C30透水混凝土在平潭綜合實驗區地下綜合管廊綠道工程中的應用研究

于水

（福建省交設工程試驗檢測有限公司，福建福州 350008）

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，城市建設對于環境保護、智能感知等要求不斷提升，市政道路基礎設施建設作為城市“硬件”也在不斷更新。傳統城市道路、廣場的面層都采用不透氣、不透水的硬化鋪裝材料，造成空氣中的水分、降落的雨水無法直接通過硬化的路面進入土壤，地表生態循環系統受阻，導致地表溫度升高，進而加劇了城市的“熱島效應”。與傳統硬化鋪裝材料不同，透水混凝土是由膠凝材料、骨料、水和外加劑等原材料按照一定的配合比拌制而成的新型混凝土，其特點是組成材料中沒有摻加傳統混凝土材料必需的細集料，孔隙率一般控制在15%～30%，具有透水透氣性能好、降低噪聲、改善城市“熱島效應”等優良功能[1]，在城市建設中具有很高的實踐應用價值。

1 工程概況

平潭綜合實驗區地下綜合管廊干線工程（一期）PPP項目（中山大道—美湖路）段線路全長為7.106km，起訖樁號為GA0+000—GA7+106.51，線路總體呈南北走向，該項目管廊上部設有綠道慢行系統，厚度為15cm。綠道采用C30 透水混凝土鋪筑，設計孔隙率為15%，透水系數要求不小于0.5mm/s。

2 透水混凝土配合比設計

2.1 原材料的選用

在材料組成上，透水混凝土與普通混凝土一樣，通常由膠凝材料、骨料、水和外加劑等經過拌制而成，比較大的區別在于，透水混凝土組成材料中沒有細集料。而且由于透水混凝土具有較好的透水性，其組成材料在選用上又與普通混凝土有一些不同之處。

相對而言，由于透水混凝土的多孔特性，其力學性能較普通混凝土差，故此透水混凝土一般選取強度等級為42.5 級及以上的普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥作為主要的膠凝材料。該工程采用“海螺”牌P·O42.5 級水泥，其試驗性能參數如表1 所示。

表1 水泥試驗性能參數

研究表明[2]，單粒級配或間斷級配組成的混合料能夠獲得較大的孔隙率，而較大的孔隙率有利于透水性能的提升。因此，透水混凝土常采用單粒級配或間斷級配。眾所周知，骨料堆積在一起時，骨料粒徑越小，其堆積表面積就會越大，骨料顆粒間的接觸面積也會越大，在相同膠凝材料情況下，骨料間的黏結力也會越大，從而使混凝土的強度提高?？梢姡w粒級配對透水混凝土的強度影響較大，那么在材料選取上，通常要兼顧混凝土的強度和透水性能，在骨料選取上會偏向于選用粒徑相對較小的單粒級配，鑒于此，該工程的骨料選用材質為花崗巖的碎石，單粒級配為5～10mm，表觀密度為2630kg/m3、含泥量為0.8%、泥塊含量為0.2%。

為了增加特定方面的性能，一般情況下透水混凝土也會加入特定的外加劑，如為了提高混凝土拌和物的和易性、降低混凝土拌和時的用水量等而摻加的減水劑；為了提高混凝土強度而摻加增強劑等。該工程更加看重混凝土的強度，因此選取MT-028 強固劑（粉劑），摻量為3%，其試驗性能參數如表2 所示。

表2 強固劑試驗性能參數

透水混凝土拌和用水與普通混凝土一樣，選用當地的飲用水。

2.2 透水混凝土配合比設計

國內外對透水混凝土的配合比設計常采用的方法有質量法、體積法、比表面積法三種[3]，三種方法各有其優缺點，目前國內的相關研究和應用多是使用質量法。質量法是從使用者角度出發，流程簡化，用假定來代替煩瑣的試驗和計算，通過表觀密度試驗進行校正，基本可以達到配合比的計算精度，具有較強的適用性。鑒于此，該工程參照《透水水泥混凝土路面技術規程》（CJJ/T 135—2009）中的質量法進行透水混凝土的配合比設計。經過多次試配，發現水膠比和增強劑對透水混凝土強度和工作性能影響較為突出，最終選取三種不同水膠比情況下的透水混凝土配合比，試驗結果如表3 所示。

表3 透水混凝土試驗配合比

從表3 中可以看出，水膠比作為反映混凝土質量的重要指標，不僅影響透水混凝土的強度，而且對透水性能也有很大影響，再摻入適量的增強劑可提高混凝土的強度和改善混凝土的耐久性、和易性，對混凝土透水性能也有較大的提高。經過比選，2 號方案的透水系數、孔隙率、抗壓強度均滿足要求，因此確定2號為該工程透水混凝土的配合比方案。

3 透水混凝土路面施工

3.1 原材料和機械設備的準備

3.1.1 原材料準備

透水混凝土的原材料涉及骨料、水泥、水及外加劑，對于骨料要嚴格控制其含泥量、泥塊含量和級配的穩定性，在材質不變的情況下，這3 個指標對透水混凝土的強度和透水性影響較大。對于每批次進場的骨料，應嚴格按照規范進行檢測，必要時對骨料進行清洗處理。水泥要使用配合比設計中用到的42.5級水泥，嚴禁使用低標號水泥。水泥混凝土使用的外加劑從形態上可分為液體和粉劑狀兩種，考慮到運輸的便捷性，該工程使用粉劑狀的增強劑。同時，考慮到實際施工中需要進行運輸、找平以及表面處理等工序，要求所用的外加劑具有一定的緩凝效果。

3.1.2 機械設備的準備

該工程采用強制式攪拌機在現場拌制混凝土，施工前要對低頻平板振動器、攪拌機、配料機和相關附件進行檢查，確保機械設備能夠正常運行，尤其是對于機械設備的計量系統必須核實其感量是否在0.5%的最大稱量內。需要注意攪拌機的容量以及拌和能力應能滿足施工進度的要求。應配備滿足施工要求的運輸自卸車，其容量、數量應依據施工進度、運輸距離等因素綜合考慮。由于透水混凝土初凝時間比較短，運輸距離受到限制，該工程嚴格控制配料場到鋪筑場地的運輸時間在0.5h 內。

3.2 透水混凝土的拌制與運輸

透水混凝土與普通混凝土的攪拌方法、攪拌時間有所不同，透水混凝土的攪拌宜先將集料和50%的用水加入攪拌機攪拌30s，再加入水泥、外加劑拌和40s，最后加入剩余的用水再拌和50s 以上。

在施工過程中，透水混凝土會在各種因素影響下損失部分工作性能，如水泥漿體容易變干，此時的水泥漿體很難將骨料膠結起來，嚴重影響混凝土的強度，因此，在施工過程中要注重以下兩方面：第一，水分蒸發導致工作性能降低。透水混凝土由于具有多孔的特性，其與外界接觸的表面積很大，相對而言水分散失比較快，運輸過程中及施工現場的濕度、溫度、風力等因素都會影響水分的蒸發，因此，應采取盡快運輸及遮蓋等措施以保持透水混凝土拌和物濕度。第二，持續的水泥水化反應導致工作性能降低。水泥水化反應從拌和之初就開始了，如果運輸距離過長或施工進程緩慢，會因水化反應的持續進行而造成透水混凝土工作性能的降低，因此運輸距離不宜過大，施工工序應銜接到位，現場的混合料應盡快鋪筑。

3.3 透水混凝土的鋪筑與養護

透水混凝土由于無砂、多孔的特征，其流動性較普通混凝土差，因此透水混凝土的施工鋪筑與普通混凝土也有很大不同。施工鋪筑時，需人工將透水混凝土攤鋪均勻，然后使用低頻平板振動器找平、振實，邊角部位需要人工補料，再用抹光機抹光平整，做到整體大面平整、顆粒均勻且無明顯坑洞。

透水混凝土早期強度高，到后期強度增長速度慢，所以早期養護是保證透水混凝土強度的必要條件。應采用無壓力水進行灑水養護，防止壓力水對路面整體造成破壞；宜采用塑料薄膜或土工布進行覆蓋保濕養護，養護時間應根據透水混凝土強度增長情況確定，一般養護時間不宜少于14d，以14～21d 為宜。透水混凝土未達到設計強度前不得投入使用，其強度以試塊的強度為依據。

4 透水混凝土使用效果跟蹤分析

筆者在施工結束后及運營期間定期對該施工項目的路面厚度、外觀和透水系數三個方面進行跟蹤。不同時期路面厚度、外觀及透水系數的變化情況如表4 所示，其中透水系數采用《透水水泥混凝土路面技術規程》（CJJ/T 135—2009）附錄A 透水系數的測試方法進行，透水系數測試試樣為不同時期在相近位置使用鉆孔取芯機鉆取的芯樣。

表4 路面厚度、外觀及透水系數匯總表

從表4 可以看出：

第一，路面厚度方面，設計厚度為15cm，鉆取芯樣的厚度均為15cm 及以上，平均值為15.3cm，滿足設計要求。第二，路面外觀方面，養護結束后路面整體平整且表面孔隙明顯，但是隨著運營延續，部分路面出現破損，由于路面灰塵、顆粒的填充，表面孔隙也逐步變得不明顯，但是路面整體外觀還比較完好，整體孔隙較為明顯。第三，路面透水系數方面，養護結束后透水系數均符合設計要求，但是隨著運營延續，透水系數出現不同程度的下降，整體下降較為明顯。

通過以上研究分析，可以得知透水混凝土路面在運營期間會受到環境影響而導致外觀破損、透水性能降低，因此需要定期對運營期間的路面進行維修保養。一般情況下，對透水混凝土的維修保養也體現在兩個方面，即外觀的修復和透水性能的恢復。

關于外觀破損，由于車輛、重物等造成的路面開裂、掉粒損壞、剝離等病害，輕微的可以采用相同配合比的混合料局部鑿除修復，嚴重的則需挖除重鋪。

關于透水系數降低，主要由于環境中的灰塵和顆粒堵塞混凝土孔隙造成，其恢復一般可以采用真空吸塵和高壓沖洗兩種方法。真空吸塵通常采用大功率吸塵設備通過負壓將透水混凝土表面的灰塵、顆粒吸出；高壓沖洗則是利用壓力水將道路表面的灰塵、顆粒沖出，但此方法有負面效果，即容易使較小顆粒的灰塵向混凝土結構內部遷移。實踐表明，要達到理想的恢復效果，可將上述兩種方法結合使用。

5 結論

本文通過對平潭綜合實驗區地下綜合管廊綠道工程的透水混凝土原材料、配合比設計、施工控制以及使用效果進行分析研究，得出以下結論。

第一，透水混凝土中沒有細集料對骨架結構的填充，所以能夠獲得較大的孔隙率，滿足設計透水系數的要求；透水混凝土需要選擇42.5 級及以上標號的水泥作為膠凝材料，并且一般還需摻加增強劑，其目的是增強混凝土的強度。

第二，該工程應用的透水混凝土的水膠比為0.26，透水系數和強度均滿足設計要求；由此可以得出透水混凝土水膠比的變化對透水系數、孔隙率和強度有較大的影響，因此在同類混凝土配合比設計中要注重水膠比的設定。

第三，透水混凝土施工涉及較多的工藝工序，每一環節都至關重要，為了保障透水混凝土路面質量，需要對施工過程進行嚴格的把控。

第四，透水混凝土的外觀質量和透水性能隨運營時間的延續將逐步衰減，因此需要進行運營期間的養護，以保證其使用功能。