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摘要：随着我国城市化的高速发展，各类不透水建筑以及不透水道路面积快速上升，给居民生活和交通带来极大便利的同时，也导致城市降雨无法下渗，降雨后地面径流系数增大；降雨随管网排出城市而无法补给地下水等一系列负面影响。在这种背景下，可透水混凝土路面受到了越来越多的重视。与普通混凝土路面相比，可透水混凝土能够使降雨有效地渗入地面，能够减轻不透水路面带来的负面危害，能够缓解“热岛效应”、减轻城市洪涝灾害、吸声降噪、且对城市地下水资源有补充和保护作用。
关键词：透水混凝土；性能；工程应用
1透水混凝土的主要性能
1．1透水性
透水混凝土路面具有较好的透水性，是由单一粒径粗骨料、水泥、水、增强剂和无机原料等按特定配合比经特殊工艺制备而成的骨架孔隙结构，其内部孔隙率一般为15%～30%，多数孔径大于1mm，透水系数为0．5～20mm/s。当降雨发生时，初期雨水会自然渗入至其内部的孔隙中，当降雨量小于孔隙率时，雨水会蓄积在透水面层和基层中；当降雨量较大超出其总孔隙率时，可透水路面就会产生地表径流。因此，透水混凝土路面透水和蓄水能力的决定因素是透水面层和基层的孔隙率。可透水路面可以在一定程度上缓解城市“内涝”，但并不能完全解决“内涝”问题。当降雨结束时，可透水路面储存的水分会自然蒸发，这样就建立起了一种城市良性生态水循环。《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T135—2009）行业标准规定在透水混凝土路面沿线应设置排水沟。排水沟能够收集超出透水混凝土路面储量的雨水，进行处理后可用于城市绿化、道路浇洒、洗车等。同时下凹式绿地或低地势植被浅沟能够有效提高雨水下渗。如缺水国家澳大利亚，就采用在可透水混凝土路面之间，构建下凹式绿地，对比发现，透水混凝土路面周围植被的长势比普通路面周围的植被好很多。
1．2强度
透水混凝土强度特性和透水性与其组成材料密切相关。粘结料用量越多，抗压、劈裂、抗弯强度越大；集料尺寸越大，强度越小。随着混凝土孔隙率的增大，其强度逐渐降低，不含细骨料混凝土的强度为1．4～13．7MPa。研究发现，提高透水混凝土强度，必然会减小孔隙率，导致其渗透系数降低，因此，透水混凝土受其强度的限制，主要应用于公园、人行道、轻量级车道、停车场以及各种体育场地。
1．3抗冻性
材料的抗冻性是指材料在水饱和状态下，能经反复冻融而不破坏的能力，且密实度越大、孔隙率越小、材料的抗冻性越好。因此，可透水混凝土的抗冻性与透水性指标呈负相关关系。同样水灰比情况下，孔隙率越大，抗冻性能越差。因此，抗冻性也制约着可透水混凝土路面的广泛应用。研究表明：在透水混凝土中加入无机质添加剂SＲ－3，可以有效地改善混凝土的孔隙结构和力学性能，能提高透水混凝土内部骨料和浆体的粘结力以及冻融循环次数。目前有关于透水混凝土提高其抗冻性的研究还比较少，还有待于开展大量研究，以提高其抗冻性、增长使用寿命。
2透水性在使用过程中的影响因素
2．1孔隙率对透水性能的影响
透水混凝土中的孔隙可分为三类：闭口孔隙、不连续的开口孔隙以及连续有效的开口孔隙。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆闭口孔隙指封闭的孔隙，不与外界连通，并不能起到透水存水的作用；不连续的开口孔隙能储存少量的雨水，但是不利于雨水的渗透流动，这两种孔隙若含量过大，对透水混凝土的透水性是不利的；第三种连续有效的开口孔隙贯穿混凝土，是透水混凝土实现透水性的主要因素。一般认为透水混凝土孔隙率越大，透水性越强。
2．2粒径级配对透水性能的影响
渗透系数和连通孔隙率与粘结材料用量呈负相关，与集料尺寸成正相关。研究表明，随骨料粒径的增大，透水混凝土的透水系数逐渐增大。但在2．36～4．75mm粒径骨料占80%、4．75～9．50mm粒径骨料占20%时，有效孔隙率最小，这是因为在此骨料比例下，小粒径骨料大部分密实地填充到了大粒径骨料的孔隙中，透水混凝土达到了堆积最紧密的状态。当加入9．50～16．00mm的粗骨料后，透水性能则明显增强。
2．3阻塞物对透水性能的影响
可透水混凝土的孔隙率直接影响到其透水性能，在使用过程中，雨水径流携带细小颗粒杂质、树枝、树叶等添堵透水混凝土的空隙，导致其透水性能日渐降低，透水性就成了透水混凝土亟待解决的问题。研究表明：受到挤压的有机质和细小的砂土颗粒，是透水混凝土空隙内的阻塞物的主要成分。这些阻塞物在透水混凝土空隙内一般都会聚成一团组成聚合物。观察发现，聚合物是由大的砂粒和粉质细砂组成，聚合物中平均43%的材料是能通过0．075mm筛孔的粉质细砂。试验表明：粒径小于0．075mm的砂砾，因粒径太小且相互之间没有粘结力，在透水混凝土表面有一定水压的情况下，80%以上会随水流穿过孔隙。而当砂砾粒径为0～2．36mm时，砂砾会堵塞在透水混凝土表面孔隙中，使孔径减小，之后更小粒径的砂砾又会堵塞在新形成的小孔隙中，导致粉质细砂组成聚合物堵塞透水混凝土的孔隙，使透水混凝土的透水性严重下降。阻塞物的聚团是决定透水混凝土渗透性的主要因素。因此，研究可透水混凝土堵塞物的清除，对提高可透水混凝土的透水性及使用寿命具有重要意义。
2．4使用时间对透水性能的影响
可透水路面在长期使用过程中，受到周围环境的物理、化学及生物作用的影响，其原有的性能会受到破坏。随着使用时间的增长，即使透水混凝土的孔隙没有被堵塞，其渗透性能仍会下降。这是由于混凝土表层的温湿度变化最大，且受环境影响和控制。混凝土因此也会发生体积变化。混凝土渗透性主要由其内部连通或不连通的毛细孔含量决定。持续的水泥水化会减少混凝土中的毛细孔含量，降低混凝土的渗透性。有一些工程项目铺筑透水混凝土的目的就是为了去除雨水中掺杂的有机质和细小颗粒。
2．5修复养护对透水性能的影响
透水混凝土透水性能的决定性因素就是孔隙的堵塞。研究表明，在缺乏维护情况下，5～6年使用时间后，不足15%的透水混凝土路面透水系数大于50mm/h，这已经不符合透水混凝土路面的技术标准。但是目前并没有一种很理想的设备，能够高效便捷清理混凝土堵塞物。目前清理可透水混凝土堵塞的方法主要有：清扫后吸尘；高压水冲洗；浸润后清扫。常用的设备有：带有抽吸软管的清洁车；高压街道清扫车；循环空气清扫车。试验表明：这三种维护设备对透水混凝土空隙中的阻塞物去除有的效果基本相同，对透水混凝土渗透性改善的效果也基本一致，这些设备清理的阻塞物距透水混凝土路面3．18mm深度范围内，并不能完全清理透水混凝土路面空隙内的阻塞物。因此，分析可透水路面使用过程中的影响因素，开发其养护修复措施尤其重要。
结论
透水性混凝土作为一种生态环保型混凝土，正是当今社会创建“海绵城市”的重要材料。然而，由于各种条件的限制，目前对透水性混凝土的研究和推广还有很大的进步空间，特别是对如何高效便捷地消除透水混凝土堵塞的研究尚少，如何提高其抗压、抗折强度以及减小堵塞，增长其使用寿命是当前研究的关键问题。
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论文作者:郝林海
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/30
标签：透水论文; 混凝土论文; 孔隙论文; 透水性论文; 路面论文; 粒径论文; 骨料论文; 《防护工程》2018年第7期论文;