探討海綿城市改造中透水混凝土施工質(zhì)量控制對(duì)策

楊世海

福州鐵建建筑有限公司

1 透水混凝土概述

透水混凝土的主要組成部分為水泥和水摻配相同粒徑或者間斷級(jí)配骨料，同時(shí)其具有一定的孔隙率，屬于混合材料的一種。透水混凝土中并不具有細(xì)骨料，是通過(guò)粗骨料表層覆蓋的一層較薄的水泥漿，在黏結(jié)作用下產(chǎn)生的孔穴均勻分布的一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)，正是因?yàn)檫@一結(jié)構(gòu)，使透水混凝土具有透水、透氣以及重量輕的優(yōu)勢(shì)[1]。但是因?yàn)橥杆炷潦且环N新型生態(tài)材料，目前應(yīng)用并不廣泛，在我國(guó)大多數(shù)區(qū)域的使用仍處于初步發(fā)展階段，并不具備完善的施工工藝及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，因此將其應(yīng)用于工程中仍存在諸多問(wèn)題。為了能夠保證海綿城市的建設(shè)效果，提高工程施工質(zhì)量，延伸其適用范圍，采取透水混凝土施工質(zhì)量控制措施具有重要的作用。

2 工程概況

鶴林片區(qū)海綿化改造工程第1標(biāo)段項(xiàng)目，原合同施工范圍包含21個(gè)老舊小區(qū)海綿化改造。其中代表性小區(qū)世紀(jì)城海綿改造項(xiàng)目屬于福州市海綿城市建設(shè)源頭改造項(xiàng)目之一，用地面積約2.575公頃，年徑流控制率70%。世紀(jì)城項(xiàng)目位于福州市晉安區(qū)長(zhǎng)樂(lè)北路68號(hào)，本次改造項(xiàng)目為世紀(jì)城一期共8棟，北側(cè)為世紀(jì)城二期共2棟（未施工），南側(cè)為立州大廈，西側(cè)為康山社區(qū)居家養(yǎng)老服務(wù)中心。總面積：25752m2，建筑類(lèi)型：小高層，建筑面積：6562m2，綠地率29%，

其中海綿改造部分施工內(nèi)容包含透水鋪裝、透水混凝土路面、植草磚、透水塑膠等。

3 透水混凝土配合比設(shè)計(jì)

對(duì)透水混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)需要在確保強(qiáng)度和孔隙率的基礎(chǔ)上進(jìn)行，需要使用體積填充法進(jìn)行試配，主要將1m3透水混凝土所占體積作為已知參數(shù)，明確目標(biāo)孔隙率，對(duì)膠結(jié)料漿體材料占據(jù)體積進(jìn)行就散，結(jié)合水灰比得到水泥及用水量。

3.1 水灰比

水灰比是十分重要的參數(shù)，對(duì)透水混凝土的強(qiáng)度和性能有巨大影響，如果水灰比較小，水泥漿較為干稠，表明混凝土拌和物和易性不佳，無(wú)法均勻攪拌，致使水泥漿不能對(duì)骨料表面進(jìn)行完全包裹，混凝土強(qiáng)度不佳；相反，如果水灰比較大，水泥漿稀液較易滲入骨料空隙，導(dǎo)致透水空隙堵塞，不僅對(duì)透水性能造成影響，同時(shí)導(dǎo)致其強(qiáng)度不佳。相關(guān)規(guī)定顯示，需要通過(guò)試驗(yàn)明確水灰比，合理控制選擇范圍，在0.25～0.35 之間。需要通過(guò)透水混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度及孔隙率，優(yōu)化相關(guān)試驗(yàn)，得到同一孔隙率的不同強(qiáng)度，再通過(guò)作圖法等方法得到符合孔隙率及強(qiáng)度要求的水灰比。

3.2 骨料級(jí)配

骨料級(jí)配對(duì)透水混凝土的強(qiáng)度及透水性能有巨大的影響。主要原因在于骨料粒徑同表面積呈反相關(guān)關(guān)系，同膠結(jié)面積呈反相關(guān)關(guān)系，構(gòu)成骨架后其單位體積內(nèi)各個(gè)骨料顆粒的接觸點(diǎn)數(shù)量越多，骨料受力越均勻，混凝土強(qiáng)度越高，但是透水性能會(huì)下降。相反如果骨料粒徑較大，骨料顆粒間接觸點(diǎn)數(shù)量越少，空隙越多，導(dǎo)致透水性能提高，但是強(qiáng)度下降明顯。

因此骨料粒徑構(gòu)成的混凝土無(wú)法兼具強(qiáng)度和透水性能。骨料級(jí)配如果無(wú)法滿足相關(guān)要求，則需要使用間斷級(jí)配，根據(jù)級(jí)配原則組成三種瀝青混合料，通過(guò)粒徑較大并且單一的骨料構(gòu)成混凝土，將其作為骨架-孔隙結(jié)構(gòu)，具有較高的孔隙率，耐久度不佳。通過(guò)較多數(shù)量粗骨料同合適細(xì)骨料構(gòu)成的混凝土，可將其作為骨架-密實(shí)結(jié)構(gòu)。雖然孔隙率較低，但是具有較高的強(qiáng)度和耐久度。

將高等數(shù)學(xué)理論作為主要依據(jù)，對(duì)骨料間斷級(jí)配的原理以及正確應(yīng)用方法進(jìn)行詳細(xì)分析。如圖1所示。首先選擇三個(gè)圓球，設(shè)置其直徑為D，將其堆成緊密的狀態(tài)，直徑為d的小球當(dāng)期孔隙尺寸小于三球才能夠進(jìn)入空隙。通過(guò)計(jì)算可知大小球粒徑之比為6.46,這時(shí)直徑為d 的小球能夠放入三個(gè)大球之間的空隙，因此這也表明骨料孔隙最低，比表面積最少、接觸點(diǎn)數(shù)量較多。但是對(duì)混凝土進(jìn)行分析，骨料不是正圓形，其粒徑也相等，并且骨料顆粒間因?yàn)楸凰嗌皾{層包裹，導(dǎo)致粒徑增加明顯，因此可能會(huì)導(dǎo)致骨料顆粒兼具增加。通過(guò)上述分析，可以將大粒徑骨料直徑D 與小粒徑骨料直徑D 的比值設(shè)置為4.8 時(shí)配制。該方法不但可以確保骨料表面水泥砂漿薄膜層厚度的均勻性，避免發(fā)生流漿等問(wèn)題，同時(shí)能夠確保混凝土強(qiáng)度及透水性能符合設(shè)計(jì)要求。

圖1 粗骨料間斷級(jí)配原理

以上述原理為基礎(chǔ)，該項(xiàng)目使用同一配合比及不同骨料粒徑對(duì)透水混凝土進(jìn)行試配，分別采取強(qiáng)度試驗(yàn)、透水系數(shù)試驗(yàn)機(jī)孔隙率試驗(yàn)加以驗(yàn)證。最終明確該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的16mm～20mm 粒徑C25無(wú)砂大孔混凝土，使用16mm～20mm粒徑的粗骨料以及少量2.5m～5.0m粒徑的細(xì)骨料構(gòu)成雙粒級(jí)骨料，根據(jù)相應(yīng)的比例摻配使用。

通過(guò)上述試驗(yàn)可得出以下相關(guān)結(jié)論：通過(guò)雙粒級(jí)骨料拌制形成的透水混凝土不但具有非常高的強(qiáng)度，同時(shí)相較于單粒級(jí)骨料拌制形成的混凝土強(qiáng)度更高，透水性能更佳。主要原因在于雙粒級(jí)骨料拌制形成的透水混凝土比單粒級(jí)骨料孔隙率較小，所以骨料顆粒間的接觸點(diǎn)數(shù)量增加，骨料受力較為均勻，所以混凝土強(qiáng)度較高。同時(shí)雙料級(jí)互相填充的作用導(dǎo)致骨料的比表面積下降，減少水泥用量，如果水泥漿完成對(duì)骨料表面的包裹，混凝土內(nèi)部則會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的連通孔，透水性能較好。

4 透水混凝土材料控制措施

透水混凝土使用的原材料同普通混凝土具有一定的相似性，均為水泥、水、骨料及其他材料組成。結(jié)合上述材料的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)輸和存儲(chǔ)的過(guò)程中要做好覆蓋、防潮工作，這也是保證施工質(zhì)量的重要措施。

選擇材料的過(guò)程中，透水混凝土使用的集料需要具備質(zhì)地良好、結(jié)構(gòu)密實(shí)、整潔以及具備良好耐久度的碎石，需要注意不可使用卵石，為了進(jìn)一步提高透水混凝土的孔隙率，級(jí)配需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確。主要為（CII/T 135—2009）中間斷級(jí)配碎石的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其次需要合理控制水泥強(qiáng)度，使用水泥強(qiáng)度的等級(jí)≥42.5級(jí)，盡量選擇硅酸鹽水泥或者常規(guī)硅酸鹽水泥。最后，使用增強(qiáng)劑有助于提高混凝土的抗壓性能和抗折性能，同時(shí)有助于解決透水混凝土后期階段泛堿扥該情況。但是有一點(diǎn)需要加以注意，目前市場(chǎng)中的增強(qiáng)劑質(zhì)量性能參差不齊，所以需要通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證后才能夠投入使用。

5 透水混凝土施工質(zhì)量控制措施

同常規(guī)混凝土相比，透水混凝土在攪拌、普漲以及振搗等施工工藝中存在明顯的不同。下面本文以透水混凝土施工工藝為基礎(chǔ)，對(duì)透水混凝土施工質(zhì)量控制措施進(jìn)行闡述。

5.1 攪拌與運(yùn)輸控制措施

對(duì)透水混凝土進(jìn)行攪拌需要使用機(jī)械設(shè)備完成攪拌，目前使用較為廣泛的機(jī)械設(shè)備為強(qiáng)制性攪拌機(jī)。因?yàn)橥杆炷恋乃冶容^低，初凝時(shí)間非常短，從出廠到在工作面的運(yùn)輸時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，需要保持在30min之內(nèi)，以防其發(fā)生散子情況，對(duì)整體施工質(zhì)量造成不良影響。

同常規(guī)混凝土相比，透水混凝土的拌制也存在明顯的不同，其主要流程為：（1）使用將骨料同50%用水量混合，放入到攪拌機(jī)中進(jìn)行30s的拌和作業(yè)；（2）之后再攪拌機(jī)中放入水泥、外加劑及增強(qiáng)劑，進(jìn)行40s的拌和作業(yè)；（3）之后將剩余50%用水量放入攪拌機(jī)，進(jìn)行50s 的拌和作業(yè)，出料。該方法的主要目的為首先對(duì)骨料表面進(jìn)行潤(rùn)滑，以防水泥漿過(guò)稀或者過(guò)多，進(jìn)而對(duì)路面透水性能造成影響，除此之外保證透水混凝土強(qiáng)度合理。從攪拌機(jī)出料后，將透水混凝土運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，指導(dǎo)澆筑結(jié)束的允許最長(zhǎng)時(shí)間，應(yīng)該通過(guò)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合水泥的初凝時(shí)間及施工溫度明確。如果施工溫度在5℃～10℃之間，允許最長(zhǎng)時(shí)間為2h，施工溫度在10℃～20℃之間，允許最長(zhǎng)時(shí)間為1.5h，如果施工溫度在20℃～32℃之間，允許最長(zhǎng)時(shí)間為1h。并且在運(yùn)輸時(shí)需要避免拌和物出現(xiàn)離析顯效。如果溫度較高，需要采取有效地遮擋措施。

5.2 鋪筑控制措施

對(duì)混凝土進(jìn)行澆筑前，首先需要使用水對(duì)路基濕潤(rùn)，否則透水混凝土受到干燥路基的作用導(dǎo)致其水分下降，骨料黏結(jié)程度也會(huì)有所下降。透水混凝土拌和料攤鋪需要保證均勻，攤鋪厚度需要使用1.1松鋪系數(shù)，確保其能夠一次性完成攤鋪，同時(shí)確保其滿足規(guī)范要求，以防二次攤鋪，對(duì)整體施工質(zhì)量造成影響。在施工環(huán)節(jié)，還需要朱紅邊角等位置，如果存在缺料，需要做好補(bǔ)料和壓實(shí)處理。如果路面為雙層設(shè)計(jì)，上層混凝土需要在下層混凝土初凝的過(guò)程中鋪設(shè)，時(shí)間控制在1h之內(nèi)，確保其結(jié)合度良好。

5.3 振搗和壓實(shí)控制措施

多數(shù)情況下透水混凝土使用低頻平板振動(dòng)器振動(dòng)。不宜使用高頻振搗器，或者使用低頻振動(dòng)器在相同位置振動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致混凝土孔隙率下降，對(duì)透水性能造成不良影響。并且高頻振搗器會(huì)導(dǎo)致水泥漿液從粗骨料表層離析，進(jìn)入底部產(chǎn)生不透水面，導(dǎo)致混凝土透水性不佳。在結(jié)束振搗后，需要使用專門(mén)耳朵鋼制滾筒進(jìn)行壓實(shí)處理。局部機(jī)械設(shè)備難以壓實(shí)的位置進(jìn)行人工處理。完成壓實(shí)后，需要使用抹平設(shè)備進(jìn)行收面處理。

5.4 接縫控制措施

因?yàn)橥杆炷辆哂休^高的孔隙率，并且通常情況下路面較薄，因此需要合理控制路面切縫的深度，通常情況下深度為面層厚度的50%～30%，并且確保其超過(guò)30mm。

填縫過(guò)程中，劑量不要使用熱流性材料，主要原因?yàn)樵擃?lèi)材料受到高溫的影響會(huì)發(fā)生液化，進(jìn)而滲透到透水混凝土空隙中，導(dǎo)致空隙受阻嚴(yán)重。所以填縫材料需要使用橡樹(shù)塑膠材料等，具有一定的定型性。

5.5 養(yǎng)護(hù)控制措施

因?yàn)橥杆炷林芯哂袛?shù)量繁多的孔洞，在常規(guī)自然環(huán)境下極易導(dǎo)致水分流失，干燥較快，因此采取有效地養(yǎng)護(hù)措施十分重要。在養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中需要注重早期階段的保濕養(yǎng)護(hù)，以防澆筑結(jié)束混凝土中水分的蒸發(fā)。因?yàn)橥杆炷了冶刃。缙陔A段強(qiáng)度高，所以相較于常規(guī)混凝土拆模的時(shí)間更長(zhǎng)，所以側(cè)面和邊緣會(huì)暴露在空氣中，需要使用塑料薄膜或者彩條布對(duì)其進(jìn)行覆蓋，確保其濕度和水泥的水化。多數(shù)情況下需要在路面澆筑24h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，灑水的過(guò)程中，不應(yīng)使用壓力水槍沖擊混凝土表面，以防帶走水泥漿，導(dǎo)致表面強(qiáng)度下降。需要使用噴壺從上到下進(jìn)行灑水保濕。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將透水混凝土應(yīng)用于海綿城市的建設(shè)中具有十分重要的作用，有助于保持生態(tài)平衡，解決城市化建設(shè)帶來(lái)的問(wèn)題，有效提高了城市化建設(shè)的協(xié)調(diào)性。本文主要從透水混凝土配合比設(shè)計(jì)、透水混凝土材料控制措施、施工質(zhì)量控制措施等方面分析透水混凝土質(zhì)量控制要點(diǎn)，有助于提高質(zhì)量控制水平，進(jìn)而提高工程的整體質(zhì)量。