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透水混凝土在“海绵城市”建设中的应用研究

2020-03-25王晓妍汤国芳孟祥辉卢传泰吴帅马忠华

江苏建材 2020年1期
关键词:海绵城市摊铺骨料

王晓妍 ,汤国芳 , ,孟祥辉 ,卢传泰 ,吴帅 ,马忠华

(1.徐州市交通控股集团有限公司,江苏 徐州 221000;2.江苏诚意工程技术研究院有限公司,江苏 徐州 221000)

0 引言

海绵城市是指它能够像海绵一样,在自然环境发生变化和雨水带来的灾害等方面具有良好的“吐纳功能”,能够有效控制地面雨水径流,实现水资源的有效积存、渗透和净化,使城市进入绿色健康生态发展。

作为 “海绵城市”建设的主要地面铺装材料——“透水混凝土”的生产与应用,对我国构建“海绵城市”具有重要的现实意义。

1 研究目的

(1)通过“海绵城市”建设提高地面雨水的渗透能力,改善城市生存环境。

(2)寻求高强度透水混凝土的配合比以及施工方法,在实现混凝土高透水性的同时,提高混凝土的强度和耐久性。

(3)针对目前透水混凝土性能检测方法不统一等问题,找到一种透水混凝土试件制作与检测的简易有效的方法,使透水混凝土各项指标能够得到准确体现。

(4)通过工程应用制定出合适的透水混凝土配合比设计、生产、施工、检测技术规程,形成一套完整的透水混凝土生产与施工技术。

2 研究方案设计

(1)根据 CCJJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》进行配合比设计;

(2)通过搅拌工艺调整透水混凝土工作状态,增加透水混凝土的均匀性;

(3)调整外加剂性能,减小透水混凝土的坍落度损失和水分蒸发,使能够满足预拌化生产的要求;

(4)根据配合比进行透水混凝土配制,记录混凝土的初始状态、性能,制做试验、检测所需的各类试件;

(5)进行透水混凝土的检测与数据收集;

(6)研究透水混凝土力学性能与透水系数、孔隙率之间的关系。

3 试验用原材料

3.1 水泥

采用江苏诚意P·O 52.5水泥,各项技术指标满足现行国家标准 《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)的质量要求。

3.2 骨料

采用徐州明阳采石厂碎石,质量符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ 52—2006)的要求。

3.3 外加剂

采用徐州铸建科技ZJ-1高效复合型外加剂。

4 透水混凝土配合比及试验结果

4.1 配合比设计指标

根据原材料性能特点和透水混凝土的要求,为了获得满足设计、生产和现场施工要求的透水混凝土,以(抗压、抗折)强度、孔隙率等为指标进行透水混凝土配合比设计。

4.2 设计方法原理

设计方法详见CCJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》。

4.3 透水混凝土配合比(表1)

4.4 透水混凝土试验结果及性能(表2)

表1 透水混凝土配合比/(kg/m3)

表2 透水混凝土试验性能参数

4.5 结果分析

(1)随着抗压(折)强度的增大,透水系数逐渐减小(图1),因为透水效果主要是由内部连续孔隙的多少来决定,透水系数变小,反映连续孔隙率也相应减少,混凝土就更加密实、强度提高。

(2)抗压(折)强度随着孔隙率的减小而增大(图1),这是因为透水混凝土内部是一种骨架孔隙结构[1],孔隙率的减小必然造成内部孔隙的减少,而且抗压(折)强度与设计孔隙率的相关性大于连续孔隙率。封闭孔隙的存在同样使得集料之间接触机会减少,从而引起强度的降低。

图1 力学性能与有效孔隙率、透水系数的变化关系

(3)透水混凝土主要是粗骨料结构,依靠粗骨料与水泥浆体的粘结形成强度。细集料很少或没有,从而形成一定的孔隙率。

总之,透水混凝土的强度主要取决于水泥的性能、水泥用量和空隙率。水泥用量越大,骨料表面包裹的水泥浆越多,对应的透水混凝土强度就越高。当然,这是对水灰比(W/C)合适的情况而言的。水灰比大时,水泥浆在拌合物施工成型过程中会沿着孔隙下沉[2],不仅容易使孔隙堵塞,导致透水性下降,引起浆体分布不均,从而造成强度不均匀。

5 生产施工注意事项

5.1 制备

使用数量少或特殊部位使用,无法采用大型设备施工,适合现场搅拌干硬性的透水混凝土,拌合物出机时“手抓成团,落地即散”为最佳拌合状态;大型工地可以使用大型摊铺机械施工,适合在搅拌站预拌化生产大流动性的透水混凝土,通过调整,坍落度可达150 mm以上。

透水混凝土生产搅拌顺序为:称料→骨料、50%拌合水→搅拌30 s→胶结材、50%拌合水→出料→搅拌60 s→加适量减水剂调整→搅拌60 s→出料。

5.2 运输

(1)生产透水混凝土的用水量少,胶凝材料相对较多,混凝土水化快,现场搅拌的干硬性透水混凝土一般用平板车或装载车输送,应控制在30 min以内运到施工部位,运输过程中须使用塑料布覆盖,防止水分散失。

(2)预拌化工艺生产的透水混凝土通过专用的复合型外加剂调整,从生产到施工结束不得超过3h。

5.3 摊铺

透水混凝土施工必须及时准确,由于未摊辅的透水混凝土为松散的多孔性结构,与空气接触的表面积大,表面水份蒸发较快。因此混凝土在倒出运输车时必须马上进行摊铺,松铺系数一般为1.05~1.1。将拌合物均匀摊铺在施工部位,用平板振动器或人工捣实,宜采用低频振动压实机[3],最后用抹平机抹平。振动器振动时间不能过长,防止出现浆体与骨料分离现象,摊铺应该迅速、正确。

5.4 养护

(1)摊铺结束时,须立即覆盖塑料薄膜和草帘,进行保温保湿,使胶凝材料能够充分水化。

(2)养护:透水混凝土在施工完成后立即进行保温保湿养护。

(3)养护时间:高温时不少于 14 d,低温时不少于21 d。当在5℃ 以下施工时,养护时间应该延长到不低于1个月。

6 应用实例

综合以上的研究,依据透水混凝土设计要求,兼顾工作性、力学性和耐久性,根据目前的原材料状况,设计出不同性能透水混凝土配合比。在室内系统试验的基础上,按照工程距离及结构不同进行生产、运输与施工试验,研究透水混凝土运输距离、施工方法等对透水混凝土强度及透水性能的影响,测试验证透水混凝土性能参数,为建设“海绵城市”提供重要依据。

2017年12月,以诚意集团住宅工业化公司停车场作为干硬性透水混凝土试点工程。该工程面层为C30彩色透水混凝土,基层C20透水混凝土,厚100 mm,铺设总面积为300 m2。该项目严格按照透水混凝土路面的施工工艺来铺设,并设置排水沟与道路排水系统相连,以缓解暴雨天基层过多积水。通过检测,所制成的停车场具有良好的透水性能,强度满足设计要求,且表面具有防滑、降噪音等多种功能,同时具有质朴美观的视觉效果。

2018年6月,以铸建建材有限公司停车场作为流动性透水混凝土试点项目,经检测,各项指标符合规范要求,解决了透水混凝土的大批量生产和长距离运输困难,实现了透水混凝土的预拌化。

7 生产成本及生态环境效益

7.1 生产成本

由于生产工艺及原材料等因素,目前每平方米透水混凝土的成本为普通混凝土的1.8倍左右。

7.2 生态环境效益

(1)增加了城市露天地面透水透气面积,减轻了集中降雨季节道路排水系统的负担。

(2)充分利用雨雪下渗,发挥透水性路基的蓄水功能,增加了地表相对湿度,降低地表温度,调节城市气候,改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件,缓解城市热岛效应,调节了生态平衡。

(3)增加了路面行走舒适感和安全性,吸收城市路面噪声,创造了舒适的交通环境。

(4)透水混凝土具有更大的路面摩擦力,可降低路面的反光效应,使交通环境更为安全。

(5)可以吸附城市部分污染物,减少扬尘污染,创造良好的人居环境。

8 结语

通过研究,改进了透水混凝土的试验方法,积累了透水混凝土生产和应用经验,解决了生产中的一些实际问题,为试验方法标准的起草奠定了基础。推广和应用透水混凝土是改善地下水环境、建设“海绵城市”保持现代化城市可持续发展的一条重要途径,具有显著的社会效益和生态环境效益。

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