对透水混凝土性能与工程应用探究

樊守亮

山东恒泰工程集团有限公司

1 前言

随着我国城市化进程的不断加快，各种不透水的道路以及建筑的面积在不断地扩大，这在很大程度上为居民的生活和出行提供了极大地方便，但与此同时也为地下水的补给问题造成了不良的影响。因此，在这种环境下，透水混凝土的应用得到了越来越多人的关注和重视。透水混凝土具有一百多年的历史。在一百多年以前，透水混凝土出现并逐渐投入使用，随后在欧美等许多国家得到了广泛地应用和快速的发展。然而，由于我国在应用透水混凝土方面发展较晚，所以比较依赖国外的技术，而这种现状对我国加强透水混凝土的研究和应用提出了更高的要求。因此，本文将通过对透水混凝土性能以及工程应用等方面的研究，促使透水混凝土得到广泛应用以及快速发展。

2 透水混凝土的性能研究

透水混凝土，又被称作“生态混凝土”。透水混凝土是一种由水泥、粗骨料、增强剂以及水相互搅拌后经过特殊加工而形成的轻质多孔混凝土。透水混凝土虽然在组成材料方面与传统的混凝土保持基本一致，但是由于受到材料配置比例以及特殊工艺的影响，透水混凝土更加的透气和透水，因此，有利于有效促使降水渗入地面，补给地下水，从而弥补传统混凝土带来的消极影响。当前，由于透水混凝土具有良好的性能，而在工程中得到一定的应用，其中包括环境建设工程以及道路建设工程等。透水混凝土的性能主要表现在以下几个方面。

2.1 工作性能

工作性能是在工程中应用透水混凝土的基本性能。透水混凝土具有良好的工作性能，能够在很大程度上增强工程施工的简易程度以及提高工程的质量。

2.2 力学性能

透水混凝土具有良好的力学性能。透水混凝土是由按照特定的配置比例的材料与特殊工艺相互结合制作而成的骨架孔隙结构，而粗骨料和浆体的接触点和面积能够减弱其内部的结合，因此，与过去传统的混凝土相比，在力学性能上具有明显不同。许多研究学者对透水混凝土力学性能的改善进行了许久的实验和研究工作。而有研究得出，透水混凝土的孔隙率、抗压强度以及透水系数等会随着粗骨料性能和规格的改变而改变，由于减水剂等外加剂的配置比例的改变，会使透水混凝土的透水性产生较大的影响[1]。

2.3 排水性能

透水混凝土具有良好的排水性能。透水混凝土是由水泥、粗骨料、增强剂以及水等原材料按照特定的配置比例搅拌后，在经过特殊加工后而形成的一种骨架孔隙结构。在透水混凝土的内部，其孔隙率一般是百分之十五至百分之三十，而大部分孔隙的孔径大于一毫米，使其透水系数达到了零点五至二十毫米每秒。在发生降水初期，雨水会逐渐渗进透水混凝土内部的孔隙里。降水量与透水混凝土的孔隙率相比，当降水量较小时，雨水是聚积于透水面层以及基层里的；当降水量较大时，可透水的道路路面就能够产生地表径流。所以，透水混凝土的透水面层以及基层的孔隙率将决定了透水混凝土道路路面的渗透水以及蓄积水的能力。因此，利用透水混凝土而成的透水性道路路面有利于降低城市中“内涝”现象发生概率，当然也不能彻底解决城市“内涝”问题，降水结束后，在可透水性道路路面上聚积的水分能够得到蒸发，如此，便形成了一个良性的水循环系统。

在《透水水泥混凝土路面技术规程》中明确规定，排水沟应该设置在透水混凝土路面的沿线上。倘若在降水过程中，降水量超出了透水混凝土路面能够储蓄的量，排水沟就可以收集超出来的雨水[2]，而在排水沟储存的雨水在经过处理后其用途非常广泛，可以用来洗车、浇洒道路以及绿化城市等。与此同时，地势较低的植被浅沟以及下凹式的绿地有利于降水的下渗。例如，澳大利亚是一个局部地区严重缺水的国家，但澳大利亚通过建设海绵城市等手段，例如充分利用透水混凝土技术修建人行道、道路等，在应用透水混凝土的道路路面上，再建造一个下凹式绿地，使降水、地表径流、地下水等形成了一个良性水循环系统，在很大程度上缓解了相关地区和城市水资源短缺的局面。通过透水混凝土路面与普通混凝土路面的相互比较就会发现，透水混凝土路面附近植被的生长趋势更好[3]。

2.4 强度特性

透水混凝土具有强独特性，而这种特性与透水混凝土的原材料以及其透水性是紧密联系的。如果加大黏结剂以及增强剂的用量，那么透水混凝土的抗弯、抗压以及抗裂的强度就会随着增强。如果扩大集料的尺寸，那么透水混凝土的抗弯、抗压以及抗裂的强度就会随之减弱。而当透水混凝土的孔隙率在不断地增大时，其强度也会随之降低。而没有细骨料制作的混凝土，其强度是一点四至十三点七。因此，根据许多的研究可以看出透水性混凝土强度的提高，一定会导致透水混凝土孔隙率的减小，从而降低透水混凝土的渗透系数。所以，由于强度的制约，透水混凝土主要应用于停车场、人行道以及停车场等场所。

2.5 抗冻性能

透水混凝土还具有抗冻性能。抗冻性能指的是在水饱和的状态下，材料能够经得起反复的冻融而没有遭受损坏的性能。除此之外，透水混凝土内部的孔隙率越小，就具有更好地抗冻性能。由此可得，抗冻性与透水性在指标上是负相关的。而在相同的水灰比中，透水性混凝土的孔隙率越大，则具有较差的抗冻性能。所以，透水混凝土在路面的广泛应用受到了抗冻性能的制约。根据研究所得，如果在制作透水混凝土的原材料中加入添加剂SR-3，有利于优化其孔隙结构，有利于增强浆体与其内部粗骨料相互黏结的力度，从而促进透水混凝土的冻融循环[4]。通过当前的相关研究看来，较少涉及增强透水混凝土的抗冻性能等方面的内容，所以要想实现透水混凝土抗冻性能的增强，还需要经过大量的研究实验等途径，从而增强透水混凝土的抗冻性以及延长透水混凝土的使用期限。

2.6 吸声降噪性能

透水混凝土是一种骨架孔隙结构，因此在其内部有诸多密集的孔隙，这将在一定程度上消耗声波，其中一部分的声波会被反射到空气中，而其余部分则会传播到透水混凝土内部的孔隙中，声波在内部孔隙中传播时，会经过诸多的摩擦后消耗殆尽，因此，透水混凝土的孔隙对声波具有明显地吸收作用，有利于减少噪声污染。通过诸多学者对透水混凝土的吸声降噪性能的研究和探索得出，其对声波的吸收受到材料配置比例的影响，因为透水混凝土材料的配置比例会对其内部的孔隙率产生一定的影响，而提高透水混凝土内部的孔隙率能够提高其吸声系数。

2.7 抗疲劳性能

目前，透水混凝土广泛应用于道路建设工程中，常常用来制作路面或者铺设路基。道路质量的好坏是要经得起行人以及车辆的荷载、摩擦和反复碾压，因此，对透水混凝土的相关性能提出了更高的要求，而透水混凝土的抗疲劳性就是其重点研究内容。通过研究和实践发现，应用透水混凝土的道路路面能够持久的承受车辆的碾压以及荷载，具有良好的抗疲劳性能。

3 透水混凝土的工程应用

透水混凝土由于具有良好的性能，所以广泛应用于各种道路、园林、停车场以及体育馆等工程建设当中，此外，在隧道工程的建设中也发挥着至关重要的作用。下文将以公路（铁路）隧道工程为例，探讨透水混凝土在工程中应用的必要性、应用方案以及应用前景和推广价值。

3.1 隧道工程中应用透水混凝土的必要性

（1）有效防治水害。公路（铁路）隧道是一个相对狭小且封闭的管状环境。虽然降水或者地表水不对隧道产生直接的影响，但是隧道的拱顶以及拱璧等部位会受到冷凝水的渗入或者滴入、地下水的涌入、降水的流入以及车轮的带入等一系列的影响，而使得隧道路面产生积水，这将直接减弱隧道路面的抗滑性，尤其是在寒冷地区，隧道路面的积水冷凝成冰，就极易引发交通事故。而且由于隧道道路的积水，会加快钢轨以及相关零件的锈蚀进程，从而造成损坏。除此之外，还会造成诸多其他问题。而透水混凝土具有排水性能（透水性）。隧道路面的积水会透过透水混凝土的孔隙而渗透到土层中去，这样一来，能够有效防止隧道路面的积水，从而降低降水对于隧道路面的影响。

（2）有效防治噪声污染。噪声污染是交通隧道中难以解决的问题。由于隧道是一个相对封闭的环境，所以在封闭环境下，车辆驶过带来的噪声会受到封闭作用的影响，而产生反射、共振以及叠加等现象，从而使得车辆的噪声更为持久，不容易消耗。透水混凝土具有吸声降噪性能，因此，将透水混凝土应用于隧道工程中，能够有效缓解噪声污染。

（3）有效防治空气污染。隧道中的空气污染也是亟须解决的难题之一。在隧道中，由于车流量大，所以会释放出大量的尾气，汽车尾气中含有大量的有毒气体，比如一氧化碳以及二氧化氮等。此外，隧道内的大量粉尘主要来自车辆的轮胎在隧道路面的磨损以及隧道外扬尘的侵入等，而尾气和粉尘就是空气污染的主要来源。隧道的封闭环境不利于空气的流通以及污染物的扩散，从而引发了空气污染。而透水混凝土是一种骨架孔隙结构，密集的孔隙具有吸收尾气和粉尘的作用，因此，在隧道工程中，透水混凝土的应用能够有效缓解隧道内部的空气污染，从而改善空气质量。

（4）有效防治火灾。隧道是一个封闭式的管状结构。倘若在隧道内发生火灾，由于封闭作用，就极易导致“烟筒效应”的产生，从而使火势在短时间内迅速蔓延，更甚者，会发生爆炸，其后果不堪设想。透水混凝土是不可燃的，火灾一旦发生，其火焰的温度会透过透水混凝土内部的孔隙而接触到潮湿的空气，从而达到有效降低高温以及控制火势蔓延的作用，因此透水混凝土在一定程度上具有阻燃的作用[5]。而在降低了整个隧道内部的温度之后，爆炸现象就不易发生，从而保证人员、车辆以及隧道工程的安全，延长隧道的使用寿命。

3.2 透水混凝土在隧道路面的应用

透水混凝土具有良好的透水性能，将透水混凝土应用于隧道路面的建设中，能够有效吸收隧道路面的积水，此外，还可以与雨水收集系统相结合，而雨水收集装置并不仅仅收集雨水，这是一个宽泛的概念，指的是隧道内部的一切水源。雨水收集系统能够有效收集隧道内部的污水，从而实现对其污水的净化和处理[6]。污水经过净化后，有多种用途，比如用于消防储备或者清洁隧道等。

（1）透水混凝土在铁路隧道的应用。环向、纵向盲沟以及中心、侧向、横向排水沟构成了铁路隧道的排水系统，铁轨两侧以及中间的区域，对承载力的要求较低，因此，可以应用透水混凝土来铺设路面，以此作为中心及侧向排水沟的替代物。

（2）透水混凝土在公路隧道的应用。在公路隧道路面的建设中，可以应用透水混凝土的区域非常广泛。公路隧道的排水沟、公路隧道的检修道、公路隧道的紧急停车带、人行道以及非机动车道等，都可以应用透水混凝土来铺设路面。

3.3 透水混凝土在隧道工程中的应用前景与推广价值

我国的隧道建设工程迅速发展，并取得了显著的成就。根据中国土木工程学会隧道及地下工程分会在“中国隧道与地下工程技术研讨会”上公布的统计数据，我国已成为世界隧道及地下工程建设规模和建设速度第一大国。然而隧道内部环境建设却与隧道建设的规模和速度不相匹配，较为封闭的隧道内存在诸多问题和危害，其中问题最为突出的就是隧道路面积水多、噪声污染严重、空气污染严重以及火灾危害性大等这四个方面的问题，而透水混凝土的应用有利于有效缓解这些问题的产生。但是，目前人们对透水混凝土的认识还比较局限，一般认为透水混凝土具有排水性好、但是强度低等特性，从而认为透水混凝土的工程应用范围狭窄。但是，从透水混凝土具有的良好性能，以及目前透水混凝土在隧道工程应用中取得的成效看来，透水混凝土具有广阔的发展空间。随着人们对透水混凝土认识和了解程度的不断加深以及透水混凝土在建设工程中的不断应用，相信在不久的未来透水混凝土在隧道工程中的应用会越来越广阔。

除此之外，国道210线上的贵州境内崇遵高速公路的金竹窝隧道、广河高速龙门山坳隧道以及广西壮族自治区百色至罗村口高速公路隧道等，都有专门的道路研究人员在实验路段做过将透水混凝土应用于铺设隧道主干道的尝试。虽然还只是一种尝试和探索，并没有大规模的开发和应用。但是有理由相信，不久的未来，透水混凝土将成为铺设隧道主干道的主要材料之一。

4 结语

透水混凝土作为一种新型的混凝土材料，与过去传统的混凝土相比，具有优良的透气、透水、抗冻以及吸声降噪等性能，正是当前许多工程中所需要的重要材料，因此，透水混凝土在城市工程的建设中得到了一定的应用。但是由于对透水混凝土的研究还不够充分，所以透水混凝土存有的不足之处还有待改善，而透水混凝土的许多利用价值还有待挖掘。综上所述，在我国，对于透水混凝土的研究、应用以及推广还存有较大的发展空间。