探讨海绵城市改造中透水混凝土施工质量控制对策

2021-04-25杨世海

绿色环保建材 2021年4期

杨世海

福州铁建建筑有限公司

1 透水混凝土概述

透水混凝土的主要组成部分为水泥和水掺配相同粒径或者间断级配骨料，同时其具有一定的孔隙率，属于混合材料的一种。透水混凝土中并不具有细骨料，是通过粗骨料表层覆盖的一层较薄的水泥浆，在黏结作用下产生的孔穴均匀分布的一种蜂窝状结构，正是因为这一结构，使透水混凝土具有透水、透气以及重量轻的优势[1]。但是因为透水混凝土是一种新型生态材料，目前应用并不广泛，在我国大多数区域的使用仍处于初步发展阶段，并不具备完善的施工工艺及验收标准，因此将其应用于工程中仍存在诸多问题。为了能够保证海绵城市的建设效果，提高工程施工质量，延伸其适用范围，采取透水混凝土施工质量控制措施具有重要的作用。

2 工程概况

鹤林片区海绵化改造工程第1标段项目，原合同施工范围包含21个老旧小区海绵化改造。其中代表性小区世纪城海绵改造项目属于福州市海绵城市建设源头改造项目之一，用地面积约2.575公顷，年径流控制率70%。世纪城项目位于福州市晋安区长乐北路68号，本次改造项目为世纪城一期共8栋，北侧为世纪城二期共2栋（未施工），南侧为立州大厦，西侧为康山社区居家养老服务中心。总面积：25752m2，建筑类型：小高层，建筑面积：6562m2，绿地率29%，

其中海绵改造部分施工内容包含透水铺装、透水混凝土路面、植草砖、透水塑胶等。

3 透水混凝土配合比设计

对透水混凝土配合比进行设计需要在确保强度和孔隙率的基础上进行，需要使用体积填充法进行试配，主要将1m3透水混凝土所占体积作为已知参数，明确目标孔隙率，对胶结料浆体材料占据体积进行就散，结合水灰比得到水泥及用水量。

3.1 水灰比

水灰比是十分重要的参数，对透水混凝土的强度和性能有巨大影响，如果水灰比较小，水泥浆较为干稠，表明混凝土拌和物和易性不佳，无法均匀搅拌，致使水泥浆不能对骨料表面进行完全包裹，混凝土强度不佳；相反，如果水灰比较大，水泥浆稀液较易渗入骨料空隙，导致透水空隙堵塞，不仅对透水性能造成影响，同时导致其强度不佳。相关规定显示，需要通过试验明确水灰比，合理控制选择范围，在0.25～0.35 之间。需要通过透水混凝土设计强度及孔隙率，优化相关试验，得到同一孔隙率的不同强度，再通过作图法等方法得到符合孔隙率及强度要求的水灰比。

3.2 骨料级配

骨料级配对透水混凝土的强度及透水性能有巨大的影响。主要原因在于骨料粒径同表面积呈反相关关系，同胶结面积呈反相关关系，构成骨架后其单位体积内各个骨料颗粒的接触点数量越多，骨料受力越均匀，混凝土强度越高，但是透水性能会下降。相反如果骨料粒径较大，骨料颗粒间接触点数量越少，空隙越多，导致透水性能提高，但是强度下降明显。

因此骨料粒径构成的混凝土无法兼具强度和透水性能。骨料级配如果无法满足相关要求，则需要使用间断级配，根据级配原则组成三种沥青混合料，通过粒径较大并且单一的骨料构成混凝土，将其作为骨架-孔隙结构，具有较高的孔隙率，耐久度不佳。通过较多数量粗骨料同合适细骨料构成的混凝土，可将其作为骨架-密实结构。虽然孔隙率较低，但是具有较高的强度和耐久度。

将高等数学理论作为主要依据，对骨料间断级配的原理以及正确应用方法进行详细分析。如图1所示。首先选择三个圆球，设置其直径为D，将其堆成紧密的状态，直径为d的小球当期孔隙尺寸小于三球才能够进入空隙。通过计算可知大小球粒径之比为6.46,这时直径为d 的小球能够放入三个大球之间的空隙，因此这也表明骨料孔隙最低，比表面积最少、接触点数量较多。但是对混凝土进行分析，骨料不是正圆形，其粒径也相等，并且骨料颗粒间因为被水泥砂浆层包裹，导致粒径增加明显，因此可能会导致骨料颗粒兼具增加。通过上述分析，可以将大粒径骨料直径D 与小粒径骨料直径D 的比值设置为4.8 时配制。该方法不但可以确保骨料表面水泥砂浆薄膜层厚度的均匀性，避免发生流浆等问题，同时能够确保混凝土强度及透水性能符合设计要求。

图1 粗骨料间断级配原理

以上述原理为基础，该项目使用同一配合比及不同骨料粒径对透水混凝土进行试配，分别采取强度试验、透水系数试验机孔隙率试验加以验证。最终明确该项目设计的16mm～20mm 粒径C25无砂大孔混凝土，使用16mm～20mm粒径的粗骨料以及少量2.5m～5.0m粒径的细骨料构成双粒级骨料，根据相应的比例掺配使用。

通过上述试验可得出以下相关结论：通过双粒级骨料拌制形成的透水混凝土不但具有非常高的强度，同时相较于单粒级骨料拌制形成的混凝土强度更高，透水性能更佳。主要原因在于双粒级骨料拌制形成的透水混凝土比单粒级骨料孔隙率较小，所以骨料颗粒间的接触点数量增加，骨料受力较为均匀，所以混凝土强度较高。同时双料级互相填充的作用导致骨料的比表面积下降，减少水泥用量，如果水泥浆完成对骨料表面的包裹，混凝土内部则会产生相应数量的连通孔，透水性能较好。

4 透水混凝土材料控制措施

透水混凝土使用的原材料同普通混凝土具有一定的相似性，均为水泥、水、骨料及其他材料组成。结合上述材料的特点，对其进行运输和存储的过程中要做好覆盖、防潮工作，这也是保证施工质量的重要措施。

选择材料的过程中，透水混凝土使用的集料需要具备质地良好、结构密实、整洁以及具备良好耐久度的碎石，需要注意不可使用卵石，为了进一步提高透水混凝土的孔隙率，级配需要根据相关标准明确。主要为（CII/T 135—2009）中间断级配碎石的相关标准。其次需要合理控制水泥强度，使用水泥强度的等级≥42.5级，尽量选择硅酸盐水泥或者常规硅酸盐水泥。最后，使用增强剂有助于提高混凝土的抗压性能和抗折性能，同时有助于解决透水混凝土后期阶段泛碱扥该情况。但是有一点需要加以注意，目前市场中的增强剂质量性能参差不齐，所以需要通过试验验证后才能够投入使用。

5 透水混凝土施工质量控制措施

同常规混凝土相比，透水混凝土在搅拌、普涨以及振捣等施工工艺中存在明显的不同。下面本文以透水混凝土施工工艺为基础，对透水混凝土施工质量控制措施进行阐述。

5.1 搅拌与运输控制措施

对透水混凝土进行搅拌需要使用机械设备完成搅拌，目前使用较为广泛的机械设备为强制性搅拌机。因为透水混凝土的水灰比较低，初凝时间非常短，从出厂到在工作面的运输时间不能过长，需要保持在30min之内，以防其发生散子情况，对整体施工质量造成不良影响。

同常规混凝土相比，透水混凝土的拌制也存在明显的不同，其主要流程为：（1）使用将骨料同50%用水量混合，放入到搅拌机中进行30s的拌和作业；（2）之后再搅拌机中放入水泥、外加剂及增强剂，进行40s的拌和作业；（3）之后将剩余50%用水量放入搅拌机，进行50s 的拌和作业，出料。该方法的主要目的为首先对骨料表面进行润滑，以防水泥浆过稀或者过多，进而对路面透水性能造成影响，除此之外保证透水混凝土强度合理。从搅拌机出料后，将透水混凝土运输到施工现场，指导浇筑结束的允许最长时间，应该通过实验室结合水泥的初凝时间及施工温度明确。如果施工温度在5℃～10℃之间，允许最长时间为2h，施工温度在10℃～20℃之间，允许最长时间为1.5h，如果施工温度在20℃～32℃之间，允许最长时间为1h。并且在运输时需要避免拌和物出现离析显效。如果温度较高，需要采取有效地遮挡措施。

5.2 铺筑控制措施

对混凝土进行浇筑前，首先需要使用水对路基湿润，否则透水混凝土受到干燥路基的作用导致其水分下降，骨料黏结程度也会有所下降。透水混凝土拌和料摊铺需要保证均匀，摊铺厚度需要使用1.1松铺系数，确保其能够一次性完成摊铺，同时确保其满足规范要求，以防二次摊铺，对整体施工质量造成影响。在施工环节，还需要朱红边角等位置，如果存在缺料，需要做好补料和压实处理。如果路面为双层设计，上层混凝土需要在下层混凝土初凝的过程中铺设，时间控制在1h之内，确保其结合度良好。

5.3 振捣和压实控制措施

多数情况下透水混凝土使用低频平板振动器振动。不宜使用高频振捣器，或者使用低频振动器在相同位置振动时间较长，可能会导致混凝土孔隙率下降，对透水性能造成不良影响。并且高频振捣器会导致水泥浆液从粗骨料表层离析，进入底部产生不透水面，导致混凝土透水性不佳。在结束振捣后，需要使用专门耳朵钢制滚筒进行压实处理。局部机械设备难以压实的位置进行人工处理。完成压实后，需要使用抹平设备进行收面处理。

5.4 接缝控制措施

因为透水混凝土具有较高的孔隙率，并且通常情况下路面较薄，因此需要合理控制路面切缝的深度，通常情况下深度为面层厚度的50%～30%，并且确保其超过30mm。

填缝过程中，剂量不要使用热流性材料，主要原因为该类材料受到高温的影响会发生液化，进而渗透到透水混凝土空隙中，导致空隙受阻严重。所以填缝材料需要使用橡树塑胶材料等，具有一定的定型性。

5.5 养护控制措施

因为透水混凝土中具有数量繁多的孔洞，在常规自然环境下极易导致水分流失，干燥较快，因此采取有效地养护措施十分重要。在养护的过程中需要注重早期阶段的保湿养护，以防浇筑结束混凝土中水分的蒸发。因为透水混凝土水灰比小，早期阶段强度高，所以相较于常规混凝土拆模的时间更长，所以侧面和边缘会暴露在空气中，需要使用塑料薄膜或者彩条布对其进行覆盖，确保其湿度和水泥的水化。多数情况下需要在路面浇筑24h后进行洒水养护，洒水的过程中，不应使用压力水枪冲击混凝土表面，以防带走水泥浆，导致表面强度下降。需要使用喷壶从上到下进行洒水保湿。