透水混凝土施工工艺及性能研究
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作者:王承军
摘 要：针对对透水混凝土的配合比设计及施工工艺进行试验研究，设计配制出C15～C30透水混凝土配合比，对透水混凝土工作性能、力学性能、透水性能等指标进行试验测试，设计的施工配合比能够满足工程要求。对透水混凝土的施工工艺进行了研究，课题成果具有较高的推广应用价值。
关键词：透水混凝土;工作性能;力学性能;施工工艺
透水混凝土是一种针对现有城市路面缺陷，开发使用的一种优良道路铺装材料。透水混凝土能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市地下水位急剧下降等城市环境问题，并能有效消除地面上的油类化合物对环境的危害，同时具有保护地下水，维护生态平衡，缓解城市热岛效应等功能。其性能特点为具有多孔、透水性好、具有一定的强度并可承受适当的荷载。本次试验对透水混凝土的配合比设计及施工工艺进行了多方面试验研究，分析影响混凝土强度及渗透系数的因素。
1 原材料的选择
水泥选用PO42.5普通硅酸盐水泥，矿物掺合料选用S95级矿粉，粗骨料选用4.75～9.5mm碎石，外掺料选用透水混凝土增强剂和粉剂增强料。
2 混凝土配合比设计及优化
2.1 配合比设计
（1）确定水胶比范围。根据试验混凝土水胶比控制的025～0.35比较合适。我们选择0.25、0.275、0.30、0.325、035五个个水胶比。通过变动用水量、胶凝材料用量，得到不同的抗压强度、透水率、孔隙率寻找一个最佳水胶比。
（2）确定骨料用量。1m3透水混凝土的粗骨料用量宜取紧密堆积状态下的碎石质量，一般控制在（1500～1600kg/m3）。粗骨料用量过少，灰骨比过大，会造成部分粗骨料颗粒漂浮在水泥浆中，影响透水混凝土孔隙率和透水性能。
（3）确定胶凝材料用量。通过试验胶凝材料用量200～400kg/m3比较合适。本次选择5个水泥用量水平来控制。
（4）试拌成型。将碎石和胶凝材料装入拌合机，边加水边搅拌，搅拌时间应比普通商品混凝土延长，本次试验搅拌时间2～3min，以便水泥浆均匀包裹在骨料表面，当碎石表面出现湿浆膜时停止加水。
2.2 透水系数及孔隙率测定
（1）透水系数。采用定水位透水系数测定方法。透水系数按照以下经验公式计算，精确至1mm/s。
kT=QLAHt
式中：KT—透水系数，mm/s;
Q—时间t秒内渗出的水量（mm3）;
L—试件厚度（mm）;
A—试样上表面积（mm2）;
H—水位差（mm）;
t—为渗水时间（s）。
透水系数试验装置及试件透水情况示意图：
（2）孔隙率。对于硬化后透水混凝土的孔隙率假定连通孔隙体积占绝大多数。因此我们采用静水力学方法进行测定。将试件在水中浸泡24h后，在水中测试试件的质量m1;然后将试块烘干至恒重后重量，测其质量m2;根据公式计算计算混凝土孔隙率P：
P=1-（m2-m1）V·P水×100%
式中：P—孔隙率
V—试件的体积;
P水—水的密度;
m1—试件浸水饱和状态下在水中的重量（g）;
m2—试件从水中取出后擦干表面水，烘干至恒重后重量（g）。
3 透水混凝土试验结果分析
经过多次透水混凝土配合比试验调整，共制作混凝土抗压试块50多组，寻找混凝土拌和物各种性能好的配合比，确定了透水混凝土配合比各种材料用量，得出不同混凝土配合比试验数据。通过数据分析得出以下影响因素：
3.1 对抗压强度的影响
从试验结果看，透水混凝土的抗压强度比普通商品混凝土偏低，主要与水胶比、水泥用量、孔隙率有关：
（1）水胶比的变化对强度的影响。水胶比的变化对强度的影响很大，其最佳水胶比在一定范围内，强度随着水胶比减少而增大。但当水灰比太小时，透水混凝土因干燥拌料不宜均匀，水泥浆不能均匀地包裹在粗骨料表面，达不到适当密度，反而不利于强度的提高。如果水灰比过大，水泥浆又会从骨料上滑下，也不利于强度的提高。
（2）矿粉对强度的影响。加入矿粉可使水化产物相应增长，提高胶结料的数量和胶结强度。从试验结果看，对于同一种骨料粒径来说，加入适量矿粉可以提高透水混凝土的强度。
（3）孔隙率对强度的关系。强度一般随孔隙率的增加而降低，掺入少量砂可使砼强度得到提高，但孔隙率减小、透性率变差。
3.2 孔隙率
透水混凝土表观体积由粗骨料堆积而成，对于同一粒级碎石，由碎石的紧密堆积密度确定，孔隙率受骨料表面水泥浆体体积影响。水胶比越小，浆体体积越大，透水混凝土的孔隙率就越小。随着水泥用量增加，孔隙率降低，强度提高。
3.3 透水系数
透水系数随着孔隙率的增大而增大，其主要是受连通孔隙的影响，透水系数随着水胶比的减少而减少。水胶比越小，在透水混凝土试块中的水泥浆就越多，导致有效孔隙率减少，透水系数也随之减少。水泥用量试验结果表明，随着水泥用量的不断增加，有效孔隙不断减少，透水系数显著减少。
4 透水混凝土配合比
根据以上试验结果比較分析得出透水混凝土配合比见下表。
5 透水混凝土施工工艺
一般按8cm厚度作为道路的基准厚度，在此基础上按不同功能，设计不同的厚度。
5.1 搅拌
透水混凝土应采用机械搅拌，其初凝快，运输时间应尽量短。搅拌时按物料的规定比例及投料顺序将物料投入搅拌机，先将胶结料和碎石搅拌约30秒后，使其初步混合，再将水分2次加入，继续搅拌约2分钟。运输过程一般控制在10分钟以内。
5.2 摊铺、浇注成型
透水混凝土属于干性混凝土料，初凝快，摊铺必须及时。大面积施工时宜采用分块隔仓方式摊铺物料。其松铺系数为1.1。将混合物均匀摊铺在工作面上，用括尺找准平整度和控制一定的泛水度，然后用平板振动器或人工捣实，捣实不宜采用高频振动器。最后用抹合拍平，抹合不能有明水。浇注时应注意以下事项：松铺系数按透水混凝土的干湿度，一般采用1.1～1.15之间;平板振动器振动时间不能过长，防止过于密实出现离析现象;当气温高于35℃时，施工时间应避开中午，适合在早晚进行施工。
5.3 养生
铺摊结束后立即覆盖塑料薄膜保持水分。当高温采用洒水养护时在8小时后开始养护，但淋水时不宜用压力水直接冲淋混凝土表面，应从上往下淋水，透水混凝土湿养时间不少于7天，使其在养护期内强度逐渐提高。
5.4 涂覆透明封闭剂
待表面混凝土成型干燥后3天左右，涂刷透明封闭剂，增强耐久性和美观性，防止时间过长会使透水混凝土孔隙受污而堵塞孔隙。
6 结论
（1）透水混凝土的强度与水泥用量、掺合料用量和水灰比有关，对同一粒径的骨料拌制透水混凝土，存在着最佳水泥用量和水灰比。
（2）透水混凝土的孔隙率、透水性随水泥用量增大而降低。透水混凝土的渗透系数与连通孔隙率有较好的对应关系。
（3）通过通过多次试验调整，采用普通42.5单方水泥用量、碎石用量分别为1500～1600kg，石子粒径4.75mm～9.5mm，能配制出抗压强度15MPa～30MPa，孔隙率12%-20%，透水系数1.0～3.0mm/s的透水混凝土，应用在道路排水结构中，可以取得比较好的排水效果。
参考文献：
[1]王俊岭，王雪明，张安，等.基于“海绵城市”理念的透水铺装系统的研究进展.环境工程，2015，33（12）.
[2]莫少政，李可寿，苏海.预拌透水混凝土生产和应用问题的探讨.商品混凝土，2009（8）.
作者简介：王承军（1975-），男，江西万载人，高级工程师，一级建造师，主要从事电力建设工程施工技术管理、项目管理、企业管理工作，现任江西省水电工程局混凝土中心总工程师。
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