高性能耐久性透水水泥混凝土路面技术研究与应用

陆路,张玉斌

摘 要：笔者开展高性能耐久性透水水泥混凝土的强度形成机理、原材料、路用性能、施工工艺等方面的研究，并成功铺筑了实体工程，提升了道路路面品质及服务功能，助力了交通强国发展。

关键词：高性能;透水;水泥混凝土;路面

1 概述

到2035年，我国将利用先进信息技术应用，逐步提升道路基础设施规划、设计、建造、养护、运行管理等数字化水平，开发新型材料，提高道路服务水平与服务质量，建设全寿命周期内的品质工程。

透水混凝土是一种广泛应用于透水铺装措施中的新型生态型的道路材料，日益受到人们的关注。而以国家战略政策导向为契机，高性能耐久性透水水泥混凝土路面，既可满足城市各种载荷道路的强度要求，又具有透气透水性，分解汽车尾气等有害气体，吸附微小粉尘，降音、降噪，缓解城市“热岛效应”等，是未来我国道路发展的重要方向，也是海绵城市总体规划的一个组成部分。

2 强度机理

当前，绝大多数透水水泥混凝土材料强度低，一般在C30以下，无法满足公路及城市道路路面对混凝土强度要求，笔者开发的高性能耐久性透水水泥混凝土強度能达到C35～C50，完全能够满足重载交通要求，拓展透水混凝土应用范围。

高性能耐久性透水水泥混凝土是经过特殊无机型透水保水水泥混凝土增强剂经与水混合形成稀释液再于水泥混合形成水泥浆包裹住粗、细骨料，配合精细施工制成具有连续孔隙的高强度透水混凝土。高性能耐久性透水水泥混凝土基于无机型增强剂开发，其主要成分为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化铵、硫酸钠等混合成的无机盐溶液，工作机理为：

（1）增强剂中成分包括了常规的减水剂、早强剂和增强剂成分，能达到早强、增强效果。

（2）增强剂与水泥中钙物质反应，生成不溶物，激发水泥形成大量的凝胶产物，增加骨料之间粘结性，增加混凝土强度。

（3）增强剂与水泥水化产物发生反应，形成絮状网络的凝胶物质，填充集料表面毛细孔，改善胶体与骨料界面密实性，以此增加混凝土强度。

3 原材料试验

水泥采用海螺牌52.5硅酸盐水泥（P.Ⅱ型），其具体性能参数如表1所示。

集料选用项目部自加工的花岗岩作为高性能耐久性透水水泥混凝土的粗集料，石料粒径处于4.75 mm～9.5 mm的含量约70%～80%，选取花岗岩强度高，针片含量少，其颗粒饱满、圆润，自加工花岗岩洁净无杂质，有利于高性能耐久性透水水泥混凝土骨架的形成以及强度的保持，集料技术标准见表2所示，级配见表3所示。

增强剂选用多功能无机型透水保水混凝土增强剂，该增强剂属于液态，对高性能耐久性透水水泥混凝土强度具有较好的提升效果，性能见表4所示。

4 路用性能试验

对高性能耐久性透水水泥混凝土综合性能进行试验研究，主要包括高性能耐久性透水水泥混凝土的抗压强度、抗折强度、抗弯拉模量、收缩性能、透水系数及干缩性等性能试验数据如表5所示。

从表5可以看出：

（1）高性能耐久性透水水泥混凝土弯拉强度满足《公路水泥混凝土路面设计规范》中极重、特重、重交通条件下水泥混凝土的弯拉强度标准值≥5.0 MPa的要求。

（2）高性能耐久性透水水泥混凝土的抗冻性，进行50次冻融循环试验，其强度损失9.7%，质量损失3.9%，低于规定值20%和5%的要求，表明其具有较好的抗冻性，能够在低温条件下，保持结构稳定和强度等级。

（3）对高性能耐久性透水水泥混凝土耐磨性及飞散性分析，其质量损失值比规定值小得多，表明骨料之间的粘结、嵌挤作用较强，实际使用过程中，在轮胎揉搓碾压、环境温度、湿度作用下，保持石料之间紧密结合，其使用过程中，具有较好的耐久性。

5 试铺段及施工工艺

本次试铺段将原设计方案变更为：15 cmC20混凝土+24 cmC40混凝土+水泥净浆+10 cm高性能耐久性透水水泥混凝土，试验段方案路面标高与原设计一致，见表。

试铺段原材料均来自项目部自购或自加工，配合比及材料均与室内试验推荐相同。采用水泥混凝土拌合楼进行拌合，自卸汽车运输，水稳摊铺机挂线摊铺，按照压实度96%控制要求，松铺系数按照1.2进行控制。

摊铺完成后采用12 t双钢轮振动压路机进行碾压，行驶速度在2 km/h～3 km/h，双钢轮压路机应从边缘往中间逐渐碾压，压路机应匀速稳定、连续行进，中间不得中途停顿、等候和拖延，碾压过程中不得急拐、紧急起步及快速倒车。压路机之间错位碾压，不得相互干扰。碾压遍数为4～5遍，应保证高性能耐久性透水水泥混凝土路面压实度不低于96%。为避免黏轮，压路机钢轮上应有雾化喷淋装置，且应斜向贴钢轮表面绑绳索。压路机钢轮要一定要保持清洁湿润，并添加增压泵装置，以保证喷雾更加均匀，以达到碾压过程中不明显滴水效果即可。

同时本项目下承层C40混凝土路面横向切缝间距为5 m，为防止反射裂缝，将面层切缝间距与下承层切缝位置相对应，本项目高性能耐久性透水水泥混凝土路面横缝切缝间距定为10 m，在两边盖板处适当位置做好标记，以便于后期切缝。锯缝的时间根据气温和时间来确定，一般可用强度和温度时积两指标来控制，当混凝土的强度达到6 MPa～12 MPa为宜

（也即达到设计强度的25%～30%），或者度时积达到200℃·h时开始锯横向缩缝。横向缩缝的深度为板厚的1/3～1/4，宽度为3 mm～5 mm，锯缝时注意保持线形顺直、清晰，锯缝并注意防止崩边。锯缝完毕，要用水将锯缝产生的粉尘、浆液冲洗干净。

养护时间根据高性能耐久性透水水泥混凝土强度增长情况而定，采用土工布等覆盖物洒水养护时，要及时洒水，洒水遍数应根据天气情况以保证覆盖物在养生期间始终处于潮湿状态：阴天每天洒水1～2遍;晴天每天洒水2～3遍，养护时间不宜少于28 d。

6 结束语

（1）通过高性能耐久性透水水泥混凝土的强度形成机理与试验相互验证，室内试验与工程应用相结合，成功解决以往透水混凝土普遍存在的强度低、耐久性差的技术问题。

（2）高性能耐久性透水水泥混凝土在抗压、抗折、抗渗水、抗冲击等方面，性能优异，能够满足重载交通的要求。

（3）提出了高性能耐久性透水水泥混凝土拌制和碾压工艺，保证混凝土骨架空隙连通性、强度的持久性和施工高效便利性。

参考文献：

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