C30透水混凝土在平潭综合实验区地下综合管廊绿道工程中的应用研究

2023-05-22于水

运输经理世界 2023年5期

于水

（福建省交设工程试验检测有限公司，福建福州 350008）

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，城市建设对于环境保护、智能感知等要求不断提升，市政道路基础设施建设作为城市“硬件”也在不断更新。传统城市道路、广场的面层都采用不透气、不透水的硬化铺装材料，造成空气中的水分、降落的雨水无法直接通过硬化的路面进入土壤，地表生态循环系统受阻，导致地表温度升高，进而加剧了城市的“热岛效应”。与传统硬化铺装材料不同，透水混凝土是由胶凝材料、骨料、水和外加剂等原材料按照一定的配合比拌制而成的新型混凝土，其特点是组成材料中没有掺加传统混凝土材料必需的细集料，孔隙率一般控制在15%～30%，具有透水透气性能好、降低噪声、改善城市“热岛效应”等优良功能[1]，在城市建设中具有很高的实践应用价值。

1 工程概况

平潭综合实验区地下综合管廊干线工程（一期）PPP项目（中山大道—美湖路）段线路全长为7.106km，起讫桩号为GA0+000—GA7+106.51，线路总体呈南北走向，该项目管廊上部设有绿道慢行系统，厚度为15cm。绿道采用C30 透水混凝土铺筑，设计孔隙率为15%，透水系数要求不小于0.5mm/s。

2 透水混凝土配合比设计

2.1 原材料的选用

在材料组成上，透水混凝土与普通混凝土一样，通常由胶凝材料、骨料、水和外加剂等经过拌制而成，比较大的区别在于，透水混凝土组成材料中没有细集料。而且由于透水混凝土具有较好的透水性，其组成材料在选用上又与普通混凝土有一些不同之处。

相对而言，由于透水混凝土的多孔特性，其力学性能较普通混凝土差，故此透水混凝土一般选取强度等级为42.5 级及以上的普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥作为主要的胶凝材料。该工程采用“海螺”牌P·O42.5 级水泥，其试验性能参数如表1 所示。

表1 水泥试验性能参数

研究表明[2]，单粒级配或间断级配组成的混合料能够获得较大的孔隙率，而较大的孔隙率有利于透水性能的提升。因此，透水混凝土常采用单粒级配或间断级配。众所周知，骨料堆积在一起时，骨料粒径越小，其堆积表面积就会越大，骨料颗粒间的接触面积也会越大，在相同胶凝材料情况下，骨料间的黏结力也会越大，从而使混凝土的强度提高。可见，颗粒级配对透水混凝土的强度影响较大，那么在材料选取上，通常要兼顾混凝土的强度和透水性能，在骨料选取上会偏向于选用粒径相对较小的单粒级配，鉴于此，该工程的骨料选用材质为花岗岩的碎石，单粒级配为5～10mm，表观密度为2630kg/m3、含泥量为0.8%、泥块含量为0.2%。

为了增加特定方面的性能，一般情况下透水混凝土也会加入特定的外加剂，如为了提高混凝土拌和物的和易性、降低混凝土拌和时的用水量等而掺加的减水剂；为了提高混凝土强度而掺加增强剂等。该工程更加看重混凝土的强度，因此选取MT-028 强固剂（粉剂），掺量为3%，其试验性能参数如表2 所示。

表2 强固剂试验性能参数

透水混凝土拌和用水与普通混凝土一样，选用当地的饮用水。

2.2 透水混凝土配合比设计

国内外对透水混凝土的配合比设计常采用的方法有质量法、体积法、比表面积法三种[3]，三种方法各有其优缺点，目前国内的相关研究和应用多是使用质量法。质量法是从使用者角度出发，流程简化，用假定来代替烦琐的试验和计算，通过表观密度试验进行校正，基本可以达到配合比的计算精度，具有较强的适用性。鉴于此，该工程参照《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135—2009）中的质量法进行透水混凝土的配合比设计。经过多次试配，发现水胶比和增强剂对透水混凝土强度和工作性能影响较为突出，最终选取三种不同水胶比情况下的透水混凝土配合比，试验结果如表3 所示。

表3 透水混凝土试验配合比

从表3 中可以看出，水胶比作为反映混凝土质量的重要指标，不仅影响透水混凝土的强度，而且对透水性能也有很大影响，再掺入适量的增强剂可提高混凝土的强度和改善混凝土的耐久性、和易性，对混凝土透水性能也有较大的提高。经过比选，2 号方案的透水系数、孔隙率、抗压强度均满足要求，因此确定2号为该工程透水混凝土的配合比方案。

3 透水混凝土路面施工

3.1 原材料和机械设备的准备

3.1.1 原材料准备

透水混凝土的原材料涉及骨料、水泥、水及外加剂，对于骨料要严格控制其含泥量、泥块含量和级配的稳定性，在材质不变的情况下，这3 个指标对透水混凝土的强度和透水性影响较大。对于每批次进场的骨料，应严格按照规范进行检测，必要时对骨料进行清洗处理。水泥要使用配合比设计中用到的42.5级水泥，严禁使用低标号水泥。水泥混凝土使用的外加剂从形态上可分为液体和粉剂状两种，考虑到运输的便捷性，该工程使用粉剂状的增强剂。同时，考虑到实际施工中需要进行运输、找平以及表面处理等工序，要求所用的外加剂具有一定的缓凝效果。

3.1.2 机械设备的准备

该工程采用强制式搅拌机在现场拌制混凝土，施工前要对低频平板振动器、搅拌机、配料机和相关附件进行检查，确保机械设备能够正常运行，尤其是对于机械设备的计量系统必须核实其感量是否在0.5%的最大称量内。需要注意搅拌机的容量以及拌和能力应能满足施工进度的要求。应配备满足施工要求的运输自卸车，其容量、数量应依据施工进度、运输距离等因素综合考虑。由于透水混凝土初凝时间比较短，运输距离受到限制，该工程严格控制配料场到铺筑场地的运输时间在0.5h 内。

3.2 透水混凝土的拌制与运输

透水混凝土与普通混凝土的搅拌方法、搅拌时间有所不同，透水混凝土的搅拌宜先将集料和50%的用水加入搅拌机搅拌30s，再加入水泥、外加剂拌和40s，最后加入剩余的用水再拌和50s 以上。

在施工过程中，透水混凝土会在各种因素影响下损失部分工作性能，如水泥浆体容易变干，此时的水泥浆体很难将骨料胶结起来，严重影响混凝土的强度，因此，在施工过程中要注重以下两方面：第一，水分蒸发导致工作性能降低。透水混凝土由于具有多孔的特性，其与外界接触的表面积很大，相对而言水分散失比较快，运输过程中及施工现场的湿度、温度、风力等因素都会影响水分的蒸发，因此，应采取尽快运输及遮盖等措施以保持透水混凝土拌和物湿度。第二，持续的水泥水化反应导致工作性能降低。水泥水化反应从拌和之初就开始了，如果运输距离过长或施工进程缓慢，会因水化反应的持续进行而造成透水混凝土工作性能的降低，因此运输距离不宜过大，施工工序应衔接到位，现场的混合料应尽快铺筑。

3.3 透水混凝土的铺筑与养护

透水混凝土由于无砂、多孔的特征，其流动性较普通混凝土差，因此透水混凝土的施工铺筑与普通混凝土也有很大不同。施工铺筑时，需人工将透水混凝土摊铺均匀，然后使用低频平板振动器找平、振实，边角部位需要人工补料，再用抹光机抹光平整，做到整体大面平整、颗粒均匀且无明显坑洞。

透水混凝土早期强度高，到后期强度增长速度慢，所以早期养护是保证透水混凝土强度的必要条件。应采用无压力水进行洒水养护，防止压力水对路面整体造成破坏；宜采用塑料薄膜或土工布进行覆盖保湿养护，养护时间应根据透水混凝土强度增长情况确定，一般养护时间不宜少于14d，以14～21d 为宜。透水混凝土未达到设计强度前不得投入使用，其强度以试块的强度为依据。

4 透水混凝土使用效果跟踪分析

笔者在施工结束后及运营期间定期对该施工项目的路面厚度、外观和透水系数三个方面进行跟踪。不同时期路面厚度、外观及透水系数的变化情况如表4 所示，其中透水系数采用《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135—2009）附录A 透水系数的测试方法进行，透水系数测试试样为不同时期在相近位置使用钻孔取芯机钻取的芯样。

表4 路面厚度、外观及透水系数汇总表

从表4 可以看出：

第一，路面厚度方面，设计厚度为15cm，钻取芯样的厚度均为15cm 及以上，平均值为15.3cm，满足设计要求。第二，路面外观方面，养护结束后路面整体平整且表面孔隙明显，但是随着运营延续，部分路面出现破损，由于路面灰尘、颗粒的填充，表面孔隙也逐步变得不明显，但是路面整体外观还比较完好，整体孔隙较为明显。第三，路面透水系数方面，养护结束后透水系数均符合设计要求，但是随着运营延续，透水系数出现不同程度的下降，整体下降较为明显。

通过以上研究分析，可以得知透水混凝土路面在运营期间会受到环境影响而导致外观破损、透水性能降低，因此需要定期对运营期间的路面进行维修保养。一般情况下，对透水混凝土的维修保养也体现在两个方面，即外观的修复和透水性能的恢复。

关于外观破损，由于车辆、重物等造成的路面开裂、掉粒损坏、剥离等病害，轻微的可以采用相同配合比的混合料局部凿除修复，严重的则需挖除重铺。

关于透水系数降低，主要由于环境中的灰尘和颗粒堵塞混凝土孔隙造成，其恢复一般可以采用真空吸尘和高压冲洗两种方法。真空吸尘通常采用大功率吸尘设备通过负压将透水混凝土表面的灰尘、颗粒吸出；高压冲洗则是利用压力水将道路表面的灰尘、颗粒冲出，但此方法有负面效果，即容易使较小颗粒的灰尘向混凝土结构内部迁移。实践表明，要达到理想的恢复效果，可将上述两种方法结合使用。