C 30彩色透水混凝土的研究与应用

朱金才，徐加余，庄大胜，盛崇清，耿长圣

（1. 淮安市市政设施养护处，江苏 淮安 223001；2. 江苏淮安美赞建材科技有限公司，江苏 淮安223001；3. 江苏峻邺建设有限公司，江苏 淮安 223001）

0 前言

随着国家海绵城市建设的大力推进，各地均出现了海绵城市建设申报的热潮。2016 年 4 月 27 日国家三部（财政部、住房城乡建设部、水利部）公示了中央财政支持的海绵城市建设试点名单后，将海绵城市建设的基础材料——透水混凝土推进了新的研究进程。早在上世纪九十年代欧美、日本等国开始研究开发了透水性路面材料，并在广场、步行街、道路、停车场、公园内侧道路等中应用[1-4]。国外众多的数据表明，这种材料有利于天然雨还原地下水，同时能够通过空隙间的热量传导来降低路面的温度，及空隙的减音作用降低汽车产生的噪音，利于环境的保护。近年来在我国众多大学及机构对透水混凝土进行实质性研究，但应用面不是太广。随着国家的政策出台，透水混凝土为基础的各种道路材料将会得到全面的发展[4-6]。

本文通过对透水混凝土的材料选用、配合比设计、强度保证、施工注意事项、颜料的使用等方面进行研究，并在淮安市轻轨交通公司休闲公园的道路进行了工程试用，取得了良好的社会效益和经济效益。

1 原材料选择

（1）水泥：由于透水混凝土是基于碎石间粘结力的增强来达到强度要求的，所以宜选用 P·O42.5 级水泥，具体指标如表 1 所示。

（2）矿粉：淮安淮龙 S95，7d 活性指数 83%，28d活性指数 102%，比表面积 420m2/kg，烧失量 1.8%。

（3）骨料：考虑到工程的特种性，选用两种骨料进行实验。即 5～16mm 的碎石和 2.4～4.75mm 的米砂，具体指标如表 2 所示。

（4）外加剂：苏博特 SBT-PCA，减水率 20%，固含量 25%。

（5）增强剂：苏博特高效透水混凝土专用增强剂SBT-PRC(1)。

（6）颜料：上海一品道路专用颜料 S-190。

2 配合比设计及试验

此次彩色透水混凝土依据 CJJT 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》进行配合比设计及试验。抗压强度依据 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学试验方法》的有关规定测试，透水系数采用“固定水量法”进行测试，测试装置如图 1 所示。

2.1 确定骨料用量

透水混凝土的主要指标是透水系数。透水系数主要与混凝土的孔隙率相关，混凝土孔隙率越大，其透水系数越高。而骨料的孔隙率是混凝土孔隙率的主要决定因素，先确定骨料的堆积密度和表观密度，才能求得骨料的孔隙率。骨料的用量可以参考其堆积密度的数值，考虑到实际生产使用中的因素，可以按照规程 CJJT 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》的规定乘以系数0.98。

表 1 水泥的具体技术指标

表 2 骨料的具体技术指标

图 1 透水系数测试装置

通过试验，本次骨料的堆积密度为 1450kg/m3，因此米砂用量为：1450kg/m3×0.98=1421kg/m3。

5～16mm 碎石的堆积密度为 1500kg/m3，因此碎石用量为：1500kg/m3×0.98=1470kg/m3。

2.2 确定水灰比

水灰比是影响透水混凝土粘结强度和透水系数的主要指标。颗粒级配不同的骨料，其合理的水灰比范围亦不相同，水灰比过小，包裹在骨料表面的水泥浆过稠，均匀性较差，不利于骨料间的粘结，抗压强度难以保证；水灰比过大，包裹在骨料表面的水泥浆过稀，易导致浆体下沉堵住孔隙影响混凝土的透水系数，且会减小骨料间的粘结强度，透水混凝土的抗压强度下降同时体积稳定性变差。根据道路的实际情况和既往经验，按照CJJT 135—2009 规程的要求，水灰比宜取 0.26。

2.3 混凝土用水量及外加剂掺量

为了达到有效的粘结强度和抗压强度，宜将混凝土用水量控制在 90～100kg/m3左右，按照经验值外加剂SBT-PCA 的掺量确定为 1.1%。

2.4 增强剂掺量

增强剂可以并增加骨料之间的粘结力，降低浆体下沉堵住孔隙的几率，提升混凝土的透水系数，并具有早强保水作用，还可延长施工时间。厂家建议采用外掺法，掺量为 10kg/m3。

2.5 颜料的掺量

通过对混凝土着色效果的试验，确定颜料采用外掺法，掺量为 15kg/m3。

2.6 配合比试验

依据 CJJT 135—2009 规程的要求，在试配时水灰比上下浮动 0.05，并相应的调整胶凝材料及外加剂的用量，进行配合比试验，水灰比分别选择 0.21、0.26 和0.31，具体配合比如表 3 所示。

3 试验结果及分析

表 3 试配用混凝土配合比 kg/m3

3.1 透水混凝土的工作性能测试

按照表 3 给定的配合比进行混凝土试配，进行坍落度及初凝时间测试，结果如表 4 所示。

表 4 透水混凝土的工作性能测试

通过试配发现，水泥用量较高的透水混凝土凝结时间较短，且浆体较多，坍落度明显偏大，孔隙易堵塞，导致混凝土透水系数降低；不用减水剂的和增强剂的混凝土坍落度太小，不利于混凝土的施工和成型。表 4 中的数据对比可以看出试验序号为 S3 和 S4 的混凝土工作性能较为理想。

3.2 试块外观及透水系数的测试

对硬化后的混凝土试块进行表观检查，并测试混凝土的孔隙率以及透水系数，测试结果如表 5 所示。

表 5 混凝土试块的外观及透水系数测试

从试验结果来看，混凝土透水系数与试块的外观相关性较好，与孔隙率的相关性较差，孔隙率较大的混凝土，往往由于局部的水泥浆富集，透水系数反而较低。因此，在制备透水混凝土时，拌合物的匀质性是至关重要的指标。从试验结果还可以看出，水泥用量较高的，其底部由于浆体的下沉，使得混凝土的透水系数降低；水泥用量少的，不能将骨料完全包裹，使得骨料间的粘结力不够，多有剥落现象。

3.3 混凝土的力学性能测试

对硬化后的混凝土试块进行抗压强度测试，测试结果如表 6 所示。

表 6 混凝土试块抗压强度测试

工程要求强度等级为 C30，按照表 6 来看，试验号 为 S3 和 S4 配合比试验结果满足工程要求。结合以上工作性能及透水性能的试验结果，最终确定工程使用配合比为 S3 和 S4。

4 实际工程应用情况及相关问题的解决

4.1 运输

该工程运输距离较远；且不具备现场搅拌条件。所以综合考虑采用搅拌车运输，搅拌车进料口较小，进料较为困难，但因其封闭性较好，不易被暴晒而导致混凝土失水过快，较长时间内地保证混凝土的工作性能；针对进料问题，采用在进料口加装小型振动器辅助进料，取得了良好效果，解决了透水混凝土集中生产运输的难题；为集中搅拌透水混凝土提供了初步解决方案。

4.2 施工及养护

（1）施工初期，对基层进行了浇水湿润处理，施工过程中采用了人工摊铺压实，由于工人操作熟练程度不同，施工时间存在明显差异，超过 2 小时后，混凝土不易施工，表面抹压较为困难，硬化后部分骨料间没有粘结强度且易松动，达不到预期效果。为改进施工，将人员分成两组，一组在前面压实，另一组随后抹平，大大减少了施工时间，确保了透水混凝土的施工质量。

（2）养护：施工抹面后立即覆盖薄膜养护，当时效果良好，但第二天发现混凝土表面由于水蒸气的作用，色彩分布变得不均匀，为了解决色差问题，采用了初凝后用表面养护剂封闭，收到了良好的效果。

（3）工程检测及验收：工程结束后对混凝土路面进行了透水性验收，验收结果表明透水系数良好。对所留置的试块和现场钻芯试块进行了试压，均达到了设计要求，工程竣工使用四年，反映效果及使用功能良好。

图 2 为彩色透水混凝土路面的应用效果图。

图 2 淮安市轻轨交通公司休闲公园彩色透水混凝土路面

5 结论

（1）透水混凝土的强度关键取决于骨料间的粘结强度，掺加增强剂和减水剂能明显提高混凝土的强度。

（2）混凝土透水系数与试块的外观相关性较好，与孔隙率的相关性较差，孔隙率较大的混凝土，往往由于局部的水泥浆富集，透水系数反而较低。因此，在制备透水混凝土时，拌合物的匀质性是至关重要的指标。

（3）通过一定的技术手段可以实现透水混凝土的集中生产，并使用搅拌车运输到施工现场，对施工现场的环境保护提供了可靠保证。

（4）通过配合比优化和施工的改进，透水混凝土能很好地运用在一些大型承重道路中。