透水混凝土研究综述

《透水混凝土研究综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《透水混凝土研究综述（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、透 水 混 凝 土 研 究 综述张雪丽，郑莲琼，周继忠，林 奇 （福建工程学院 土木工程学院，福建 福州 350108）摘 要 本文回顾了透水混凝土在国内外的发展历程，总结了透水混凝土的研究及应用现状，重点介绍了透水 混凝土的研究现状，包括性能研究、配合比设计、试验方法和施工工艺，并在此基础上对透水混凝土需要开展的进一 步研究工作进行探讨。 关键词 透水混凝土；性能研究；配合比；试验方法；施工工艺0引言透水混凝土是由胶凝材料、粗骨料、微量或无细骨料、 水、外加剂和掺合料按照一定比例拌制而成的一种多孔混凝 土。当胶凝材料为水泥时称为水泥透水混凝土，通常简称为 透水混凝土。这种混凝土由于无细骨料或

2、细骨料较少，在硬 化后的混凝土体中存在较大的孔隙率，具有良好的渗透性 能，能缓解城市的“热岛效应”、吸声降噪、改善城市热环境， 能有效解决普通混凝土所带来的一系列生态问题。目前， 透水混凝土已应用于一些工程实践1-5， 同时， 国内 外也对其工作性能、 力学性能等开展了一系列的研究工作6-15。 本文将对透水混凝土的应用和研究现状进行总结，在此基础 上对这种新型生态混凝土需要开展的进一步研究工作进行探 讨。1透水混凝土的应用概述透水混凝土从上世纪 70 年代开始大规模的研究至今， 已经有几十年的发展与应用历史，国内外学者对于透水混凝 土的物理力学性能和生态功能有了一定的了解，在配合比设 计、拌

3、制工艺、成型工艺和施工工艺等方面已经取得了一系 列的试验与理论研究成果，并逐步开始进入实用化阶段，为 透水混凝土的研究和应用奠定了一定的试验、理论和实践基 础。透水混凝土的主要功能有护坡、 植生、 降温、 降噪、 改变光 环境及出行环境、 保护水资源、 水质净化及美化环境等。由于 透水混凝土强度相对较低， 主要应用于强度要求不太高， 而透 水效果要求较高的场合， 例如人行道、 步行街、 轻量级道路、 公 园内道路、 大型广场、 停车场、 地下建筑工程以及各种新型体 育场地。同时， 透水混凝土有利于植物生长， 也可用于构筑堤 坝、 护岸及高速公路的路肩和隔板等起到护坡作用16-20。透水混凝土的

4、应用始于 1852 年，英国在建造二栋房子 的时候，在很难取得细骨料的情况下，开发了不含细骨料的混凝土 （No-fines concrete：NFC） ， 即透水混凝土。 透水混凝土 在美国从上世纪七八十年代开始研究和应用， 美国环境保护 署大力向北美地区推广使用这一技术， 特别是暴雨频发的地 方， 普及率大于 60%。 德国从上世纪 80 年代起就致力于不透 水路面的改造， 其目标是到 2010 年， 把全国城市 90%的路面 改造为透水路面。在法国透水性混凝土大量用于网球场， 法 国 60%的网球场是用透水性混凝土修建的。日本是岛国， 特 别重视水资源和生态环境问题。 在 20 世纪 80

5、 年代初就在全 国推行了 “雨水渗透计划” ， 从理论到实践， 日本都广泛采用 透水工程材料。 从 2001 年至今， 凡是新的市政建设项目和改 造翻修各种车用道路(包括高速公路)、 步行道、 建筑物广场、 体育场地、 公园和公共绿地等项目， 全都采用透水工程材料。 甚至规定居民庭院排水必须先经过自家院内透水地坪处理 方可允许向室外排放。透水混凝土在我国的研究和应用起步较晚，90 年代初建 科院开始对透水混凝土与透水性混凝土路面砖进行研究，随 后，透水混凝土与透水混凝土路面砖的研究在我国相继开 展。随着研究工作的深入及取得的一系列成果，于 2008 年、2009 年分别颁布了透水砖路面（地面）

6、设计与施工技术规 程（DBJ 13104-2008） 和 透水水泥混凝土路面技术规程（CJJT 135-2009） ，这意味着我国在此方面的研究进入了一 个崭新的阶段。随着实验研究的深入， 透水混凝土也开始在 实际工程中应用。2005 年， 为了能够增加渗入地表的雨水， 缓 解城市地下水位急剧下降等一些城市环境问题， 北京市南北 长街道路工程使用了无砂透水混凝土1。配合比为单方水泥 用量、碎石用量分别为 300kg 和 1400kg，石子粒径 10 20mm， 添加一定比例的粉体粘结剂和防冻剂， 由混凝土搅拌 站集中搅拌。经检验 28d 强度达到 15.3MPa，透水系数为 1.9cm/s。2

7、008 年， 透水混凝土在奥林匹克森林公园得到了较 大面积的成功应用， 经检测， 达到了 C25 混凝土设计强度等级的较高强度， 透水系数达到 3.9mm/s， 孔隙率达到 24%， 抗 冻融大于 502。2009 年， 透水混凝土在上海世博会园区应用 于透水人行道试验段， 其配合比为石灰岩水泥减水剂 水510.750.25，28d 抗压强度大于 22MPa，有效空隙 率大于 18%3。2 透水混凝土的研究现状2.1 透水混凝土性能的研究透水混凝土的性能指标主要有空隙率、渗透系数和抗压 强度。空隙率分为封闭空隙率、半封闭空隙率和贯通空隙率， 其中贯通空隙率决定透水混凝土渗透系数的大小。半封闭空

8、 隙和贯通空隙率合起来称为有效空隙率，这是因为半封闭空 隙率在使用过程中虽然不能透水，但能起到蓄水的功能。渗 透系数与空隙率存在相关性，一般设计时根据预定的渗透系 数，确定相应的空隙率。有研究表明9，透水混凝土的渗透系 数随着空隙率的增大而增大，利用二次函数进行拟合，得到 透水系数与空隙率的相关公式为：K28d=0.138P1.5154，R=0.9219。（1） 上式中 k28d 代表 28d 渗透系数；P 代表有效空隙率。该文 献还指出透水混凝土 7d 与 28d 的透水系数十分接近，28d 透水系数稍低于 7d 透水系数。长安大学郑木莲等人21的研究 结果表明，渗透系数与空隙率之间存在幂指

9、数关系，渗透系 数随空隙率的增大而增大，相关公式为：率和透水系数明显大于由卵石骨料配置的透水混凝土； 两种 骨料配置的透水混凝土的孔隙率、 透水系数随着骨料粒径的 增大均有所增大， 在同一配合比情况下， 透水混凝土的强度 随着骨料粒径的增大呈非线性变化，且存在最佳粒径尺寸。 西北农林科技大学杜应吉教授12采用正交试验方法（9 34）， 以 28 抗压强度和透水系数为性能指标，分析研究了水灰 比、 骨灰比、 骨料粒径及其 3 个不同的水平对透水混凝土性 能的影响， 并通过回归分析和极差方差分析得出骨料粒径和 骨灰比对透水混凝土性能的影响较为显著， 水灰比影响较小 的结论。在透水混凝土配合比设计时

10、掺入适量的砂子， 可以在满 足透水系数的要求下获得较高的强度。为了取得较高的抗压 强度， 同时满足渗透系数的要求， 相关文献13,22-23研究了砂率 对透水混凝土抗压强度和渗透系数的影响，结果一致表明： 在满足渗透系数的情况下， 透水混凝土配合比中加入适量砂 可以提高其抗压强度， 且存在最佳掺量。除了上述影响因素外，透水混凝土的性能还受搅拌工 艺、成型方式、养护方法等的影响。由于透水混凝土胶结材料 用量较少，拌制成型后坍落度几乎为零，属于干硬性混凝土， 故一般采用强制式搅拌机进行搅拌。另外为了避免水泥浆聚 集到底部，堵塞混凝土底部空隙，影响透水能力，成型方式也 成为影响透水混凝土渗透系数的关

11、键因素。在日本，有研究 K=1.010-7ne，R=0.9546（2）者采用从上面振动成型的方法得出冲击能量与混凝土密实 5.3961该文献同时指出，透水混凝土 7d 抗压强度与空隙率之间 存在线性相关性，随着空隙率的增大抗压强度逐渐降低，且抗 压强度与总空隙率的相关性优于有效空隙率。相关公式为：fc,7=0.3806nc+17.058, R=0.8631（3）fc,7=0.7545n0+30.873, R=0.8928（4）度和抗压强度的关系，具有较大的参考价值16。90 年代以来， 国内学者对不同的成型方式进行了较为系统的研究。张巨松 等人24采用分层夯击成型的密实方式研究了锤击次数对混凝

12、 土强度及体密度的影响规律，结果表明：透水混凝土的强度 及体密度随着锤击次数的增加逐渐增大，但当锤击次数到达在以上三式中：K渗透系数；ne有效空隙率；一定程度后，强度及体密度基本趋于稳定。吴冬等人22通过研no总空隙率； R相关系 数； fc,7透水混凝土 7d 抗压强度。几乎与此同时， 相关研究表明7-8,12： 影响透水混凝土的空 隙率、 透水系数与抗压强度等性能的因素主要有骨料粒径与 级配、 骨灰比、 水灰比、 水泥强度等级、 外加剂及搅拌工艺等。 同济大学蒋正武等人的研究结果7表明： 影响透水混凝土空 隙率、透水系数与抗压强度的关键因素是骨料粒径与级配、 骨灰比。在相同水灰比的情况下，

13、 随着骨灰比的减少、 水泥用 量的增大， 试件的抗压强度有一定幅度的增大， 而其透水系 数有较大幅度的降低；水灰比对透水混凝土的性能影响较 小， 减水剂、 硅灰及聚合物乳液等外加剂可改善多孔透水混 凝土的性能。陕西理工学院薛丽皎等人对骨料对透水混凝土 性能的影响进行了进一步研究8， 骨料粒径采用 2.369.5mm、 4.759.5mm、9.516mm、1324mm4 种， 结果表明： 在骨料粒 径相同的情况下， 由碎石骨料配置的透水混凝土强度变化幅 度比使用卵石配置的混凝土强度的变化幅度明显， 且其空隙究手工插捣和机械振捣成型的试块后指出：手工插捣成型的 试块较机械振捣成型的试块均匀性好，但

14、密实度相对较差； 机械振捣成型的试块堆积紧密，但浆体容易在下部沉积。用 手工插捣和机械振捣相结合的方式能使渗透系数和抗压强 度均达到理想的效果。徐仁崇等人14通过对比插捣、静压、振 动、振压成型方式对透水混凝土抗压强度和渗透系数的影 响，指出压力成型和振压成型是试验室试块成型的理想方 法，为了使透水混凝土达到较高的强度和较好的透水性，静 压成型的试件，静压压力宜控制在 6080kN；振动成型的试 件，振动时间宜控制在 812s。2.2 配合比设计目前， 透水混凝土配合比设计大都采用填充理论及体积 法计算。 透水水泥混凝土路面技术规程 规定， 单位体积粗 集料用量用公式 WG=G 计算，其中 W

15、G、G 分别为单位体积 粗集料的用量 （质量 ） 和紧密堆积密度， 为用量修正系数， 取 0.98。胶结浆体体积用下式计算：Vp=1-(1-C)-1Rviod（5） 单方水泥用量 （质量 ） 为： VPWC = RW/C+1 C（6）式中，C、Rviod、RW/C、C 分别为粗集料紧密堆积空隙率、 设计空隙率、水灰比和水泥密度。其理论的实质就是认为单 方透水混凝土的外观体积是由石子的紧密堆积密度和紧密 堆积空隙组成，而水泥浆体所起的作用是填充石子紧密堆积 后的空隙，最后剩余的空隙就是设计空隙。由石子紧密堆积 密度和设计孔隙率算出浆体体积后利用水灰比和水泥密度计算水泥用量，最后再计算用水量和掺合

16、料、外加剂用量。此 设计方法的参数是设计孔隙率和水灰比，没有考虑石子粒径 和级配，以及水泥用量的影响。另外由于上述配合比设计时 没有掺加细骨料，故配置出的透水混凝土强度普遍较低，只 能适用于轻量级的道路。在保证渗透性能的同时如何在配合 比中掺入适量的细骨料以提高透水混凝土强度成为亟待解 决的问题。徐仁崇等人13引入体积砂率这一参数，在配合比设 计时把砂的体积考虑进去，其理论是按 CJJT 135 的规定初 步计算出水泥用量和用水量之后，根据粗集料的级配选择合 适的砂率，砂的体积部分替换掉水泥的体积。但文献中只给 出了两种不同粒径石子对透水混凝土渗透系数和强度的影 响，具体砂率如何选择，由于实验数据较少尚不明确。如何确 定合理砂率，使透水混凝土在保证渗透系数的同时提高其强 度，这方面的研究有待于进一步开展。2.3 试验方法目前透水混凝土渗透系数的测试方法主要有变水头法 和固定水头法。固定水头法既保持固定的水