成型方式对透水混凝土性能影响综述

2023-01-05王祎晨程海丽唐海峰

再生资源与循环经济 2022年2期

王祎晨，程海丽，唐海峰

（北方工业大学土木工程学院，北京 100144）

透水混凝土作为一种具有生态功能的环境友好型材料，主要由水泥、水、粗骨料和外加剂拌和而成，多为骨料被水泥浆相互粘结而形成的孔隙相对均匀分布的蜂窝状结构，因此具有良好的透气性和透水性[1]，可缓解由于地面积水、交通噪声、“热岛效应”等影响所带来的城市道路交通压力，有助于城市生态系统的调节和改善。但是，由于其多孔结构特征，不同的成型方式对其性能影响很大，在查阅文献的基础上，主要综述各种成型方式对其性能的影响。

1 成型方法

透水混凝土成型方式较多，不同的成型方式对其性能影响差别较大，主要为手工法、机械法及其二者的组合。

1.1 手工成型方法

徐崇仁等应用的一次插捣法[2]是将混凝土拌合物一次性装入混凝土成型模具后，再统一一次性用插捣棒进行进一步插捣成型，最后将成型的透水混凝土用抹具抹平养护。

王锡峰等通过分层插捣的方式[3]，将拌和好的混凝土分成2～3 次装入混凝土模具中，在每次装入混凝土后均用人工插捣的方法进行混凝土之间缝隙的密实工作，最后用抹刀将成型的透水混凝土试件抹平。此外，为了解决分层插捣时透水性不理想的问题，他们又对实验进行了改进，设计了边插捣边加料法。与分层插捣法不同的是，在插捣过程中一直加入混凝土拌合物，最后用抹刀将试件抹平。

1.2 机械成型方法

张勇等采用的机械振动法[4]是通过机械振动成型，在制作过程中先将混凝土拌合物一次性装入混凝土模具之中，再将装好的模具放入振动台上振动5 s，最后用抹刀将成型的透水混凝土试件抹平。此外，王磊[5]及吴冬等人也做过类似振动成型法的研究。

此外，张勇等人还设计了冲压成型法[4]，与王锡峰等[3]设计的顶层压重法、徐崇仁等[2]改进的压力成型法类似，都是将拌和好的透水混凝土一次性全部装入模具当中，用压力机或者钢板施加一定压力进行夯压成型工作，最后用抹刀将试件抹平。

先机械振动后静压成型法是王磊结合上述两种机械成型方式所研究的另一种机械成型法[5]，是先将混凝土拌合物一次性加入混凝土模具之中，放到机械振动台上进行振捣3～4 s 后，再用静压装置静压4 s，即压力机对混凝土进行顶部施压使之进一步的密实，最后将成型的混凝土试件用抹具进行抹平。

1.3 机械法和手工成型法结合

结合机械成型方法与手工成型方法之间的优缺点，王锡峰等设计了先边插捣边加料后机械振捣法[3]，此种方法是在边插捣边加料后，再放到机械振动台上进行1 min 的机械振捣, 拌合物振捣后出现沉降可进行一定程度的填充。最后用抹刀将试件抹平。

王磊研究的第二种结合方法是先机械振动后手工插捣法[5]。吴冬等对先机械振动后手工插捣法也做了进一步的试验研究[6]。先机械振动后手工插捣法是先将拌和好的混凝土料一次性加入混凝土模具之中，放到振动台上进行机械振捣3～4 s 后，再用带有可以调节扰动深度的搅动棒的捣固仪[5]进行手工分层插捣，最后将成型的混凝土试件用抹具抹平。

2 成型方法对透水混凝土性能的影响

2.1 手工成型方法

徐崇仁等[2]应用一次插捣法成型的透水混凝土试件比较松散，形成了许多贯通孔隙使试块本身不够密实，内部孔隙大且较多，在其配合比条件下，透水系数能够达到4.12 mm/s，但是由于手工插捣成型时骨料之前堆集不够紧密，因此其抗压强度较低，28 d 时其强度值达到22.6 MPa。

王锡峰等[3]采用分层插捣法成型的透水混凝土，在其配合比条件下，混凝土透水系数可达到21.77 mm/s，7 d 强度可达到13.1 MPa，用改进的边插捣边加料法，透水系数达到23.32 mm/s，7 d 抗压强度可达到20.38 MPa。相比较而言，混凝土拌合物分层插捣可使混凝土孔隙间得到密实、孔隙变小使透水不流畅，使得透水性能较低，且多次插捣可能会导致各层混凝土骨料之间的胶凝浆体遭到少量破坏，从而使每层混凝土之间的连接面成为薄弱环节，因而也影响强度。边插捣边加料法，在插捣过程中持续加入混凝土拌料，密实了混凝土试件，避免了连续插捣破坏骨料之间的胶凝部分，因此既保持了较高的透水系数，也提高了强度。

2.2 机械成型方法

张勇等[4]采用的机械振动法，在其配合比条件下，当设计孔隙率分别为15%、20%、25%时，相应的透水系数分别为为0.34 mm/s、0.57 mm/s、1.17 mm/s，7 d 抗压强度分别为17.6 MPa、13.5 MPa、8.2MPa，28 d 抗压强度分别为20.2 MPa、15.4 MPa、9.5 MPa。由于振动成型时一方面会使浆体下沉，堵塞连通孔隙通道，使水流不能顺利流通，降低了其透水性能，另一方面由于浆体下沉试块结构不均匀，上部孔隙多易被破坏，因而强度也不是很高。当采用的冲压成型法时，与机械振动法相同的配合比下，当设计孔隙率分别为15%、20%、25%时，相应的透水系数分别为为0.81 mm/s、1.87 mm/s、2.22 mm/s，7 d 抗压强度分别为19.9 MPa、16.0 MPa、9.6 MPa，28 d 抗压强度分别为22.6 MPa、18.2 MPa、12.1 MPa，认为是冲压成型透水混凝土整体分布均匀，试块没有出现分层现象，贯通孔隙较多，因而强度和透水性均好于机械振动法。

但徐崇仁等[2]研究发现，如果施加压力时间过长，有可能导致骨料在压力作用下产生下移，填充了部分孔隙，并且导致混凝土内部骨料产生碎裂形成更小的颗粒进而堵塞原先形成的孔隙，导致透水性能的下降。

王磊[5]采用机械振捣法，在其配合比条件下，透水系数为6.2 mm/s，28 d 抗压强度为28.5 MPa。又采用先机械振捣后静压成型法，其透水系数为3.4 mm/s，28 d 抗压强度为26.2 MPa，该种方法在前期振捣时可以使透水混凝土的拌合物骨料发生有效位移移动到最合适的位置，在此基础上又应用压力机对顶部施加压力，进一步减小了骨料颗粒之间的间距，使它们之间接触点增多，增大了接触面积，啮合较为紧密，形成均匀且紧密的多细孔结构，因而透水性能和抗压强度均较机械振动法有所提高。

2.3 机械法和手工成型法结合

王磊[5]采用的先机械振动后手工插捣法，透水系数为7.3 mm/s，7 d 抗压强度为21.3 MPa，可见机械振动可保证混凝土强度，但先机械振动使得骨料堆积密实提高强度的同时，对透水性能不利。

王锡峰等[3]采用的先边插捣边加料后机械振捣法，透水系数为21.68 mm/s，7 d 抗压强度为20.87 MPa，综合性能好于机械法；与先机械振动后手工插捣法比，强度变化不大，但透水性能提高较多；可见，先手工边插捣边加料，可以保持拌合物大致分布均匀的前提下，再采用机械方法进一步使骨料一定程度的紧密堆积，可以避免先振动带来的水泥浆下沉堵塞孔隙而致透水性下降[7]。与上面手工成型法中的边插捣边加料法很接近，但手工成型法中的边插捣边加料工艺更简单。