黃靜宜

（重慶交通大學 土木建筑學院，重慶 400074）

路用透水混凝土研究現(xiàn)狀與展望

黃靜宜

（重慶交通大學 土木建筑學院，重慶 400074）

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國城市化進程有了顯著提高，城市化的快速發(fā)展使得地面的不透水面分布比率的不斷上升。本文通過國內(nèi)外文獻的調(diào)研對透水混凝土路面的研究現(xiàn)狀進行了系統(tǒng)闡述，同時提出了未來研究的方向。

透水混凝土；水泥制品；路面；道路工程

0 引言

混透水混凝土是由特定級配的集料、水泥、水和外加劑等按特定比例拌制，經(jīng)特殊工藝成型的蜂窩狀混凝土，又稱為多孔混凝土。其集料骨架間含有大量的貫通性孔隙，并多為直徑超過1mm的大孔，孔隙率通常在15%～25%之間。在保證一定透水性的情況下，其抗壓強度一般在3.5MPa～28MPa之間，燒曲強度一般在l.0MPa～3.8MPa之間。透水混凝土的滲透系數(shù)一般為2.0min/s～5.4mm/s，有的甚至能夠達到12mm/s。歐美和日本等發(fā)達國家基本上從二十世紀七、八十年代就開始研究透水混凝土，并將其作為透水路面材料應(yīng)用于廣場、步行街、道路兩側(cè)和中央隔離帶、公園內(nèi)道路及停車場等。近些年，國內(nèi)外學者對透水混凝土展開了更為深入的研究，并已經(jīng)有了大范圍的工程應(yīng)用，它不僅可以用作路面材料排水，而且還可以作為樁體材料應(yīng)用于復合地基。

1 透水混凝土路面

近年來，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國城市化進程有了顯著提高，城市化的快速發(fā)展使得地面的不透水面分布比率的不斷上升。城區(qū)不透水面積的增加引發(fā)了一系列的城市生態(tài)環(huán)境的改變，其中近些年出現(xiàn)的最嚴重的問題之一就是城市路面降雨產(chǎn)流量增大，洪流系數(shù)明顯偏大，降雨產(chǎn)生的地面洪流由于無法滲入地下而形成市區(qū)內(nèi)錯積水災(zāi)害，比如2012年發(fā)生在北京的7.21暴雨引發(fā)的誘災(zāi)造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟損失，2013年7～8月兩個月里中國各地遭不同強度的暴雨襲擊，城市中已是水漫金山，嚴重影響百姓們得正常生活。大雨大港，小雨小淹，排水不暢已經(jīng)成了城市的頑疾，這給城市建設(shè)者們敲響了警鐘。因此，如何能使降雨不產(chǎn)生或盡量少產(chǎn)生地表洪流成為國內(nèi)外城市(尤其是大都市)建設(shè)過程中十分關(guān)注的問題。試圖將雨水全部匯入下水管道排入河道的做法不僅花費巨大而且不符合可持續(xù)發(fā)展觀;而使雨水入滲土壤、補充地下水資源或者加以儲存利用已成為目前國際上推崇的主流思路。

透水混凝土是一種環(huán)境友好型高滲透性材料，在城市道路中得到了廣泛應(yīng)用。透水混凝土作為道路的路面鋪裝材料，有著很好的透水性和通氣性。利用透水混凝土良好的滲透性來排除多降雨地區(qū)的積水始于20世紀70年代，研究表明，透水混凝土路面的高孔隙結(jié)構(gòu)能讓雨水有效滲入地下，減少城市地表洪流，此外，貫通性孔隙具有吸音、降噪的功能。透水混凝土路面還具有良好的生態(tài)功能，可以使入滲的雨水水質(zhì)得到凈化，并可調(diào)節(jié)地表溫濕度，有效減緩城市熱島效應(yīng)。在可持續(xù)發(fā)展理念指導下，近幾年我國透水混凝土路面工程研究應(yīng)用迅速發(fā)展，這將對解決大都市的市內(nèi)排水不暢問題起到巨大的作用。

透水混凝土路面與普通路面最大的差異就在于透水性，而影響路面透水性的主要因素就是孔隙率。研究表明，要保證路面透水的有效性，透水混凝土的孔隙率需大于8%。然而在透水混凝土路面建成后，由于礦物或有機的細顆粒會隨著水流不斷進入孔隙，孔隙會因堵塞而導致路面滲透性能不斷降低，從而難以發(fā)揮透水路面的功能，使其演變成非透水路面，造成經(jīng)濟上的浪費。由于國際上對透水混凝土的透水性能的研究剛剛起步，而在防止透水混凝土路面堵塞方面的研究較少，且主要偏重于現(xiàn)象上的實驗分析，或僅在二維層面上進行研究。目前，國內(nèi)還沒有關(guān)于透水混凝土路面堵塞的研究。因此，本文擬借助試驗研究透水混凝土滲透性演變及堵塞的細觀力學機理，為透水路面設(shè)計、施工方案和參數(shù)的選取以及養(yǎng)護維修措施的制定提供科學有效的依據(jù)，推動透水混凝土路面病害學領(lǐng)域的研究和發(fā)展，為透水路面的大規(guī)模推廣提供有力保障，從而為因城市化造成的不透水面積不斷擴大，及由此引發(fā)的嚴重的城市洪漠問題提供一條有效的解決途徑。

2 透水混凝土樁

目前，用于加固地基的樁體一般可分為剛性樁、柔性樁(或半剛性樁)、散體樁。砂樁、碎石樁等散體樁的滲透性能好，能夠起到加速地基排水固結(jié)、減小地基液化勢的作用，但是由于散體樁樁體本身的強度和剛度較低，其加固后的復合地基的工后沉降較大，承載力提高效果不顯著；素混凝土樁、CFG樁等剛性樁具有較高的剛度和強度，復合地基承載能力顯著提高，但由于剛性樁透水能力較差，所以復合地基固結(jié)速度緩慢，抗震性能差。而透水混凝土材料制作的樁體集合了剛性樁和散體樁的優(yōu)點，將透水混凝土樁用于加固地基時，不僅能使地基承載力明顯提高，而且具有顯著的減壓降沉效應(yīng)，還能夠提高地基抗震性能，防治地基土的液化。

但是透水混凝土也存在缺點，由于其透水性好，孔隙率大，所以在地基土體發(fā)生管涌時，土體中的細顆粒就很易堵塞在透水混凝土樁的孔隙內(nèi)，使其透水性能失效。當?shù)鼗恋臐B透比降超過其臨界滲透比降時，在滲流水的作用下，填充在土體骨架空隙中的細顆粒在空隙中移動，并隨水流向下游遷移，細顆粒被滲水帶走而在地基土體中形成滲流渠道，這種地質(zhì)現(xiàn)象稱為管涌。管涌現(xiàn)象主要發(fā)生在無粘性土土層。

為此，本文對管涌引起的透水混凝土樁的堵塞演化過程進行了試驗研究，分析管涌發(fā)生過程中透水混凝土樁堵塞狀態(tài)，并通過研究透水混凝土孔隙率、管涌細顆粒的粒徑與摻量、樁周土體的密實度以及樁間距對管涌引起的透水混凝土樁孔隙堵塞的影響，深入分析了透水混凝土的堵塞機理。

3 目前存在的問題

與普通混凝土不同，透水混凝土是一種骨架-空隙結(jié)構(gòu)，它是以單粒級粗集料作為

裝骨架，將包裹在粗集料顆粒的表面的水泥凈裝或含有極少量細集料的砂 薄層作為粘結(jié)層，使粗集料顆粒相互結(jié)合在一起形成一個整體。透水混凝土雖然具有較高的透水性能，但其力學性能與普通混凝土相比有所下降，因此，在保證其透水性能基本不變的基礎(chǔ)上，如何提高其強度和耐久性是專家們目前的研究重點。目前，透水混凝土的設(shè)計和施工技術(shù)等很多理論研究與應(yīng)用還有待完善和全面推廣。

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