透水混凝土的研究綜述

方 劍 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

0 前言

透水混凝土是一種多孔、輕質、無細骨料的骨架——孔隙結構，在粗骨料表面包裹一層膠結材料相互粘結而成，孔穴均勻分布，通常情況下透水混凝土的孔隙率可達10%～30%，透水系數一般在0.5～1mm/s，是一種綠色環保型高滲透材料。與傳統混凝土相比，透水混凝土具有優良的透水性和透氣性，還可減少噪音污染，對調節城市生態平衡和節約自然資源具有重要作用。近年來，在綠色發展理念的指導下，透水混凝土大量應用于“海綿城市”的建設，取得了顯著成效，在應對城市洪澇災害方面發揮了巨大作用。本文從透水混凝土的力學性能、材料性能以及制備應用方面開展綜述研究，探究其發展趨勢，為透水混凝土材料的持續健康發展提供一定的建議。

1 力學性能研究

與普通混凝土相比，透水混凝土孔隙率較高，粗骨料之間大多為點式連接，導致其抗壓、抗拉和抗彎強度偏低，限制了使用發展。基于此，相關領域學者開展了大量力學性能試驗研究，主要體現在透水混凝土的實驗制備階段。

水亮亮等通過提高硅灰摻量、砂率和天然骨料替代率增強再生骨料透水混凝土的抗壓強度，制備了三組材料試樣，結果表明當保水材料摻量過多，試樣孔隙率增大，蒸發冷卻效果不佳。尹志剛比較研究了不同凍融環境（清水和3.5wt%NaCl 溶液）下再生骨料透水混凝土的力學性能，試驗結果為氯鹽環境中的試件更易劣化，隨著凍融次數的增多，試件的單軸抗壓強度降低。張勇等通過調整透水混凝土的孔隙率，可以配制C15、C20、C25 強度等級的透水混凝土，優化骨料配比可制備C30、透水系數大于0.5mm/s 的制品。徐芬蓮等針對C20 卵石型透水混凝土，研究了鋰渣、硅灰、羥丙基甲基纖維素及水性環氧樹脂四種增稠材料對其性能的影響，得出摻入硅灰可明顯改善C20 卵石型透水混凝土的各項性能。王雅思等對比研究了天然粗骨料和再生粗骨料對制備透水混凝土的性能影響，發現天然粗骨料透水混凝土抗壓強度較高，品質高的再生骨料透水混凝土抗壓強度和滲透系數較高。陳春等以廢棄混凝土骨料制備了再生透水混凝土，對其強度、透水性和耐久性進行了研究，結果表明隨著再生骨料的增加，再生透水混凝土的力學性能下降，透水性提高，在再生骨料摻量不變的情況下，再生透水混凝土的強度和透水性隨著水灰比的增加而表現出先增后減。郭磊等研究了聚丙烯纖維和碳纖維不同摻量下透水混凝土的透水性、耐磨性和力學性能，得出纖維量的增加會使透水混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度先增大后減少，質量損失率先減少后增大。王寧等研究了在分別固定水灰比和集料與水泥比的條件下，鋼渣透水混凝土強度和透水系數的變化，結果顯示集料與水泥比減小，鋼渣透水混凝土抗壓強度增大；水灰比增加，鋼渣透水混凝土透水系數降低。徐德飛進行了以總孔隙率和抗壓強度分別為第一、第二設計參數的配合比試驗，證明了透水混凝土的強度隨著孔隙率的增加、尺寸的增大而下降。莫勝民試驗研究了不同摻量的粉煤灰、硅灰對透水混凝土軸壓力學性能、拉彎力學性能及透水性能的影響，得出單摻粉煤灰時，透水混凝土的抗壓強度隨其增加而降低；單摻硅灰可提高透水混凝土的抗壓強度卻不能提高其抗折強度。

2 材料性能研究

在材料性能方面，諸多學者對透水混凝土的透水性能、抗凍性能及收縮性能進行研究，為其實踐應用奠定了重要基礎。

徐仁崇等試驗了四種不同成型方法對透水混凝土材料性能的影響，結果表明采用振動成型法和壓力成型法時，隨著振動時間和成型壓力的增加，制品的抗壓強度先增后減，透水系數逐漸降低；插搗成型法可獲得較高的透水系數；振壓成型法可獲得較優的透水性能和抗壓強度。孫亮使用了噪音分析儀測試了不同砂率對透水水泥混凝土和透水瀝青混凝土的吸聲特性，得出兩者具有較好的吸聲效果，透水瀝青混凝土對高頻聲波的吸收效果隨著砂率的增高而增強，而透水水泥混凝土則相反。劉翠萍分析了砂率、養護條件等因素對透水混凝土收縮性能的影響，增加砂率可明顯降低制品的收縮，使用細骨料可有效降低制品的開裂。透水混凝土的塑形和早期收縮對濕度更為敏感。陳代果等探究了不同因素影響下透水混凝土的抗凍性能，結果顯示對抗凍性能影響的主次分別為骨料粒徑、纖維摻量、水灰比，透水混凝土抗凍性能最優配比是水灰比為0.31、纖維摻量為0.4%、骨料粒徑為5～10mm。鄭楓等對堵塞顆粒進入透水混凝土內部孔隙造成的堵塞過程進行圖像分析，發現隨著孔隙率和滲流速度的增加，上層堵塞顆粒逐漸減少，下層堵塞顆粒逐漸增加。王軍強通過對三種混凝土進行收縮性和抗凍性研究，得出再生骨料透水混凝土、透水混凝土和普通混凝土的收縮變形依次減小。李子成等研究出了在透水混凝土中摻入超細粉煤灰和硅灰顆粒可提高其界面過渡層的致密程度。李秋實等對比研究了天然與再生集料對透水混凝土性能的影響，發現摻入再生集料可提高總孔隙率，降低抗壓強度。陳瀟等研究出隨著漿體流動度的增加，透水混凝土的透水系數逐漸降低；當漿體塑形黏度增加，透水混凝土的透水系數逐漸增大。趙劍鋒等[通過試驗研究出隨著聚丙烯纖維長度的增大，透水混凝土的抗壓強度先增大后減小，抗折強度逐漸增大，摻入聚乙烯醇纖維和玻璃纖維會降低透水混凝土的空隙率和透水系數。

3 制備及應用研究

透水混凝土集料的配比設計及實踐應用是實現透水混凝土科學發展的重要一環，相關研究圍繞不同的施工工藝開展研究。

Nguyen 等提出篩網排漿法，得出透水混凝土的最佳水膠比，相比更加科學實用。Yang 等研究出了摻入有機聚合物可顯著提高透水混凝土的抗壓強度，但透水性能不太理想且費用較高。吳克雄等開展了骨料粒徑、水灰比、減水劑、增強劑及砂率對混凝土性能的研究，將該成果應用于實踐工程，提高了透水混凝土的使用強度。李永慶等介述了工程實踐中透水混凝土的配制、生產、施工等環節的控制，確保透水混凝土的設計要求，為海綿城市建設的應用提供了參考。李偉初步確定了透水混凝土護坡板的形狀和厚度，分析了護坡穩定計算采用的方法，探討了護坡板的施工工藝，為其工程應用提供了理論依據。于永霞研究了濱水區域氯離子對透水混凝土的侵蝕特征，得出氯離子的滲透系數隨時間變化而衰減，滲透速度隨水灰比的增加而加快，隨水化度變大而減小。謝若奇對比研究了透水混凝土基層材料的幾種常規制備方法，發現漿體裹石法攪拌、插搗法成型和標準養護法更適合基層材料的制備，并研制出最佳材料配合比。姜德民等對透水混凝土路面磚的配合比、施工工藝及性能進行試驗，提出最佳設計方法。張賢超提出了采用漿體裹石法、標準養護（溫度20±2℃，相對濕度95%）的制備工藝可明顯改善透水混凝土的基本性能，揭示了水灰比、骨膠比對透水混凝土力學性能和排水性能的影響規律。石從黎等基于人行道改造工程實例，探討了彩色透水混凝土的制備、生產、運輸及施工工藝，為其應用提供了參考。馮翠玲等介述了透水混凝土在杭州市區部分道路、公園廣場、停車場的應用。

4 結語

綜上所述，國內外有關透水混凝土的研究成果頗多，對透水混凝土的強度、透水性、收縮性、抗凍性等性能做出了大量試驗，在實踐應用方面也積累了一定經驗。總體而言，在材料配制方面，采用建筑廢棄物再生集料制備透水混凝土的相關技術研究較少，對再生骨料與天然骨料的摻入對比研究較多；在材料應用方面，透水混凝土多應用于海綿城市建設中的道路、廣場、停車場，其他領域應用較少；在試驗研究方面，多表現為模擬試驗，在實際工程中的現場試驗較少，未來可將試驗與實際相結合，解決實踐工程中具體存在的技術問題。