聚合物透水混凝土應用關鍵技術※

連亞明，徐仁崇，王偉，石瑩，陳裕佳

（1.廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361004；2.廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

聚合物透水混凝土應用關鍵技術※

連亞明1,2，徐仁崇1,2，王偉1,2，石瑩1,2，陳裕佳1,2

（1.廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361004；2.廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

本文概述了聚合物透水混凝土在生產、施工和應用方面的關鍵技術，探討了聚合物的種類、用量，集料類型、級配和養護齡期對聚合物透水混凝土強度和透水性能的影響，闡明相關質量控制要點，為其今后應用推廣提供經驗參考。

聚合物透水混凝土；性能影響；生產施工；應用關鍵技術

0 前言

近年來，國家大力推進海綿城市建設，透水混凝土因具有良好的視覺效應和環保效應而日益受到人們的重視。作為新型環保道路材料，透水混凝土具有較大的孔隙率和較為適宜的強度，良好的滲透性能可以促進地表多余水分回歸地下，改善城市水循環；適宜的強度使其廣泛應用于城市人行道路建設，美化城市市容，有效解決了普通混凝土所帶來的系列生態問題。

海綿城市道路新建或道路改建中的透水路面主要采用透水磚或透水混凝土，聚合物透水混凝土則更多的應用于景觀道路、公園廣場等。聚合物透水混凝土是以高分子聚合物為膠結材料，靠高分子聚合物聚合固化將骨料膠結而成的多孔混凝土[1]。聚合物樹脂具有優良的韌性，結合透水混凝土的孔隙結構，使聚合物路面面層具有良好的吸震性能和吸音減噪效果，但硬化后較脆，耐沖擊性能差，且容易老化，力學性能存在不足，且生產成本較高，導致其在透水鋪裝領域中的應用受到限制。因此，為了確保工程質量、加強其推廣應用，必須重視其在生產和施工過程中的質量控制。

1 聚合物透水混凝土的應用

由于聚合物樹脂透明，透水聚合物面層可通過設計、調配，展現出天然石的本色，色彩多樣、藝術效果豐富，具有良好的裝飾效果，增加了城市的美觀性。因此，聚合物透水混凝土常被用于公園道路、社區廣場、景觀小道等路面鋪裝領域[2]。同時，由于其可塑性強，亦被用于普通路面及透水水泥混凝土路面修補等領域。

2 聚合物透水混凝土性能影響因素分析

聚合物透水混凝土由集料和聚合物膠粘劑構成，強度和透水系數的影響因素是其配合比設計的關鍵。膠粘劑用量、碎石粒徑及形狀、養護齡期等因素均會對其強度和透水性能產生影響，其中聚合物膠粘劑用量起著關鍵性作用[3]。

2.1 聚合物種類的影響

聚合物種類繁多，透水混凝土所選用的聚合物膠粘劑應具有物理強度高、固化速度適中、固化收縮率低等特點，在考慮經濟成本的同時還應兼顧其環保性。在集料與聚合物膠粘劑混合的過程中，聚合物膠粘劑會與空氣發生氧化反應而固化，逐漸將集料膠結成一個整體，固化完全后則具有較高的強度。相關試驗[3-4]表明，膠粘劑種類對聚合物透水混凝土透水系數影響較小，從抗壓強度、透水系數、耐候性、環保性能考慮，聚合物透水混凝土宜采用聚氨酯類膠黏劑。實際應用中一般采用無溶劑多元醇組合料和無溶劑異氰酸酯組合料合成的聚氨酯樹脂。

2.2 聚合物用量的影響

采用 5～10mm 骨料，制備聚氨酯樹脂摻量為 4%、6%、8%、10%、12% 的聚合物透水混凝土，將多元醇組合料、異氰酸酯組合料以 1:1 的比例攪拌混勻，再倒入骨料中攪拌至均勻。采用網籃法分別測定試件孔隙率，成型100mm×100mm×100mm 試件，測定其 3d 抗壓強度，試件成型方法參照 DB3502/Z5 006－2015《透水水泥混凝土應用技術規程》進行，抗壓強度方法參照 GB/T 50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行，混凝土配合比及試驗結果見見表 1、圖 1。

表1 聚合物透水混凝土配合比及試驗結果

圖1 聚氨酯摻量對孔隙率、抗壓強度的影響

圖1顯示了聚氨酯摻量對聚合物透水混凝土孔隙率和抗壓強度的影響。由圖可知，隨著聚氨酯用量的增加，孔隙率逐漸下降。當聚氨酯的摻量超過 8% 時，孔隙率低于 17.5%，已出現封閉孔隙的現象。可見，當聚氨酯用量過大時，會造成透水性能的損失，同時還會提高整體的成本。因此，聚氨酯摻量不宜大于 8%，適宜摻量為 6%～8%。隨著聚合物用量的增加，混凝土抗壓強度逐漸增大，但強度增長趨勢趨于平緩。當聚氨酯摻量超過 10.0% 時，強度幾乎沒有明顯增長。

聚合物透水混凝土類似于在緊密堆積的骨料中填入聚合物樹脂，因此隨著聚合物樹脂用量的增加，骨料的孔隙逐漸被聚合物填充，導致孔隙率逐漸減低。聚合物透水混凝土強度主要依靠碎石間的相互嵌擠和聚合物膠黏劑的黏結強度提供[5-6]。當聚合物樹脂用量較小時，不足以覆蓋碎石表面，導致混合料間的粘附性較差、強度較低，隨著聚合物樹脂用量的增加強度逐漸增大；當聚合物樹脂用量過多時，多余的樹脂在重力作用下向下流淌，對強度貢獻不大，不僅造成成本浪費，還大大降低了透水性。

2.3 石子類型的影響

聚合物透水混凝土可采用碎石或卵石，集料要求潔凈、堅硬、無雜質、不宜含有較多針片狀顆粒，以確保其質量及較為合理的級配[7]。為了保證較好的透水性能，現階段通常采用單級配碎石施工，粒徑較為適宜，通常選擇花崗巖或大理石生產的碎石，這樣既能保證所要求的透水性，又能保證所要求的抗壓強度。聚合物透水體系中，當聚合物樹脂用量增加到一定程度后，多余的樹脂因孔隙有限受重力作用而集中在混凝土結構外部時，對強度貢獻不大，此時試件破壞多因碎石被壓碎，強度在很大程度上取決于碎石本身的特性。

2.3.1 碎石級配的影響

采用粒徑為 5～10mm、10～20mm 的單粒級和 5～20mm連續粒級的碎石，研究石子級配對聚合物透水混凝土 3d 抗壓強度的影響。其中聚合物摻量為 6%，配合比及試驗結果見表2。

表2 配合比及試驗結果

由表 2 可知，隨著碎石粒徑的增大，抗壓強度減小，連續粒級碎石的混凝土抗壓強度高于單級配碎石。可見，合理的碎石級配有利于提高混凝土的強度，碎石級配越合理，聚合物樹脂可接觸的內表面積越大，混凝土抗壓強度就越大。目前工程中常用的碎石粒徑為 3～5mm、4～8mm、5～10mm。

2.4 養護齡期的影響

采用石子粒徑 5～10mm，石子用量 1620kg/m3，聚氨酯樹脂摻量 6.0%，測定不同養護齡期的聚合物透水混凝土的抗壓抗折強度，試驗結果見表 3 與圖 2。

表3 試驗結果

圖2 齡期對抗壓抗折強度的影響規律

圖2 顯示了養護齡期對聚合物透水混凝土抗壓和抗折強度的影響。由圖可知：隨著齡期的增加，混凝土強度不斷增長，前期強度增長迅速，3d 抗壓強度達到了 28d 強度的 90%以上；后期強度增長則趨于緩慢，3d 至 28d 齡期抗壓強度僅增加了 0.5MPa。這是由于聚合物混凝土通過樹脂的氧化作用形成強度，而樹脂在空氣中氧化速度較快；另一方面，聚合物混凝土空隙率大，使空氣流動性增強，加快了固化反應速度，進而縮短了強度形成時間[8]，室溫下可將 1d 作為聚氨酯碎石透水路面的養護期。

3 施工工藝

3.1 施工準備

施工前應進行技術交底，落實施工中技術要點及注意事項。確保施工設備能夠正常運轉，保證骨料的清潔干燥，有粉塵或濕潤的骨料應進行除塵或干燥處理后才能使用，檢查聚合物膠粘劑存儲情況，確保沒有變質。

3.2 生產

因聚合物透水混凝土施工較為環保且精細，施工速度較為緩慢，因此一般采用現場拌制的方式生產。拌制時，采用立式磨盤攪拌機進行攪拌，將計量好的集料倒入攪拌機內攪拌，再加入聚合物樹脂進行攪拌，攪拌時間約 3min，判斷聚合物樹脂是否均勻的包裹集料，若包裹性較差或樹脂量過剩，可通過添加適量聚合物膠粘劑或集料進行調整。聚合物膠粘劑采用即配即用的方式，最佳膠粘劑摻量為6.0%～8.0%。

3.3 運輸

應根據施工進度來選配合理的運輸設備，現場施工時，一般使用方型板式斗車。推行過程中應平穩推進，避免不必要的顛簸，防止聚合物樹脂應外力作用而過度析出。如圖 3所示。

圖3 聚氨酯透水混凝土生產與運輸

3.4 攤鋪、收邊、抹光

運至鋪設區域后，先由人工用刮尺刮至初始平順。攤鋪厚度應考慮其松鋪系數，松鋪系數宜選取 1.1，透水路面施工過程中應注重補料環節，缺料處需安排專人進行補料抹平。攤鋪完約 10min 后，用表面抹光機進行壓實與收面。而對于表面抹光機無法抹平的區域（路沿石銜接處），可由人工抹平收面，人工收面時應以壓實為主[9-10]。因聚氨酯膠粘劑固化速度與溫度成正比，正常施工溫度下（25～40℃），聚合物透水混凝土可施工時間不宜超過 25min。圖 4 為現場施工圖。

圖4 聚氨酯透水混凝土攤鋪工藝

3.5 養護與維護

施工合格后，即開始養護，通常自然養護 24h 即可。養護期間應避免重物直接作用于施工部位以防止強度受損；同時應保持孔隙內清潔，不被泥土、油污等污染。日常使用中，為延長道路使用壽命，要做到預防與治理相結合，安排專門養護人員定期清理污染物。定期使用高壓水槍沖洗或采用壓縮空氣沖刷孔隙。當透水路面出現裂縫或碎石脫落等現象時，必須及時修補。

3.6 質量控制關鍵

（1）由于水影響聚合物膠粘劑硬化后的強度，應嚴格控制可能引入水的環節。如：應嚴格把控細集料，使其在使用前充分干燥；禁止在雨天和基層表面潮濕未完全干燥時進行透水路面施工。

（2）由于聚合物固化時間有限，聚合物透水混凝土施工應根據施工速率合理控制生產速度，做到隨用隨配，對于超過使用時間的應禁止使用。

（3）聚合物透水混凝土施工要求美觀、規整，為了避免表面不平整，在抹光平整過程中應及時補料。

（4）施工應做到連續作業，避免產生較多的施工冷接縫；當不可避免時，應做到規則，保證整體的美觀、劃一。

（5）聚合物透水混凝土一般常溫下養護，養護時間一般為 24h，養護期間要采取保護措施，防止重物、泥土、油污、水分等因素對其質量造成不利影響。

4 結語

聚合物透水路面作為新型的特色功能路面鋪裝技術，美觀、防滑、環保、快捷是其最主要的優點，同時它為解決城市內澇問題和建設海綿城市提供了一個有效可行的方案，隨著環保、節能理念的不斷推進其未來具有良好的發展空間，該工藝將在城市道路建設領域創造良好的經濟效益和社會效益。

[1] 董祥，何培玲，李磊．道路透水路面及其鋪面材料研究[J].四川建筑科學研究，2010(2):219-222.

[2] 邵洪濤，汪國平．聚氨酯碎石透水路面的結構設計與配方調節[J]．化工新型材料，2015(6)：247-250.

[3] 邵洪濤，汪國平，李學東．高透水聚氨酯無溶劑地坪的設計與開發[J]．涂料工業，2014(5)：43-47.

[4] 張勇林. 聚合物透水混凝土抗壓強度和透水性能研究[J]. 福建建材，2016(7)：7-9.

[5] 李汝凱，王火明，周剛．聚氨酯碎石透水路面膠水用量試驗研究[J]．公路工程，2015(4)：105-108.

[6] 王火明，李汝凱，王秀，等．多孔隙聚氨酯碎石混合料強度及路用性能[J]．中國公路學報，2014(10)：43-47.

[7] 薛飛，趙維林，崔艷玲. 聚氨酯碎石混合料強度特性研究[J]．河南建材，2015(4)：43-45，48.

[8] 李汝凱，王火明，周剛．多孔隙聚氨酯碎石混合料強度及影響因素試驗研究[J]．中外公路，2015(2)：244-247.

[9] 許周聰，王火明，李汝凱，等．聚氨酯碎石混合料透水路面施工工藝與質量控制[J]．公路交通技術，2015(6)：5-8，17.

[10] 蘆瑾韜．聚氨酯碎石混合料透水路面施工工藝與質量控制[J]．南北橋，2009(12)：7.

The application key technology of polymers pervious concrete

Lian Yaming1,2, Xu Renchong1,2, Wang wei1,2, Shi Ying1,2, Chen Yujia1,2
(1.Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., Fujian Xiamen 361004; 2.Xiamen Tianrunjinlong building materials Co., Ltd., Fujian XiaMen 361027)

This paper summarizes the key technology of Polymers Pervious Concrete's production,construction and application and analyzes the influence factors of permeable coefficient on the strength and discusses. And it introduces construction technology and quality control methods to accumulate experiences for Polymers Pervious Concrete of polyurethane macadam pavement in the future．

polymers pervious concrete; performance impact; construction technology; the application key technology

連亞明，男，助理工程師。

廈門海滄區科技計劃資助項目（350205Z20161020）

［通訊地址］福建省廈門市海滄區東孚鎮鳳美四路 39 號（361004）