能提高，但是強度下降明顯。

因此骨料粒徑構成的混凝土無法兼具強度和透水性能。骨料級配如果無法滿足相關要求，則需要使用間斷級配，根據級配原則組成三種瀝青混合料，通過粒徑較大并且單一的骨料構成混凝土，將其作為骨架-孔隙結構，具有較高的孔隙率，耐久度不佳。通過較多數量粗骨料同合適細骨料構成的混凝土，可將其作為骨架-密實結構。雖然孔隙率較低，但是具有較高的強度和耐久度。

將高等數學理論作為主要依據，對骨料間斷級配的原理以及正確應用方法進行詳細分析。如圖1所示。首先選擇三個圓球，設置其直徑為D，將其堆成緊密的狀態，直徑為d的小球當期孔隙尺寸小于三球才能夠進入空隙。通過計算可知大小球粒徑之比為6.46,這時直徑為d 的小球能夠放入三個大球之間的空隙，因此這也表明骨料孔隙最低，比表面積最少、接觸點數量較多。但是對混凝土進行分析，骨料不是正圓形，其粒徑也相等，并且骨料顆粒間因為被水泥砂漿層包裹，導致粒徑增加明顯，因此可能會導致骨料顆粒兼具增加。通過上述分析，可以將大粒徑骨料直徑D 與小粒徑骨料直徑D 的比值設置為4.8 時配制。該方法不但可以確保骨料表面水泥砂漿薄膜層厚度的均勻性，避免發生流漿等問題，同時能夠確保混凝土強度及透水性能符合設計要求。

圖1 粗骨料間斷級配原理

以上述原理為基礎，該項目使用同一配合比及不同骨料粒徑對透水混凝土進行試配，分別采取強度試驗、透水系數試驗機孔隙率試驗加以驗證。最終明確該項目設計的16mm～20mm 粒徑C25無砂大孔混凝土，使用16mm～20mm粒徑的粗骨料以及少量2.5m～5.0m粒徑的細骨料構成雙粒級骨料，根據相應的比例摻配使用。

通過上述試驗可得出以下相關結論：通過雙粒級骨料拌制形成的透水混凝土不但具有非常高的強度，同時相較于單粒級骨料拌制形成的混凝土強度更高，透水性能更佳。主要原因在于雙粒級骨料拌制形成的透水混凝土比單粒級骨料孔隙率較小，所以骨料顆粒間的接觸點數量增加，骨料受力較為均勻，所以混凝土強度較高。同時雙料級互相填充的作用導致骨料的比表面積下降，減少水泥用量，如果水泥漿完成對骨料表面的包裹，混凝土內部則會產生相應數量的連通孔，透水性能較好。

4 透水混凝土材料控制措施

透水混凝土使用的原材料同普通混凝土具有一定的相似性，均為水泥、水、骨料及其他材料組成。結合上述材料的特點，對其進行運輸和存儲的過程中要做好覆蓋、防潮工作，這也是保證施工質量的重要措施。

選擇材料的過程中，透水混凝土使用的集料需要具備質地良好、結構密實、整潔以及具備良好耐久度的碎石，需要注意不可使用卵石，為了進一步提高透水混凝土的孔隙率，級配需要根據相關標準明確。主要為（CII/T 135—2009）中間斷級配碎石的相關標準。其次需要合理控制水泥強度，使用水泥強度的等級≥42.5級，盡量選擇硅酸鹽水泥或者常規硅酸鹽水泥。最后，使用增強劑有助于提高混凝土的抗壓性能和抗折性能，同時有助于解決透水混凝土后期階段泛堿扥該情況。但是有一點需要加以注意，目前市場中的增強劑質量性能參差不齊，所以需要通過試驗驗證后才能夠投入使用。

5 透水混凝土施工質量控制措施

同常規混凝土相比，透水混凝土在攪拌、普漲以及振搗等施工工藝中存在明顯的不同。下面本文以透水混凝土施工工藝為基礎，對透水混凝土施工質量控制措施進行闡述。

5.1 攪拌與運輸控制措施

對透水混凝土進行攪拌需要使用機械設備完成攪拌，目前使用較為廣泛的機械設備為強制性攪拌機。因為透水混凝土的水灰比較低，初凝時間非常短，從出廠到在工作面的運輸時間不能過長，需要保持在30min之內，以防其發生散子情況，對整體施工質量造成不良影響。

同常規混凝土相比，透水混凝土的拌制也存在明顯的不同，其主要流程為：（1）使用將骨料同50%用水量混合，放入到攪拌機中進行30s的拌和作業；（2）之后再攪拌機中放入水泥、外加劑及增強劑，進行40s的拌和作業；（3）之后將剩余50%用水量放入攪拌機，進行50s 的拌和作業，出料。該方法的主要目的為首先對骨料表面進行潤滑，以防水泥漿過稀或者過多，進而對路面透水性能造成影響，除此之外保證透水混凝土強度合理。從攪拌機出料后，將透水混凝土運輸到施工現場，指導澆筑結束的允許最長時間，應該通過實驗室結合水泥的初凝時間及施工溫度明確。如果施工溫度在5℃～10℃之間，允許最長時間為2h，施工溫度在10℃～20℃之間，允許最長時間為1.5h，如果施工溫度在20℃～32℃之間，允許最長時間為1h。并且在運輸時需要避免拌和物出現離析顯效。如果溫度較高，需要采取有效地遮擋措施。

5.2 鋪筑控制措施

對混凝土進行澆筑前，首先需要使用水對路基濕潤，否則透水混凝土受到干燥路基的作用導致其水分下降，骨料黏結程度也會有所下降。透水混凝土拌和料攤鋪需要保證均勻，攤鋪厚度需要使用1.1松鋪系數，確保其能夠一次性完成攤鋪，同時確保其滿足規范要求，以防二次攤鋪，對整體施工質量造成影響。在施工環節，還需要朱紅邊角等位置，如果存在缺料，需要做好補料和壓實處理。如果路面為雙層設計，上層混凝土需要在下層混凝土初凝的過程中鋪設，時間控制在1h之內，確保其結合度良好。

5.3 振搗和壓實控制措施

多數情況下透水混凝土使用低頻平板振動器振動。不宜使用高頻振搗器，或者使用低頻振動器在相同位置振動時間較長，可能會導致混凝土孔隙率下降，對透水性能造成不良影響。并且高頻振搗器會導致水泥漿液從粗骨料表層離析，進入底部產生不透水面，導致混凝土透水性不佳。在結束振搗后，需要使用專門耳朵鋼制滾筒進行壓實處理。局部機械設備難以壓實的位置進行人工處理。完成壓實后，需要使用抹平設備進行收面處理。

5.4 接縫控制措施

因為透水混凝土具有較高的孔隙率，并且通常情況下路面較薄，因此需要合理控制路面切縫的深度，通常情況下深度為面層厚度的50%～30%，并且確保其超過30mm。

填縫過程中，劑量不要使用熱流性材料，主要原因為該類材料受到高溫的影響會發生液化，進而滲透到透水混凝土空隙中，導致空隙受阻嚴重。所以填縫材料需要使用橡樹塑膠材料等，具有一定的定型性。

5.5 養護控制措施

因為透水混凝土中具有數量繁多的孔洞，在常規自然環境下極易導致水分流失，干燥較快，因此采取有效地養護措施十分重要。在養護的過程中需要注重早期階段的保濕養護，以防澆筑結束混凝土中水分的蒸發。因為透水混凝土水灰比小，早期階段強度高，所以相較于常規混凝土拆模的時間更長，所以側面和邊緣會暴露在空氣中，需要使用塑料薄膜或者彩條布對其進行覆蓋，確保其濕度和水泥的水化。多數情況下需要在路面澆筑24h后進行灑水養護，灑水的過程中，不應使用壓力水槍沖擊混凝土表面，以防帶走水泥漿，導致表面強度下降。需要使用噴壺從上到下進行灑水保濕。

6 結語

綜上所述，將透水混凝土應用于海綿城市的建設中具有十分重要的作用，有助于保持生態平衡，解決城市化建設帶來的問題，有效提高了城市化建設的協調性。本文主要從透水混凝土配合比設計、透水混凝土材料控制措施、施工質量控制措施等方面分析透水混凝土質量控制要點，有助于提高質量控制水平，進而提高工程的整體質量。