关键词：海绵城市；透水混凝土；透水系数；影响因素；质量控制
引言：透水混凝土是由粗集料及水泥基胶结材料经机械拌合而成的具有连续孔隙结构的特殊混凝土[1]。透水混凝土在当前海绵城市的建设越来越被重视，透水混凝土路面具有较好的透水、透气性能，因此它不仅仅能减轻城市洪涝灾害，还能补充地下水资源、调节城市温湿度、增加行人舒适度等[2]。截至目前，国内外对透水混凝土的研究主要集中在强度、透水系数、耐久性方面，但对于不同因素对透水系数的的影响的研究还不够全面不够深入。本文研究配合比设计、施工维护、检测方法等因素对透水混凝土透水系数的影响。
一、配合比设计
1.1原材料
胶凝材料：胶凝材料以水泥为主，也有掺入粉煤灰、矿渣粉的。水泥应采用强度等级大于等于42.5Mpa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，质量应符合国家现行标准《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）的要求[1]，粉煤灰、矿粉质量应符合国家标准。
外加剂：目前国内透水混凝土中加入的外加剂以减水剂、防冻剂为主，所加入外加剂应符合现行国家标准《混凝土外加剂》（GB8076-2008）的规定。
增强料：透水混凝土采用的增强料大体上可分为有机材料和无机材料两种，其中二氧化硅含量（SiO2）应符合规范要求。
集料：拌合透水混凝土的集料，必须采用质地坚硬、耐久、洁净、密实的碎石料，且应符合现行国家标准《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685-2001)的要求[1]。一般多采用单级配，也可采用多级配采用多级配时应注意各级配的掺量应能拟合成“最佳级配”。
拌合用水：透水混凝土的拌合用水应符合现行行业标准《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的规定。
1.2透水混凝土的性能
目前对于透水混凝土我国没有统一标准，只有《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T135-2009）行业标准及《透水混凝土路面技术规程》（DB11/T775-2010)北京市地方标准。透水混凝土主要性能有：透水系数、抗冻性能、抗压强度、弯拉强度等。
透水系数：透水系数是以单位时间通过单位面积透水混凝土的水量来表示。行业标准≥0.5mm/s，地方标准面层≥1mm/s，结构层符合设计要求。
抗冻性能：行业标准要求25次冻融循环后，抗压强度损失≤20%，质量损失≤5%；地方标准要求抗冻等级不低于D50。
抗压强度：行业标准划分为C20、C30两个等级，地方标准则包括C10、C15、C20、C25、C30、C35六个等级。目前透水混凝土主要用于小区道路、停车场、公园道路和景观广场的透水混凝土轻型荷载路面工程，因其透水性能要求不适宜重型荷载路面工程。
弯拉强度：行业标准划分C20、C30两个等级，其强度分别为≥2.5Mpa、≥3.5Mpa；地方标准为抗折强度≥2.0Mpa。
因此在配合比设计阶段，确定执行不同的标准就会从根本上造成透水混凝土透水系数不同。其次在执行确定标准后配合比设计过程中，透水系数与透水混凝土内部存在的连续孔隙体积与透水混凝土体积百分比即连续孔隙率有关，因此在设计阶段与设计连续孔隙率的大小取值密切相关。
在透水混凝土配合比设计阶段对孔隙率有影响的包括粗骨料紧密堆积密度、设计孔隙率、粗骨料紧密堆积孔隙率、水胶比、水泥密度。
1.3透水混凝土原材料配合比设计
（1）单位体积粗集料用量的确定
WG=α·ρG （2-1）
式中
WG----透水混凝土中粗骨料用量（Kg/m3）；
ρG----粗骨料紧密堆积密度（Kg/m3）；
α----粗骨料用量修正系数，取0.98。
（2）胶结料浆体体积的确定
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（3）水胶比应控制在0.25-0.35之间，并符合其性能要求。
（4）单位体积水泥用量的确定
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（2-3）
式中
WC---- 每立方米透水混凝土中水泥用量（Kg/m3）；
VP---- 每立方米透水混凝土中胶结料浆体体积（m3/m3）；
RW/C----水胶比；
ρc---- 水泥密度（Kg/m3）。
由公式（2-2）可以看出在确定配制强度后首先决定透水混凝土透水系数的是设计孔隙率，设计孔隙率越大透水系数越大；在设计孔隙率确定后影响透水系数大小的因素有粗骨料紧密堆积孔隙率，?C越大，透水系数越大，粗骨料的紧密堆积孔隙率与骨料级配有关；针对单一级配，骨料越粗堆积孔隙率越大因而透水系数越大。 由公式（2-3）可以看出在设计孔隙率、粗骨料用量确定后影响透水混凝土透水系数的有水胶比和水泥密度，随着水胶比在0.25-0.35之间的增大，透水系数越来越大；在水胶比确定后影响透水系数的是透水混凝土中水泥的用量，在保证最佳用水量的前提下，水泥用量适当增加，虽然可以增加水泥浆的稠度、厚度，有效的提高混凝土的抗压强度。当混凝土中水泥浆量超过一定量后，会减小内部孔隙率，降低透水性，同时会增加底部沉浆、封堵孔隙现象的发生（如图1所示）。
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图1底部严重沉浆的试块
此外，在配合比设计时个人认为应该考虑到透水混凝土路面结构中土基的土壤水力特性，设计透水系数应与土基的水力特性相结合。如仅仅考虑到面层透水、结构层基层透水、滞水，而忽略了土基层渗水、滞水、排水的话，会造成即使路面雨水排入土基层中，但却无法利用排入的地下雨水造成资源的浪费。
二、施工维护
2.1透水混凝土结构层施工工艺一般为以下流程：
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《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T135-2009）中对透水混凝土从搅拌机出料后，运至施工现场进行摊铺、压实直至浇筑完成的允许最长时间根据水泥初凝时间及施工气温有明确要求。因此多数小方量透水混凝土为现场小型机械拌合设备拌合，这就对现场称量系统及操作人员有着严格要求并应及时关注集料含水率情况适当调整用水量。
透水混凝土宜采用低频振动压实机，或采用平板振动器振动和专用滚压工具滚压[1]。采用平板振动器振动时若在同一处位置持续使用振动器振捣，这样会造成过振减小透水混凝土间孔隙率，从而降低该位置透水系数，因此要尽量避免。
2.2透水混凝土维护
在透水混凝土路面完成规定时间养护后，应注意保持其表面清洁，若被含砂砾、粘土及油污泥沙堵塞，将造成内部孔隙降低进而降低透水混凝土透水性能。
三、检测
透水混凝土透水系数用单位时间内通过单位面积透水混凝土的水量表示。若因施工工艺要求需分两层施工时，上面层应在下面层初凝前进行铺筑，此时透水混凝土路面透水系数为透水混凝土面层、结构层的透水系数。
3.1检测原理
关于透水混凝土透水系数的测试方法行业标准和地方标准都在附录里有详细说明。通过比较两本规范发现测试基本原理类似但有所不同，行业标准里的检测方法为恒水头检测，地方标准里的检测方法为变水头检测，因水头的不同透水系数在计算公式上略有不同。
3.2检测时间
目前无论是行业标准还是地方标准都对透水混凝土路面的透水系数检测时间没有明确规定。从理论上讲透水混凝土在终凝后内部孔隙已经形成不会再产生大的变化，当然除了外界作用影响如：重载碾压致使透水混凝土内部孔隙发生变化挤压减小了混凝土内部已形成的孔隙从而会使测得的透水系数偏小；泥沙、油污堵塞透水混凝土表面会使表面孔隙减小，严重者甚至会全部封闭透水混凝土表面孔隙从而减小透水系数。
3.3检测试样
行业标准里规定在样品上制备3个直径为100mm,高度50mm的圆柱作为试样，地方标准里的检测方法适用于透水混凝土试块及路面。比较两个规范中样品可以发现：虽然样品都来自现场透水混凝土路面，但是行业标准中样品高度有所限制不能代表整个透水混凝土路面结构的透水系数。采用50mm厚度试样检测其透水系数会因现场施工振动压实方法、路面厚度的影响而使该检测方法所得的透水系数不具有代表性。在地方标准里的检测方法若为透水混凝土试块，除从现场路面切割的试块外，自己成型的透水混凝土试块应与现场振动压实方法一致，否则将不能代表现场透水混凝土的透水性能。
3.4检测方法
通过对行业标准和地方标准里检测方法的分析比较，检测方法都是通过测定流过样品的水量来测定透水系数。行业标准里的检测方法检测的是透水混凝土内部纵向透水系数，地标里现场透水混凝土路面检测透水系数检测的既有纵向的透水也有横向的透水系数。因此，同一配合比同等施工情况，采用行业标准里的检测方法检测结果偏小。
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图3.4.1行业标准试验装置图 图3.4.2地方标准试验装置图
四、质量控制
透水混凝土的质量控制除了控制其强度、耐久性，还要控制其透水性能。只要保证按照设计配合比的各种材料用量拌合、铺筑、养护到位，透水混凝土强度就能得以保证。而透水混凝土透水性能的质量控制需落实到配合比设计，透水混凝土拌合、铺筑、养护等各个环节。
4.1配合比设计阶段质量控制
在配合比设计阶段，控制透水混凝土透水性能的主要是在设计孔隙率和水胶比的选择。为了达到理想的透水效果，在保证强度的前提下，设计孔隙率越大，水胶比越大，透水混凝土透水系数越大。
4.2施工阶段质量控制
透水混凝土施工阶段的质量控制主要是透水混凝土拌合、铺筑、养护环节的质量控制。在透水混凝土拌合时，所用原材料应与设计配合比中规格型号、厂家一致，应保证所用原材料质量均符合规范要求，并应严格控制透水混凝土骨料的石粉含量和含水率。在拌合时应有满足要求的称量仪器，保证各材料用量为配合比中用量。在拌合前应检测骨料的石粉含量、含水率，石粉含量超标的不允许使用，根据骨料含水率及时调整骨料及拌合用水用量。若石粉含量偏大将导致胶结水泥浆浓稠，透水混凝土内部孔隙偏小，所测透水系数偏小；骨料含水率偏高时，没有及时调整用水量，会造成胶结水泥浆偏稀，透水混凝土内部孔隙偏大，所测透水系数偏大。另外，在透水混凝土铺筑前应先进行试验段铺筑确定透水混凝土虚铺系数及振动压实遍数，施工时严格控制振动压实遍数防止过振，过振会导致透水混凝土内部孔隙减小，进而引起透水系数偏小。透水混凝土养护时要覆盖，防止细小的砂砾堵塞表面孔隙，造成透水系数偏小。
4.3检测阶段
在透水混凝土路面养护完成后，要及时进行透水混凝土透水系数检测，防止随着时间增加，泥沙堵塞内部孔隙，造成透水系数偏小。因此个人建议在完成透水混凝土路面养护后立即进行透水系数检测，另外，对于检测方法个人推荐采用行业标准里的检测方法，采用整个结构层实际厚度圆柱芯样作为透水混凝土路面透水系数样品更具有代表性。
五、结语
透水混凝土作为新型材料已越来越频繁的出现在新的城市景观、民生工程规划中，它的优势在海绵城市建设中越发凸显。它可以使雨水流入地下，不仅能能够有效减少城市内涝、减少“城市观海”现象的发生，还能够对地下水进行补充，减缓甚至逆转地下水下降引起的诸如地面沉降等现象的出现。
不同因素对透水混凝土透水系数影响的大小为： 配合比中设计孔隙率＞设计水胶比＞集料级配＞水泥用量；施工过程中透水铺筑振动压实＞混凝土拌合；检测阶段检测方法＞检测时间。
设计孔隙率对透水混凝土透水系数影响最为主要，虽然按照设计配合比施工后的孔隙率与设计值不一致，但基本呈正相关，即设计孔隙率越大透水混凝土孔隙率越大，透水系数越大，但设计孔隙率不宜过大以免影响透水混凝土强度。在满足强度需求时设计水胶比越大，水泥用量越少，形成胶结水泥浆体积越小，透水混凝土内部孔隙越大，透水系数越大。对于单级配透水混凝土，相同用量条件下所用集料最大粒径越大，拌合后形成内部孔隙越大，透水系数越大。
施工过程中在满足强度要求前提下振动压实遍数越少，透水混凝土内部孔隙越大，透水系数越大；满足规范要求的骨料石粉含量越低，透水混凝土透水系数越大。
检测时采用地方标准中检测方法检测透水系数＞行业标准检测方法检测的透水系数，因孔隙堵塞的影响，在一定范围内从施工完成到检测的时间越长，透水系数越小。
我国对透水混凝土的研究时间较短，相比于普通混凝土还没有全国性的统一标准，因此需要我们更加深入研究透水混凝土的强度、透水系数、抗冻、耐磨等指标，相关的设计、施工、试验规范还需要完善。
参考文献
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基金项目
2019年河南省住房城乡建设科技计划（K-1923）资助。
作者简介：
张旭东（1990-），男，工学学士，工程师，中国水利水电第十一工程局有限公司。
邢济舟（1989-），男，工学学士，工程师，中国水利水电第十一工程局有限公司。
李华伟（1988-），男，工学硕士，助教，河南建筑职业技术学院工程管理系。
论文作者:张旭东 邢济舟 李华伟
论文发表刊物:《城镇建设》2020年1月第2期
论文发表时间:2020/4/14
标签：透水论文; 混凝土论文; 系数论文; 孔隙论文; 骨料论文; 路面论文; 越大论文; 《城镇建设》2020年1月第2期论文;