當(dāng)?shù)爻Ｓ貌牧显囍仆杆炷良肮こ虘?yīng)用

江新理，季龍泉，楊青，王成堯

（山東大元實(shí)業(yè)股份有限公司，山東 濰坊 361000）

隨著城市化建設(shè)的推進(jìn)，城市道路、廣場(chǎng)硬化鋪裝不斷增加，傳統(tǒng)的硬化鋪裝地面滿足了使用功能、耐久性和美觀要求，但也導(dǎo)致了雨水地表徑流加大和積水。借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，用透水材料鋪裝，可使雨水滲入地下，有效補(bǔ)充地下水，維護(hù)生態(tài)平衡。近幾年來(lái)，透水混凝土的研究和應(yīng)用，在我國(guó)發(fā)展很快，我公司作為各種混凝土研發(fā)推廣應(yīng)用的高新技術(shù)企業(yè)，自 2010 年初起，成立課題組，依托公司省級(jí)工程中心，研究試配預(yù)拌透水混凝土。從原材料選用、配合比設(shè)計(jì)研究、試配試驗(yàn)、性能檢測(cè)、混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)绞┕ぃ髁艘恍┙?jīng)驗(yàn)。在試驗(yàn)和應(yīng)用過(guò)程中，不斷學(xué)習(xí)借鑒他人的研究成果，使我們少走了很多彎路。通過(guò)本文，以求與同行進(jìn)一步探討。

1 透水混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.1 試配強(qiáng)度等級(jí)和孔隙率確定

透水混凝土關(guān)鍵要滿足強(qiáng)度和透水系數(shù)要求，并且和易性好，易于攪拌、運(yùn)輸和攤鋪等。

1.1.1 試配強(qiáng)度等級(jí)確定

鑒于當(dāng)時(shí)透水混凝土地面主要用于非機(jī)動(dòng)車道、人行道、廣場(chǎng)、公園景觀道路等，不需要高強(qiáng)度等級(jí)，試配強(qiáng)度等級(jí)確定為 C15、C20。

1.1.2 孔隙率確定

透水混凝土滿足透水要求，透水系數(shù)≥0.5mm/s，同時(shí)要達(dá)到強(qiáng)度要求，借鑒經(jīng)驗(yàn)，連續(xù)孔隙率一般為10%～20%，確定設(shè)計(jì)孔隙率 Rvoid為 15%。

1.2 原材料選用

選用能滿足要求的當(dāng)?shù)爻Ｓ貌牧稀?/p>

（1）水泥：選用當(dāng)?shù)?P·O 42.5 水泥，性能指標(biāo)見(jiàn)表 1。

（2）粗骨料：粗骨料粒徑是影響透水混凝土性能的關(guān)鍵因素之一，同樣孔隙率，粒徑不同透水系數(shù)相差很大，粒徑小了，連通孔小，粒徑大了，和易性差。選用粒徑 5～10mm 和 10～16mm 粗骨料試拌比較，粒徑5～10mm 的粗骨料拌合物和易性相對(duì)好，確定用粒徑5～10mm 的粗骨料試配。

對(duì)當(dāng)?shù)厥規(guī)r和玄武巖材質(zhì)粗骨料對(duì)比，5～10mm的石灰?guī)r粗骨料石粉含量相對(duì)多，強(qiáng)度相對(duì)低，確定用玄武巖質(zhì)粗骨料，性能指標(biāo)見(jiàn)表 2。

表 1 水泥性能指標(biāo)

表 2 玄武巖粗骨料性能指標(biāo)

（3）增強(qiáng)料需要外部采購(gòu)，研究之初，為低強(qiáng)度等級(jí)，確定暫不摻用增強(qiáng)料，通過(guò)摻自研制外加劑改善混凝土性能。

（4）外加劑預(yù)拌透水混凝土除滿足透水混凝土性能外，更要滿足足夠的運(yùn)輸時(shí)間要求，坍落度保持 2h不損失。課題組專門研制了滿足要求的減水、增強(qiáng)、緩凝等高效復(fù)合性能的外加劑，摻量 1.0%～1.5%。

（5）水：飲用水。

（6）顏料：如工程需要彩色透水混凝土，摻加的顏料需經(jīng)試驗(yàn)，選用與水泥及外加劑適應(yīng)性良好、著色牢固的顏料。

1.3 透水混凝土配合比設(shè)計(jì)

計(jì)算理論配合比及試拌（根據(jù) CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》方法計(jì)算）

（1）配制強(qiáng)度按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》計(jì)算。

C15 配制強(qiáng)度：

C20 配制強(qiáng)度：

б 選取 4.0MPa。

（2）粗骨料用量

ɑ 選取 0.98。

（3）膠結(jié)料漿體體積

（4）水膠比確定。選定水膠比 RW/C= 0.25～0.35，間隔 0.02。

根據(jù) WC= [VP/(RW/C+1)]·ρC和 WW= WC·RW/C，分別計(jì)算材料用量，見(jiàn)表 3。

表 3 理論配合比

2 透水混凝土配合比優(yōu)化調(diào)整試配及性能檢測(cè)

根據(jù)以上理論配合比，試拌觀察，漿體太多，多余漿體集聚在骨料下面，不利于孔隙的形成。

2.1 配合比優(yōu)化調(diào)整

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，課題組確定摻用自制高效復(fù)合性能外加劑，降低水泥用量，取水膠比 0.30～0.35，間隔 0.01，用水量取 100kg/m3、105kg/m3、110kg/m3，外加劑摻量1.0%、1.2%、1.5%，調(diào)整優(yōu)化配合比，見(jiàn)表 4。

2.2 試配及性能檢測(cè)

按照優(yōu)化調(diào)整后配合比，分別多次試配，檢測(cè)拌合物和易性，留制立方體抗壓試件和透水系數(shù)檢測(cè)試件，并檢測(cè)，見(jiàn)表 4。

作出不同用水量水膠比和強(qiáng)度相關(guān)圖，見(jiàn)圖 1。

圖 1 不同用水量水膠比和強(qiáng)度相關(guān)圖

表 4 優(yōu)化調(diào)整配合比及性能（外加劑摻量 1.2%）

2.3 結(jié)果分析

（1）在一定范圍內(nèi)，水膠比相同時(shí)，用水量加大，漿體料多，抗壓強(qiáng)度高，這方面與普通混凝土有很大不同。

（2）在一定范圍內(nèi)，強(qiáng)度相同時(shí)，可加大用水量，坍落度相對(duì)提高，可以滿足不同施工條件要求的混凝土。

（3）水膠比對(duì)強(qiáng)度影響敏感，不宜按照基準(zhǔn)水膠比增減 0.05 進(jìn)行試配，波動(dòng)太大不宜優(yōu)化配合比，水膠比宜間隔 0.01 進(jìn)行試配；水膠比 0.30～0.33 為宜，當(dāng)水膠比大于 0.34 時(shí)，混凝土強(qiáng)度下降較快（圖中線型斜率變大），見(jiàn)圖 1。

（4）用水量 110kg/m3時(shí)，拌合物和易性良好，編號(hào) 1、編號(hào) 2 配合比強(qiáng)度可滿足 C20，編號(hào) 3、編號(hào) 4配合比強(qiáng)度可滿足 C15，編號(hào) 5、編號(hào) 6 配合比強(qiáng)度可滿足 C10；用水量 105kg/m3時(shí)，拌合物和易性良好，編號(hào) 1 配合比強(qiáng)度可滿足 C20，編號(hào) 2、編號(hào) 3、編號(hào)4 配合比強(qiáng)度可滿足 C15，編號(hào) 6 配合比強(qiáng)度可滿足C10；用水量 100kg/m3時(shí)，拌合物和易性良好，編號(hào)1、編號(hào) 2、編號(hào) 3 配合比強(qiáng)度可滿足 C15，編號(hào) 4、編號(hào) 5 配合比強(qiáng)度可滿足 C10，以上配合比試件透水性均滿足要求。

根據(jù)試件成型經(jīng)驗(yàn)，通常混凝土試件采用振動(dòng)成型，透水混凝土試件振動(dòng)成型的同時(shí)需人工用泥板拍實(shí)、壓平，振動(dòng)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，通過(guò)觀察確定，如振動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，漿體下沉富集，不利于形成連續(xù)孔隙。

3 預(yù)拌透水混凝土生產(chǎn)及運(yùn)輸

3.1 預(yù)拌透水混凝土生產(chǎn)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，透水混凝土與通常混凝土在生產(chǎn)方面有很大不同，每盤生產(chǎn)方量少，工藝復(fù)雜，攪拌時(shí)間延長(zhǎng)。如用 180 雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)，每盤能生產(chǎn) 3m3通常混凝土，但透水混凝土，每盤生產(chǎn)方量?jī)H為通常混凝土的 50%～60%，否則易悶機(jī)；通常混凝土生產(chǎn)先加砂石攪拌，再加膠凝材料攪拌，最后加水和外加劑，攪拌30s 就可放料裝入運(yùn)輸罐車中，透水混凝土生產(chǎn)，需將石子和 50% 的用水量加入攪拌機(jī)拌合 30s，再加水泥、外加劑拌合 40s，最后加入剩余用水量拌合 50s 放料裝罐。

3.2 預(yù)拌透水混凝土運(yùn)輸

每罐車最大預(yù)拌透水混凝土運(yùn)輸量比通常混凝土方量少，大約僅為通常混凝土方量的 50%～60%，如按通常混凝土量裝罐車，罐車將無(wú)法正常轉(zhuǎn)動(dòng)，放料困難；同時(shí)漿體更易粘罐，需及時(shí)清理。

4 預(yù)拌透水混凝土施工

除做好通常混凝土澆筑前準(zhǔn)備外，澆筑透水混凝土另需做好以下工作：

（1）在透水混凝土地面施工前，應(yīng)對(duì)基層作清潔處理，基層表面應(yīng)粗糙、清潔、無(wú)積水，并應(yīng)保持一定的濕潤(rùn)狀態(tài)。

（2）拌合物攤鋪應(yīng)均勻，攤鋪厚度應(yīng)考慮松鋪系數(shù)，松鋪系數(shù)根據(jù)拌合物的坍落度和路面橫坡大小確定，一般在 1.05～1.15。

（3）宜采用低頻碾壓輥，或采用低頻平板振動(dòng)器和專用滾壓工具滾壓，壓實(shí)時(shí)應(yīng)輔以人工補(bǔ)料及找平，人工找平時(shí)施工人員應(yīng)穿減壓鞋進(jìn)行操作。

（4）收面在面層壓實(shí)后進(jìn)行，宜使用抹平機(jī)對(duì)面層進(jìn)行收面，必要時(shí)配合人工拍實(shí)、整平。

（5）由于透水混凝土中存在大量的孔隙，易失水，所以養(yǎng)護(hù)（尤其是早期的養(yǎng)護(hù)）非常重要。抹面后應(yīng)及時(shí)覆蓋保水，24h 后開(kāi)始灑水養(yǎng)護(hù)，保持濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于 14d。

5 工程應(yīng)用

5.1 廣場(chǎng)透水地面工程案例

5.1.1 工程概況

濰坊魯臺(tái)會(huì)展中心是齊魯臺(tái)灣城的重要組成部分之一，總建筑面積 12 萬(wàn)平方米，配套露天廣場(chǎng)設(shè)計(jì)為透水混凝土地面，約 1000m2，該工程施工時(shí)處于 2012 年夏季，工期緊、質(zhì)量要求高。

5.1.2 設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)

基層：350mm 厚級(jí)配碎石、30mm 厚的砂濾層。

結(jié)構(gòu)及面層：150mm 厚碎石最大粒徑 10mm 的原色透水混凝土。

混凝土要求：彎拉強(qiáng)度≥2.5MPa，抗壓強(qiáng)度≥20.0MPa，孔隙率≥10%，透水系數(shù)≥0.5mm/s。

5.1.3 工程應(yīng)用效果

大元公司為工程提供了透水混凝土試驗(yàn)成果，選用了編號(hào) 4 配合比，用工程實(shí)際用材料在試驗(yàn)室進(jìn)行復(fù)試，用石灰?guī)r質(zhì)粗骨料，控制石粉含量，經(jīng)試驗(yàn)復(fù)試和現(xiàn)場(chǎng)留制同條件試件，和易性、強(qiáng)度和透水系數(shù)均滿足要求。廣場(chǎng)透水混凝土地面顏色均勻美觀，達(dá)到預(yù)期效果，得到廣泛認(rèn)可和好評(píng)。

5.2 道路透水地面工程案例

5.2.1 工程概況

2014 年，濰坊某城市主干道兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道，設(shè)計(jì)要求鋪裝紅色透水混凝土路面，道路兩側(cè)設(shè)有專門收集雨水的集水坑。

5.2.2 設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)

基層：300mm 厚級(jí)配碎石。

結(jié)構(gòu)：100mm 厚碎石最大粒徑為 10mm 的原色透水混凝土。

面層：50mm 厚碎石最大粒徑為 10mm 的紅色透水混凝土。

混凝土要求：彎拉強(qiáng)度≥2.5MPa，抗壓強(qiáng)度≥20.0MPa，孔隙率≥10%，透水系數(shù)≥0.5mm/s。

5.2.3 工程應(yīng)用效果

結(jié)構(gòu)層采用了同上工程的配合比，面層摻紅色顏料，選用多種品牌顏料對(duì)比，選擇了與水泥和外加劑適應(yīng)性好的顏料，面層配合比用水量不變，外加劑摻量1.5%。

道路顏色均勻美觀，紅色的路面與周圍綠色的景觀相互映襯達(dá)到了功能和美化的雙重效果，現(xiàn)已在濰坊市區(qū)內(nèi)道路建設(shè)中廣泛應(yīng)用。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）設(shè)計(jì)理論透水混凝土配合比，水泥用量偏大，漿料富集，不易形成連續(xù)孔隙。

（2）可用當(dāng)?shù)爻Ｓ貌牧希粨郊釉鰪?qiáng)料，摻1.0%～1.5% 高效復(fù)合性能外加劑，配制強(qiáng)度等級(jí) C20預(yù)拌透水混凝土。

（3）水膠比對(duì)透水混凝土影響敏感，如用比基準(zhǔn)水膠比增減 0.05，不易找到優(yōu)化配合比，宜比基準(zhǔn)水膠比增減 0.01 試配；水膠比大于 0.34 時(shí)，對(duì)強(qiáng)度影響更加敏感。

（4）生產(chǎn)與運(yùn)輸比通常混凝土每盤和每罐量都少，是通常混凝土方量的 50%～60%；生產(chǎn)工藝、攪拌時(shí)間和成型工藝也不相同，應(yīng)特別注意。

（5）以上是采用當(dāng)?shù)爻Ｓ貌牧吓渲茝?qiáng)度等級(jí) C20及以下預(yù)拌透水混凝土，課題組正在通過(guò)摻加增強(qiáng)料或活性礦物摻合料等方法，提高透水混凝土強(qiáng)度等級(jí)，使透水混凝土應(yīng)用更加廣泛。

（6）目前清理透水混凝土地面是用高壓水沖洗，高壓水沖洗對(duì)透水混凝土的耐久性及強(qiáng)度的影響，還需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。