以工业固废为主材料的一种环保型透水混凝土研发

张永科+党鑫+马元杰

【摘 要】针对宁夏地区的地形气候及对原城市道路的路面的缺陷，开发使用一种能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等等的一些城市环境问题迫在眉睫。比较分析了透水混凝土路面较之传统路面的优点，介绍了透水混凝土的品种与构成，介绍了透水混凝土的应用情况，重点分析了透水混凝土的配合比设计和影响透水混凝土强度的因素，通过工程实例，介绍了透水混凝土的施工工艺，并对其应用前景进行了展望。

【关键词】透水混凝土；工程；透水混凝土；强度；透水系数；配合比

0 引言

随着混凝土技术的发展，维护生态平衡和实现可持续发展也是建筑材料领域的追求目标。透水混凝土是一种生态型环保混凝土。既有一定的强度，又具有一定的透水透气性，采用透水混凝土，水分可以很快渗入地下，道路在雨天不会积水、反光，从而很好的缓解不透水铺装对环境造成的影响。透水混凝土一般由水泥、粗集料、水和外加剂组成。它不含细骨料，粗骨料表面包裹一薄层水泥浆相互黏结形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构。整个混凝土结构孔隙率很高，故具有透气、透水和重量轻的特点。透水混凝土能够有效地解决雨水（尤其是暴雨期间）排出不畅的问题。

随着宁夏城市化和工业化进程的加快，高楼大厦林立，人口密度集中，污染急剧增加，生态破坏严重。2012年夏天屡次出现冲破37℃的高温天气，甚至达到39°C，树叶曾被烤至枯黄；2012年7月31日银川大雨，通往银川火车站的公路严重积水，车辆被困受阻。

面对生态脆弱，人们意识到对于路面，应该有意识地多普及蜂窝状的结构和可渗透路面。

1 透水混凝土路面与传统路面的比较

传统路面大多采用沥青、混凝土、石板材或水泥砖铺设，故被称为硬质路面。它的优点是整齐耐用，最大的缺点是不透水，排水要靠地下污水管道，降雨时雨水直接作为污水被处理，阻断了雨水对地下水的补充，不利于地下水的生成。雨、污水在路面易淤积，溶入城市污染物后严重影响城市卫生。此外，硬质路面吸、储并反射太阳的热量，会使地面平均温度升高，加剧城市热岛效应的形成，易引起环境和生态负效应，不利于生态平衡和环境保护。透水混凝土路面具以下功能：

（1）可以增加城市可透水、透汽面积，调节城市气候，降低地表温度，缓解城市/热岛现象。

（2）可以补充城市地下水资源，保护土壤温度，改善城市地表植物和土壤生物的生存条件，有利于生态平衡。

（3）可以吸收车辆行走产生的噪音，有利于创造安静舒适的交通环境。

2 透水混凝土的应用情况

2.1 国际研究现状

由于透水混凝土路面材料具有以上诸多生态方面的优良特点，在人类寻求与自然协调、维护生态平衡和可持续发展的思想指导下，欧美、日本等一些发达国家开始研究幵发透水性路面材料，并将其应用于广场、步行街、道路两侧和中央隔离带、公园道路以及停车场等（见图2、图3）。这就增加了城市的透水、透气空闻，对调节城市微气候、保持生态平衡起到了良好的效果。

以透水混凝土为代表的各种透水工程材料，在欧美日等发达国家得到广泛推广应用。早在20世纪70年代，发达国家先后开始研究排水性沥青混凝土路面（Drainage As-phaltPavement简称DAP）技术，继而对以透水混凝土为代表的各种透水工程材料进行系统开发应用研究。目前，日本全国各种车用道路（包括高速公路）、步行道、建筑物外部各种广场、体育设施场地、公园和公共绿地等都广泛采用透水工程材料铺装。

总的来说，以日本、美国为代表的国家是世界上透水混凝土路面材料研究与应用较为先进的国家和地区。

2.2 国内研究现状

本世纪初，我国相继开展透水混凝土的应用。目前，东南大学的高建明等专家对植被型透水混凝土进行了研究，长安大学的郑木莲等专家对透水混凝土的排水施工等进行了较多的研究。

但是，国内对透水混凝土的配合比设计方法和成型工艺以及透水系数的测定等还不够，对透水混凝土的生态环保效益的研究也十分欠缺。这些问题的解决对透水混凝土材料的应用和推广是十分有利的。本研究将把重点放在透水混凝土的配合比设计方法及性能研究上。

3 透水混凝土的设计

3.1 配合比的确定

设计强度等级为C20，透水系数dmm/s的透水混凝土，配合比设计步骤为：

（1）因为所要配制的透水混凝土强度，针对透水混凝土来说相对较高，因此选择级配为5-10mm的碎石，每立方米混凝土的碎石用量为WG=1493kg/m3。

（2）选择水胶比，根据公式计算得到初始水泥用量。

（3）石子选用5-10mm碎石，确定初始水泥用量，选择体积砂率，根据公式计算分别得到砂、水、水泥的用量。

3.2 孔隙率的控制

透水混凝土目标孔隙率的确定根据实际使用要求来确定，主要是满足透水性能要求。透水要求高则该值偏大，同时还要结合强度要求进行设定。本研究所测定的孔隙率是有效孔隙率，探讨孔隙率与透水系数的关系对透水混凝土配合比设计具有重要意义。

3.3 影响透水混凝土强度的因素

（1）不同强度胶结材料对透水混凝土性能的影响：等条件下，透水混凝土强度随着水泥石强度的增加而提高。与普通混凝土相似，透水混凝土形成强度主要靠胶结材料的强度，胶结材料强度增加，透水混凝土的强度当然随之增大。

（2）骨灰比对透水混凝土强度的影响：多孔透水混凝土的抗压强度主要由粗骨料之间的咬合摩擦力以及骨料与水泥浆体的粘结强度决定。水泥浆体的抗压强度主要由水灰比决定，在一定水灰比下，水泥用量的增大使得界面厚度增大，粘结面积以及粘结点的数量增加，从而提高了它的抗压强度。

（3） 密实方法对透水混凝土强度的影响：可采用土工轻型击实的方法，显然开始时随着锤击次数的增加，强度及体密度逐渐增大，由于锤击次数的增加，减小了内部的空隙，使透水混凝土变得密实，导致强度及体密度增加，但当锤击次数达到一定程度以后，透水混凝土已基本密实了，这时强度体密度也不会有明显变化。

4 透水混凝土的工程应用

在奥林匹克森林公园的应用

森林公园透水混凝土配合比选用基于以上试验数据的分析和施工要求，对于10mm～20mm和5mm～10mm粒径的石子，透水混凝土强度和透水系数较好的得到较好的统一，确定了森林公园的配合比如表1所示。

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。经过权威部门检测，达到了C25混凝土设计标号的强度，透水系数达到319mm/s，孔隙率达到24%，抗冻融大于50。

5 结论与展望

5.1 采用体积法进行透水混凝土配合比设计是合理的。

（1）采用体积法进行透水混凝土配合比设计获得的实测空隙率与目标空隙率基本一致。

（2）不同的目标孔隙率都有最佳的配合比。

（3）采用体积法能较好的控制透水性，但是为满足强度要求还需要通过不同的水灰比来进行调整。

5.2 展望

本课题对透水混凝土路面材料的研究已经取得一定的成果，透水混凝土在我国还是个新生事物，对它的研究应用还有很多的空间。现场浇注技术，路基结构的设计，这些方面是透水性混凝土路面材料推广的关键。有关透水混凝土的应用，本文的研究只是一小部分，它在生态护坡，城市噪音隔断设施，及人造珊瑚和污水净化处理等方面都有广泛的应用前景。透水混凝±的蜂窝结构的耐久性以及怎样防止透水混凝土空隙被堵塞以及交叉路口、陡坡地段、起停路段处由于车辆的停滞剪切作用造成的骨料脱落飞散等问题尚需要研究解决。基于透水混凝土的各种生态环保优点，己经得到人们的共识，它是一种有发展前途的生态型、环保型材料，相信随着研究的深入和生产技术的成熟，该材料的市场和前景将十分广阔。

[责任编辑：邓丽丽]