透水混凝土技术性能研究

张 力 刘忠宁 黄伟娟 朱维俊 张 林（南京标美彩石建材有限公司，江苏 南京210036）

现代城市的地表被钢筋混凝土建筑和沥青混凝土路面所覆盖,引发城市地下水枯竭、暴雨路面积水。20 世纪80 年代，发达国家和地区，针对这一缺陷，开始研发透水混凝土路面[1]。透水混凝土又称多孔混凝土（排水混凝土），是由单一级配的粗骨料、胶凝材料和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土， 具有透气、透水、重量轻、彩色妆点、整体施工等特点。

1 我国透水混凝土的研究进展

1.1 国内透水混凝土的研究

20 世纪90 年代，国内对透水性混凝土开始进行研究，但是由于其抗压强度（不超过20MPa）较低,人们的认识、地基状况、施工方法等原因限制，透水性混凝土的应用范围受到影响。经过各高校、科研机构以及透水混凝土生产厂家的大量研究，合理使用混凝土外加剂,采用高活性硅灰材料,调整骨料级配等方法，提高了透水混凝土强度，目前透水混凝土抗压强度可达25 -50 MPa，抗折强度可达3 -6MPa[2]。

1.2 国内透水混凝土的应用现状

目前，国内透水混凝土研发和应用已取得一定的成果 ，尚有进口材料，但国产化材料已成趋势，不同场合的需求和各种功能的透水混凝土材料不断增加。

从功能上来分有:透水基层专用透水混凝土；路面面层用透水混凝土；用于河堤护坡的大孔植生型透水混凝土。

同时，针对路面面层有较高的装饰性要求 ，面层用的透水混凝土的品种有很大的发展，如彩色透水混凝土、水洗露骨料混凝土在国内许多城市都有运用，适应高要求、美观性和装饰性的场所。

当前，国内面层透水混凝土仍在初级阶段，因此透水混凝土适用范围尚有一定的局限性，仅用于广场、体育场、步行街、慢车道、人行道、园林景观道路。但因它是新型的、环保生态的绿色路用铺地材料，比其它铺地材料具有更优的功能性和实用性。同时，随着透水材料深入的研发，其应用范围更加广泛。

2 透水混凝土的技术性能专项研究

2.1 透水混凝土的原材料

2.1.1 水泥

水泥是决定透水混凝土强度的重要因素，目前国内采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥较为普遍。高铝水泥和膨胀水泥、快硬水泥等一般不宜。按使用透水混凝土的具体要求，采用水泥等级不同，路面用透水混凝土采用水泥级别不应低于42.5 级；对于强度等级要求不高的植生型透水混凝土和基层排水用的透水混凝土可采用32.5 级的水泥。水泥各项指标须符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）的规定。

2.1.2 集料

透水混凝土使用的集料为单一级配，应选用洁净、坚硬而耐久的碎石或卵石，一般采用《建筑用卵石、碎石》GB/T14685 中的二级标准，标准高低应按具体区域而定。地区不同，集料的指标可能有难以达到标准的情况，有些按中华人民共和国行业标准《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T135 中建议采用GB/T14685 中的二级标准为适宜。

2.1.3 水泥外加剂和增强材料

1）透水混凝土一般采用水泥外加剂来保证施工性能和提高强度，如：萘系高效减水剂、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、聚羧酸类等高效减水剂。

2）增强材料，可以改善透水混凝土中集料间的粘结性能，提高透水混凝土强度和韧性，如无机的以无定型的二氧化硅为主的材料，并掺入相应的助剂组成的。

2.1.4 透水混凝土拌合用水质量应符合《混凝土用水标准》JGJ63 。

2.2 透水混凝土的技术性能研究试验

2.2.1 材料：

本试验水泥为42.5 级普通硅酸盐水混；集料为粒径在2.55mm-4.75mm 的黑色玄武岩碎石；外加剂为萘系高效减水剂；增强材料为硅灰；水为自来水。

2.2.2 透水混凝土配合比设计

1）单位体积集料用量计算

单位体积透水混凝土集料用量按以下公式：

WG=ρG•k

WG：单位体积透水混凝土集料用量

ρG：集料比重

k：修正系数，碎石取0.98

单位体积集料用量=1530kg/m3×0.98

=1499.4 kg/m3≈1500 kg/m3

2）单位体积水泥用量近似计算

P=1–（WG/ρG+ WC/ρC+W/C•WC/ρW）

P：目标孔隙率，19%

WG：单位体积集料用量，1500 kg

ρG：集料比重2700 kg/m3

WC：单位体积集料用量

ρC：集料比重3100 kg/m3

W/C：水灰比，0.32

ρW：水的比重1000 kg/m3

由计算得出单位体积水泥用量

WC=405 kg/ m3

透水混凝土配合比：水泥：集料=405:1500

2.3 试验

2.3.1 透水混凝土水胶比对抗压强度影响试验

在骨灰比保持固定不变的条件下，调整水胶比，试块标养28 天，测定在不同水灰比下的抗压强度。

检验方法：GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》

试验结果见表1。

图1为水胶比对透水混凝土抗压强度的影响。

图1 水胶比与抗压强度的关系

图2 骨灰比与抗压强度的关系

结论：透水混凝土水胶比在0.25 ～0.32 为最佳。

表1 透水混凝土水胶比对抗压强度影响试验

表2 透水混凝土骨灰比对抗压强度影响试验

表3 透水混凝土耐磨性试验结果

2.3.2 透水混凝土骨灰比对抗压强度的影响

毎立方米集料用量保持1500 kg，水胶比保持不变，并保证一定的透水率条件下，调整水泥用量，试块标养28 天，检测试块在不同骨灰比条件下的抗压强度

检验方法：GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》

试验结果见表2。

结论：透水混凝土抗压强度随着骨灰比减小而增加，以此为根据，依据透水率的要求可确定最佳骨灰比。

2.3.3 耐磨性试验

选择最佳水胶比和骨灰比，试块标养28 天，检测试块耐磨性。

检验方法：JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》

试验结果见表3。

结论：在选择最佳水胶比和骨灰比条件下，透水混凝土耐磨性符合JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》对耐磨性的要求。

2.3.4 抗冻性试验

选择最佳水胶比和骨灰比，试块标养28 天，检测试块抗冻性。

检验方法：JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》

试验结果见表4。

结论：在选择最佳水胶比和骨灰比条件下，透水混凝土抗冻性符合JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》要求。

2.3.5 透水率试验

选择最佳水胶比和骨灰比，测试透水率。

检验方法：JC/T 945-2005《透水砖》

试验结果表5。

结论：在选择最佳水胶比和骨灰比条件下，透水混凝的透水率优于透水砖的指标。

2.3.6 颜料的掺入量对透水混凝土物理力学性能的影响

表4 透水混凝土的抗冻性试验结果

表5 透水混凝土的透水率试验结果

选择最佳水胶比骨灰比，颜料选择氧化铁颜料，加入量以占胶凝材料的百分比计，改变颜料的加入量，试块标养28 天，检测抗压强度。

试验颜料：氧化铁颜料

检验方法：GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》

试验结果见表6。

图6 颜料添加量对透水混凝土的抗压强度影响

表6 颜料添加量对透水混凝土的抗压强度影响

结论：颜料添加量对透水混凝土抗压强度有一定的影响，但颜料添加量小于10%影响不太大，为此对透水混凝土的颜料添加量控制在≤8%为佳。

2.3.7 骨料的粒径对透水混凝土力学性能的影响

选择水胶比0.28、骨灰比3.66，改变骨料粒径，测抗压强度和抗折强度。

试验材料：小野田水泥42.5 级普通硅酸盐水泥，集料为高料，粒径为2.5 ～4.75mm 4.75 ～9.5 mm 9.5 ～13 mm 普通石料 13 ～16 mm 20 ～25 mm。

检验方法：GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，试验结果见表7。

结论：随着集料粒径的增加，透水混凝土抗压强度、抗折强度同时降低，因此根据不同道路的不同要求，采用适宜的集料粒径可保证透水混凝土的强度要求。

3 总结

表7 骨料的粒径影响透水混凝土抗折强度与抗压强度关系试验

1）透水混凝土水胶比在0.25 ～0.32 为最佳，施工中因温度的原因可适当选择水量的增减来保证施工质量。

2）透水混凝土抗压强度随着骨灰比减小而增加，以此为根据，依据透水率的要求可确定最佳施工骨灰比。

3）透水混凝土抗压强度与抗折强度随胶单位体积水泥的用量增加而同样上升，但过度增加水泥用量会使成本增大，根据不同等级的透水混凝土，可选择最佳骨灰比。

4）颜料添加量对透水混凝土抗压强度有一定的影响，但颜料添加量小于10%影响不太大，为此对透水混凝土面层材料的颜料添加量控制在≤8%为佳，能确保道路面层的性能。

5）随着集料粒径的增加，透水混凝土抗压强度、抗折强度同时降低，因此在不同道路的不同要求，采用适宜的集料粒径可保证透水混凝土的强度要求。

6）在选择最佳水胶比和骨灰比的条件下，透水混凝土耐磨性符合《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中耐磨性的要求，而且透水混凝土的透水率优于透水砖标准的指标。

[1]苏堪祥 多孔混凝土材料组成与路用性能研究 分路 2004 年第8 期

[2]张贤超 尹健 池漪 透水混凝土透性能研究综述 混凝土2010 年第12 期

[3]中华人民共和国行业标准CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》

[4] GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》

[5] JGJ63《混凝土用水标准》

[6] JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》

[7] JC/T 945-2005《透水砖》