透水性混凝土地面性能研究

时间：2024-05-07

摘要：我国是一个缺水的国家，每年却有大量的雨水没有利用，白白地浪费掉了。新型透水混凝土地面的出现解决了这一问题，它使雨水得到了利用，补充了地下水资源，通过对透水混凝土性能的研究得出各种因素对其性能的影响程度，达到实用性、推广性的目的。

关键词：透水混凝土地面；雨水利用；热岛现象

中图分类号：TV528 文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）12-0084-02

一、前言

随着经济的发展和城市建设步伐的加快，现代城市的地表逐步被建筑物和混凝土路面覆盖。便捷的交通设施，平整铺设的道路给人们的出行带来了极大的方便，但这些不透水的路面也给城市的生态环境带来诸多负面的影响。由于混凝土铺筑的路面缺乏透水性和透气性，雨水不能渗入地下，致使地表植物由于严重缺水而难以正常生长；不透气的路面很难与空气进行热量、水分的交换，缺乏对城市地表温度、湿度的调节能力，产生所谓的“热岛现象”。此外，不透水的道路表面容易积水，降低道路的舒适性和安全性。当短时间内集中降雨时，雨水只能通过下水设施排入河流，大大加重了排水设施的负担。

与不透水的路面相比，透水性路面具有诸多生态方面的优点，具体表现在以下几方面：

1．下雨时能减轻城市排水设施的负担，防止河流泛滥和水体污染。

2．能使雨水迅速渗入地下，还原地下水，使地下水资源得到及时补充，保持土壤湿度。

3．下雨时防止路面积水，夜间不反光，增加路面安全性和通行舒适性。

4．下雨时减轻路面雨水飞溅造成的水雾现象，防止交通事故发生。

5．调节城市空间的温度和湿度，改善城市热循环，缓解热岛效应。

6．大孔隙率能降低车辆行驶时的路面噪音，创造舒适的交通环境。

7．大量的空隙能吸附城市污染物（如粉尘），减少扬尘污染。

二、透水性混凝土性能研究

（一）透水性混凝土结构模型和破坏特征的描述

透水性混凝土是由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互黏结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透气、透水和重量轻的特点，作为环境负荷减少型混凝土，透水性混凝土的研究开发越来越受到重视。

透水性混凝土可以看作由三部分组成，即粗骨料形成的骨架、水泥浆体形成的胶结层及它们之间的孔隙。透水性混凝土是粗骨料颗粒间通过硬化的水泥浆薄层胶结而成的多孔堆聚结构，内部含有较多的孔隙，因此具有良好的透水性。

当透水性混凝土受到力作用时，主要通过粗骨料之间的胶结点传力，由于水泥胶结层很薄，水泥凝胶体和粗骨料界面之间的胶结面积很小，因此破坏时主要是骨料颗粒之间的连接点破坏，从而使混凝土散裂，失去强度。因此在保证一定孔隙率的前提下，增加胶结点的数量和面积，提高胶结层的强度是提高透水性混凝土强度的关键。

（二）透水性混凝土强度试验方案

本研究拟订从优化原材料、调整配比、掺入矿物掺料和有机增强等措施来提高透水性混凝土的强度。

（三）试验用原材料

1．水泥：河南鹤壁“同力”牌P·O 42.5普通硅酸盐水泥；

2．骨料：碎石，粒径分为5～10mm和10～24mm两段；

3．活性掺和料：S85级矿粉、硅灰；

4．减水剂：北京慕湖高效减水剂UNF-5；

5．水：自来水。

（四）配合比设计

目前透水性混凝土的配合比设计还没有成熟的计算方法，根据透水性混凝土理想模型的结构特点，认为透水性混凝土的外观体积由骨料堆积而成，混凝土所需的水泥浆以能够包裹粗骨料表面，形成一定厚度的胶结层和在骨料之间形成连通的孔隙为宜。通常透水性混凝土的水灰比介于0.25～0.40 之间，水泥用量在250kg/ m³～350kg/ m³范围内。

（五）试件制备及养护

混凝土搅拌时先把除水和高效减水剂之外的其他材料干拌约30s，混合均匀，然后加入水及高效减水剂，搅拌约90s。观察发现水泥浆在骨料颗粒表面包裹均匀后停止搅拌，开始装模。成型后适当振捣，确保混凝土组成均匀，性能稳定。成型后表面覆盖塑料薄膜以防止水分散失，24小时后拆模放入养护室，在标准条件下养护至28天龄期。试件的尺寸规格为：100mm ×100mm ×100mm（用于抗压试验和测透水系数），100mm×100mm×400mm（用于抗折试验）。

（六）性能测试方法

1.抗压强度。参照普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）测定混凝土试件的抗压强度。采用液压式压力机试压，受压面积为100mm×100mm，加荷速度小于C30为0.3～0.5MPa/s、大于或等于C30为0.5～0.8MPa/s，抗压强度取3个试件结果的算术平均值。

2．抗折强度。参照普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）测定混凝土试件的抗折强度。在液压式万能压力机上进行，试件规格：100mm×100mm×400mm，抗折试验跨距为300mm,加荷速度小于C30为0.02～0.05MPa/s、大于或等于C30为0.05～0.08MPa/s，抗折强度取3个试件结果的算术平均值。

3．透水系数测定方法。透水仪为两端开口的有机玻璃方框，尺寸10cm×10cm×30cm。透水仪正面刻有刻度（单位：cm），可用于计量。测量前，先将试件四周用蜡封好，然后将试件放置在透水仪下方，透水仪和试件之间用半热的蜡条封好，待蜡条冷却后，向透水仪中加水至超过20cm刻度。待水面下降至16cm刻度时开始计时，下降至14cm再计时一次。透水系数按式（1）计算：

V=H/Δt （1）

式中H——水位下降高度，20mm；

Δt——水从160mm高度降至140mm的时间(s)。

（七）试验结果及数据分析

水灰比对抗压强度影响的试验表明：水灰比是影响透水性混凝土强度的关键因素之一，配合比设计时应通过反复实验确定。

骨料级配对抗压强度影响的试验表明：透水性混凝土的配合比应尽量采用连续粒径的骨料，以便既保证透水性混凝土的必要强度，又保证透水性混凝土的基本透水性。

掺合料对抗压强度影响的试验表明：在透水性混凝土中，按合理的比例掺加矿粉和硅灰能显著提高透水性混凝土的抗压强度，但必须和高效减水剂共同使用。

有机材料对抗压强度的影响的试验表明：随着有机材料掺量的增加，透水性混凝土的强度也增加。但考虑有机材料的成本影响，不是高强度的要求，不建议在透水性混凝土中掺加有机材料。

（八）研究小结

1.水灰比（水胶比）是影响透水性混凝土强度的主要因素之一，当水灰比（水胶比）在0.29左右时可以形成较理想的透水性混凝土结构，具有较高的强度和一定的透水性。

2．在透水性混凝土中，掺加矿粉和硅灰并配合使用高效减水剂，能显著提高透水性混凝土的抗压强度。

3．连续粒级骨料比单一粒级骨料具有更高的强度。