C 30彩色透水混凝土的研究與應用

朱金才，徐加余，莊大勝，盛崇清，耿長圣

（1. 淮安市市政設施養護處，江蘇 淮安 223001；2. 江蘇淮安美贊建材科技有限公司，江蘇 淮安223001；3. 江蘇峻鄴建設有限公司，江蘇 淮安 223001）

0 前言

隨著國家海綿城市建設的大力推進，各地均出現了海綿城市建設申報的熱潮。2016 年 4 月 27 日國家三部（財政部、住房城鄉建設部、水利部）公示了中央財政支持的海綿城市建設試點名單后，將海綿城市建設的基礎材料——透水混凝土推進了新的研究進程。早在上世紀九十年代歐美、日本等國開始研究開發了透水性路面材料，并在廣場、步行街、道路、停車場、公園內側道路等中應用[1-4]。國外眾多的數據表明，這種材料有利于天然雨還原地下水，同時能夠通過空隙間的熱量傳導來降低路面的溫度，及空隙的減音作用降低汽車產生的噪音，利于環境的保護。近年來在我國眾多大學及機構對透水混凝土進行實質性研究，但應用面不是太廣。隨著國家的政策出臺，透水混凝土為基礎的各種道路材料將會得到全面的發展[4-6]。

本文通過對透水混凝土的材料選用、配合比設計、強度保證、施工注意事項、顏料的使用等方面進行研究，并在淮安市輕軌交通公司休閑公園的道路進行了工程試用，取得了良好的社會效益和經濟效益。

1 原材料選擇

（1）水泥：由于透水混凝土是基于碎石間粘結力的增強來達到強度要求的，所以宜選用 P·O42.5 級水泥，具體指標如表 1 所示。

（2）礦粉：淮安淮龍 S95，7d 活性指數 83%，28d活性指數 102%，比表面積 420m2/kg，燒失量 1.8%。

（3）骨料：考慮到工程的特種性，選用兩種骨料進行實驗。即 5～16mm 的碎石和 2.4～4.75mm 的米砂，具體指標如表 2 所示。

（4）外加劑：蘇博特 SBT-PCA，減水率 20%，固含量 25%。

（5）增強劑：蘇博特高效透水混凝土專用增強劑SBT-PRC(1)。

（6）顏料：上海一品道路專用顏料 S-190。

2 配合比設計及試驗

此次彩色透水混凝土依據 CJJT 135—2009《透水水泥混凝土路面技術規程》進行配合比設計及試驗。抗壓強度依據 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學試驗方法》的有關規定測試，透水系數采用“固定水量法”進行測試，測試裝置如圖 1 所示。

2.1 確定骨料用量

透水混凝土的主要指標是透水系數。透水系數主要與混凝土的孔隙率相關，混凝土孔隙率越大，其透水系數越高。而骨料的孔隙率是混凝土孔隙率的主要決定因素，先確定骨料的堆積密度和表觀密度，才能求得骨料的孔隙率。骨料的用量可以參考其堆積密度的數值，考慮到實際生產使用中的因素，可以按照規程 CJJT 135—2009《透水水泥混凝土路面技術規程》的規定乘以系數0.98。

表 1 水泥的具體技術指標

表 2 骨料的具體技術指標

圖 1 透水系數測試裝置

通過試驗，本次骨料的堆積密度為 1450kg/m3，因此米砂用量為：1450kg/m3×0.98=1421kg/m3。

5～16mm 碎石的堆積密度為 1500kg/m3，因此碎石用量為：1500kg/m3×0.98=1470kg/m3。

2.2 確定水灰比

水灰比是影響透水混凝土粘結強度和透水系數的主要指標。顆粒級配不同的骨料，其合理的水灰比范圍亦不相同，水灰比過小，包裹在骨料表面的水泥漿過稠，均勻性較差，不利于骨料間的粘結，抗壓強度難以保證；水灰比過大，包裹在骨料表面的水泥漿過稀，易導致漿體下沉堵住孔隙影響混凝土的透水系數，且會減小骨料間的粘結強度，透水混凝土的抗壓強度下降同時體積穩定性變差。根據道路的實際情況和既往經驗，按照CJJT 135—2009 規程的要求，水灰比宜取 0.26。

2.3 混凝土用水量及外加劑摻量

為了達到有效的粘結強度和抗壓強度，宜將混凝土用水量控制在 90～100kg/m3左右，按照經驗值外加劑SBT-PCA 的摻量確定為 1.1%。

2.4 增強劑摻量

增強劑可以并增加骨料之間的粘結力，降低漿體下沉堵住孔隙的幾率，提升混凝土的透水系數，并具有早強保水作用，還可延長施工時間。廠家建議采用外摻法，摻量為 10kg/m3。

2.5 顏料的摻量

通過對混凝土著色效果的試驗，確定顏料采用外摻法，摻量為 15kg/m3。

2.6 配合比試驗

依據 CJJT 135—2009 規程的要求，在試配時水灰比上下浮動 0.05，并相應的調整膠凝材料及外加劑的用量，進行配合比試驗，水灰比分別選擇 0.21、0.26 和0.31，具體配合比如表 3 所示。

3 試驗結果及分析

表 3 試配用混凝土配合比 kg/m3

3.1 透水混凝土的工作性能測試

按照表 3 給定的配合比進行混凝土試配，進行坍落度及初凝時間測試，結果如表 4 所示。

表 4 透水混凝土的工作性能測試

通過試配發現，水泥用量較高的透水混凝土凝結時間較短，且漿體較多，坍落度明顯偏大，孔隙易堵塞，導致混凝土透水系數降低；不用減水劑的和增強劑的混凝土坍落度太小，不利于混凝土的施工和成型。表 4 中的數據對比可以看出試驗序號為 S3 和 S4 的混凝土工作性能較為理想。

3.2 試塊外觀及透水系數的測試

對硬化后的混凝土試塊進行表觀檢查，并測試混凝土的孔隙率以及透水系數，測試結果如表 5 所示。

表 5 混凝土試塊的外觀及透水系數測試

從試驗結果來看，混凝土透水系數與試塊的外觀相關性較好，與孔隙率的相關性較差，孔隙率較大的混凝土，往往由于局部的水泥漿富集，透水系數反而較低。因此，在制備透水混凝土時，拌合物的勻質性是至關重要的指標。從試驗結果還可以看出，水泥用量較高的，其底部由于漿體的下沉，使得混凝土的透水系數降低；水泥用量少的，不能將骨料完全包裹，使得骨料間的粘結力不夠，多有剝落現象。

3.3 混凝土的力學性能測試

對硬化后的混凝土試塊進行抗壓強度測試，測試結果如表 6 所示。

表 6 混凝土試塊抗壓強度測試

工程要求強度等級為 C30，按照表 6 來看，試驗號 為 S3 和 S4 配合比試驗結果滿足工程要求。結合以上工作性能及透水性能的試驗結果，最終確定工程使用配合比為 S3 和 S4。

4 實際工程應用情況及相關問題的解決

4.1 運輸

該工程運輸距離較遠；且不具備現場攪拌條件。所以綜合考慮采用攪拌車運輸，攪拌車進料口較小，進料較為困難，但因其封閉性較好，不易被暴曬而導致混凝土失水過快，較長時間內地保證混凝土的工作性能；針對進料問題，采用在進料口加裝小型振動器輔助進料，取得了良好效果，解決了透水混凝土集中生產運輸的難題；為集中攪拌透水混凝土提供了初步解決方案。

4.2 施工及養護

（1）施工初期，對基層進行了澆水濕潤處理，施工過程中采用了人工攤鋪壓實，由于工人操作熟練程度不同，施工時間存在明顯差異，超過 2 小時后，混凝土不易施工，表面抹壓較為困難，硬化后部分骨料間沒有粘結強度且易松動，達不到預期效果。為改進施工，將人員分成兩組，一組在前面壓實，另一組隨后抹平，大大減少了施工時間，確保了透水混凝土的施工質量。

（2）養護：施工抹面后立即覆蓋薄膜養護，當時效果良好，但第二天發現混凝土表面由于水蒸氣的作用，色彩分布變得不均勻，為了解決色差問題，采用了初凝后用表面養護劑封閉，收到了良好的效果。

（3）工程檢測及驗收：工程結束后對混凝土路面進行了透水性驗收，驗收結果表明透水系數良好。對所留置的試塊和現場鉆芯試塊進行了試壓，均達到了設計要求，工程竣工使用四年，反映效果及使用功能良好。

圖 2 為彩色透水混凝土路面的應用效果圖。

圖 2 淮安市輕軌交通公司休閑公園彩色透水混凝土路面

5 結論

（1）透水混凝土的強度關鍵取決于骨料間的粘結強度，摻加增強劑和減水劑能明顯提高混凝土的強度。

（2）混凝土透水系數與試塊的外觀相關性較好，與孔隙率的相關性較差，孔隙率較大的混凝土，往往由于局部的水泥漿富集，透水系數反而較低。因此，在制備透水混凝土時，拌合物的勻質性是至關重要的指標。

（3）通過一定的技術手段可以實現透水混凝土的集中生產，并使用攪拌車運輸到施工現場，對施工現場的環境保護提供了可靠保證。

（4）通過配合比優化和施工的改進，透水混凝土能很好地運用在一些大型承重道路中。