透水混凝土技術性能研究

張 力 劉忠寧 黃偉娟 朱維俊 張 林（南京標美彩石建材有限公司，江蘇 南京210036）

現代城市的地表被鋼筋混凝土建筑和瀝青混凝土路面所覆蓋,引發城市地下水枯竭、暴雨路面積水。20 世紀80 年代，發達國家和地區，針對這一缺陷，開始研發透水混凝土路面[1]。透水混凝土又稱多孔混凝土（排水混凝土），是由單一級配的粗骨料、膠凝材料和水拌制而成的一種多孔輕質混凝土， 具有透氣、透水、重量輕、彩色妝點、整體施工等特點。

1 我國透水混凝土的研究進展

1.1 國內透水混凝土的研究

20 世紀90 年代，國內對透水性混凝土開始進行研究，但是由于其抗壓強度（不超過20MPa）較低,人們的認識、地基狀況、施工方法等原因限制，透水性混凝土的應用范圍受到影響。經過各高校、科研機構以及透水混凝土生產廠家的大量研究，合理使用混凝土外加劑,采用高活性硅灰材料,調整骨料級配等方法，提高了透水混凝土強度，目前透水混凝土抗壓強度可達25 -50 MPa，抗折強度可達3 -6MPa[2]。

1.2 國內透水混凝土的應用現狀

目前，國內透水混凝土研發和應用已取得一定的成果 ，尚有進口材料，但國產化材料已成趨勢，不同場合的需求和各種功能的透水混凝土材料不斷增加。

從功能上來分有:透水基層專用透水混凝土；路面面層用透水混凝土；用于河堤護坡的大孔植生型透水混凝土。

同時，針對路面面層有較高的裝飾性要求 ，面層用的透水混凝土的品種有很大的發展，如彩色透水混凝土、水洗露骨料混凝土在國內許多城市都有運用，適應高要求、美觀性和裝飾性的場所。

當前，國內面層透水混凝土仍在初級階段，因此透水混凝土適用范圍尚有一定的局限性，僅用于廣場、體育場、步行街、慢車道、人行道、園林景觀道路。但因它是新型的、環保生態的綠色路用鋪地材料，比其它鋪地材料具有更優的功能性和實用性。同時，隨著透水材料深入的研發，其應用范圍更加廣泛。

2 透水混凝土的技術性能專項研究

2.1 透水混凝土的原材料

2.1.1 水泥

水泥是決定透水混凝土強度的重要因素，目前國內采用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥較為普遍。高鋁水泥和膨脹水泥、快硬水泥等一般不宜。按使用透水混凝土的具體要求，采用水泥等級不同，路面用透水混凝土采用水泥級別不應低于42.5 級；對于強度等級要求不高的植生型透水混凝土和基層排水用的透水混凝土可采用32.5 級的水泥。水泥各項指標須符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）的規定。

2.1.2 集料

透水混凝土使用的集料為單一級配，應選用潔凈、堅硬而耐久的碎石或卵石，一般采用《建筑用卵石、碎石》GB/T14685 中的二級標準，標準高低應按具體區域而定。地區不同，集料的指標可能有難以達到標準的情況，有些按中華人民共和國行業標準《透水水泥混凝土路面技術規程》CJJ/T135 中建議采用GB/T14685 中的二級標準為適宜。

2.1.3 水泥外加劑和增強材料

1）透水混凝土一般采用水泥外加劑來保證施工性能和提高強度，如：萘系高效減水劑、磺化三聚氰胺甲醛縮合物、聚羧酸類等高效減水劑。

2）增強材料，可以改善透水混凝土中集料間的粘結性能，提高透水混凝土強度和韌性，如無機的以無定型的二氧化硅為主的材料，并摻入相應的助劑組成的。

2.1.4 透水混凝土拌合用水質量應符合《混凝土用水標準》JGJ63 。

2.2 透水混凝土的技術性能研究試驗

2.2.1 材料：

本試驗水泥為42.5 級普通硅酸鹽水混；集料為粒徑在2.55mm-4.75mm 的黑色玄武巖碎石；外加劑為萘系高效減水劑；增強材料為硅灰；水為自來水。

2.2.2 透水混凝土配合比設計

1）單位體積集料用量計算

單位體積透水混凝土集料用量按以下公式：

WG=ρG?k

WG：單位體積透水混凝土集料用量

ρG：集料比重

k：修正系數，碎石取0.98

單位體積集料用量=1530kg/m3×0.98

=1499.4 kg/m3≈1500 kg/m3

2）單位體積水泥用量近似計算

P=1–（WG/ρG+ WC/ρC+W/C?WC/ρW）

P：目標孔隙率，19%

WG：單位體積集料用量，1500 kg

ρG：集料比重2700 kg/m3

WC：單位體積集料用量

ρC：集料比重3100 kg/m3

W/C：水灰比，0.32

ρW：水的比重1000 kg/m3

由計算得出單位體積水泥用量

WC=405 kg/ m3

透水混凝土配合比：水泥：集料=405:1500

2.3 試驗

2.3.1 透水混凝土水膠比對抗壓強度影響試驗

在骨灰比保持固定不變的條件下，調整水膠比，試塊標養28 天，測定在不同水灰比下的抗壓強度。

檢驗方法：GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》

試驗結果見表1。

圖1為水膠比對透水混凝土抗壓強度的影響。

圖1 水膠比與抗壓強度的關系

圖2 骨灰比與抗壓強度的關系

結論：透水混凝土水膠比在0.25 ～0.32 為最佳。

表1 透水混凝土水膠比對抗壓強度影響試驗

表2 透水混凝土骨灰比對抗壓強度影響試驗

表3 透水混凝土耐磨性試驗結果

2.3.2 透水混凝土骨灰比對抗壓強度的影響

毎立方米集料用量保持1500 kg，水膠比保持不變，并保證一定的透水率條件下，調整水泥用量，試塊標養28 天，檢測試塊在不同骨灰比條件下的抗壓強度

檢驗方法：GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》

試驗結果見表2。

結論：透水混凝土抗壓強度隨著骨灰比減小而增加，以此為根據，依據透水率的要求可確定最佳骨灰比。

2.3.3 耐磨性試驗

選擇最佳水膠比和骨灰比，試塊標養28 天，檢測試塊耐磨性。

檢驗方法：JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》

試驗結果見表3。

結論：在選擇最佳水膠比和骨灰比條件下，透水混凝土耐磨性符合JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》對耐磨性的要求。

2.3.4 抗凍性試驗

選擇最佳水膠比和骨灰比，試塊標養28 天，檢測試塊抗凍性。

檢驗方法：JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》

試驗結果見表4。

結論：在選擇最佳水膠比和骨灰比條件下，透水混凝土抗凍性符合JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》要求。

2.3.5 透水率試驗

選擇最佳水膠比和骨灰比，測試透水率。

檢驗方法：JC/T 945-2005《透水磚》

試驗結果表5。

結論：在選擇最佳水膠比和骨灰比條件下，透水混凝的透水率優于透水磚的指標。

2.3.6 顏料的摻入量對透水混凝土物理力學性能的影響

表4 透水混凝土的抗凍性試驗結果

表5 透水混凝土的透水率試驗結果

選擇最佳水膠比骨灰比，顏料選擇氧化鐵顏料，加入量以占膠凝材料的百分比計，改變顏料的加入量，試塊標養28 天，檢測抗壓強度。

試驗顏料：氧化鐵顏料

檢驗方法：GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》

試驗結果見表6。

圖6 顏料添加量對透水混凝土的抗壓強度影響

表6 顏料添加量對透水混凝土的抗壓強度影響

結論：顏料添加量對透水混凝土抗壓強度有一定的影響，但顏料添加量小于10%影響不太大，為此對透水混凝土的顏料添加量控制在≤8%為佳。

2.3.7 骨料的粒徑對透水混凝土力學性能的影響

選擇水膠比0.28、骨灰比3.66，改變骨料粒徑，測抗壓強度和抗折強度。

試驗材料：小野田水泥42.5 級普通硅酸鹽水泥，集料為高料，粒徑為2.5 ～4.75mm 4.75 ～9.5 mm 9.5 ～13 mm 普通石料 13 ～16 mm 20 ～25 mm。

檢驗方法：GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》，試驗結果見表7。

結論：隨著集料粒徑的增加，透水混凝土抗壓強度、抗折強度同時降低，因此根據不同道路的不同要求，采用適宜的集料粒徑可保證透水混凝土的強度要求。

3 總結

表7 骨料的粒徑影響透水混凝土抗折強度與抗壓強度關系試驗

1）透水混凝土水膠比在0.25 ～0.32 為最佳，施工中因溫度的原因可適當選擇水量的增減來保證施工質量。

2）透水混凝土抗壓強度隨著骨灰比減小而增加，以此為根據，依據透水率的要求可確定最佳施工骨灰比。

3）透水混凝土抗壓強度與抗折強度隨膠單位體積水泥的用量增加而同樣上升，但過度增加水泥用量會使成本增大，根據不同等級的透水混凝土，可選擇最佳骨灰比。

4）顏料添加量對透水混凝土抗壓強度有一定的影響，但顏料添加量小于10%影響不太大，為此對透水混凝土面層材料的顏料添加量控制在≤8%為佳，能確保道路面層的性能。

5）隨著集料粒徑的增加，透水混凝土抗壓強度、抗折強度同時降低，因此在不同道路的不同要求，采用適宜的集料粒徑可保證透水混凝土的強度要求。

6）在選擇最佳水膠比和骨灰比的條件下，透水混凝土耐磨性符合《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》中耐磨性的要求，而且透水混凝土的透水率優于透水磚標準的指標。

[1]蘇堪祥 多孔混凝土材料組成與路用性能研究 分路 2004 年第8 期

[2]張賢超 尹健 池漪 透水混凝土透性能研究綜述 混凝土2010 年第12 期

[3]中華人民共和國行業標準CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技術規程》

[4] GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》

[5] JGJ63《混凝土用水標準》

[6] JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》

[7] JC/T 945-2005《透水磚》