連亞明，徐仁崇，王偉，石瑩，陳裕佳

（1.廈門市建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361004；2.廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

聚合物透水混凝土應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)※

連亞明1,2，徐仁崇1,2，王偉1,2，石瑩1,2，陳裕佳1,2

（1.廈門市建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361004；2.廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

本文概述了聚合物透水混凝土在生產(chǎn)、施工和應(yīng)用方面的關(guān)鍵技術(shù)，探討了聚合物的種類、用量，集料類型、級配和養(yǎng)護齡期對聚合物透水混凝土強度和透水性能的影響，闡明相關(guān)質(zhì)量控制要點，為其今后應(yīng)用推廣提供經(jīng)驗參考。

聚合物透水混凝土；性能影響；生產(chǎn)施工；應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

0 前言

近年來，國家大力推進海綿城市建設(shè)，透水混凝土因具有良好的視覺效應(yīng)和環(huán)保效應(yīng)而日益受到人們的重視。作為新型環(huán)保道路材料，透水混凝土具有較大的孔隙率和較為適宜的強度，良好的滲透性能可以促進地表多余水分回歸地下，改善城市水循環(huán)；適宜的強度使其廣泛應(yīng)用于城市人行道路建設(shè)，美化城市市容，有效解決了普通混凝土所帶來的系列生態(tài)問題。

海綿城市道路新建或道路改建中的透水路面主要采用透水磚或透水混凝土，聚合物透水混凝土則更多的應(yīng)用于景觀道路、公園廣場等。聚合物透水混凝土是以高分子聚合物為膠結(jié)材料，靠高分子聚合物聚合固化將骨料膠結(jié)而成的多孔混凝土[1]。聚合物樹脂具有優(yōu)良的韌性，結(jié)合透水混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，使聚合物路面面層具有良好的吸震性能和吸音減噪效果，但硬化后較脆，耐沖擊性能差，且容易老化，力學(xué)性能存在不足，且生產(chǎn)成本較高，導(dǎo)致其在透水鋪裝領(lǐng)域中的應(yīng)用受到限制。因此，為了確保工程質(zhì)量、加強其推廣應(yīng)用，必須重視其在生產(chǎn)和施工過程中的質(zhì)量控制。

1 聚合物透水混凝土的應(yīng)用

由于聚合物樹脂透明，透水聚合物面層可通過設(shè)計、調(diào)配，展現(xiàn)出天然石的本色，色彩多樣、藝術(shù)效果豐富，具有良好的裝飾效果，增加了城市的美觀性。因此，聚合物透水混凝土常被用于公園道路、社區(qū)廣場、景觀小道等路面鋪裝領(lǐng)域[2]。同時，由于其可塑性強，亦被用于普通路面及透水水泥混凝土路面修補等領(lǐng)域。

2 聚合物透水混凝土性能影響因素分析

聚合物透水混凝土由集料和聚合物膠粘劑構(gòu)成，強度和透水系數(shù)的影響因素是其配合比設(shè)計的關(guān)鍵。膠粘劑用量、碎石粒徑及形狀、養(yǎng)護齡期等因素均會對其強度和透水性能產(chǎn)生影響，其中聚合物膠粘劑用量起著關(guān)鍵性作用[3]。

2.1 聚合物種類的影響

聚合物種類繁多，透水混凝土所選用的聚合物膠粘劑應(yīng)具有物理強度高、固化速度適中、固化收縮率低等特點，在考慮經(jīng)濟成本的同時還應(yīng)兼顧其環(huán)保性。在集料與聚合物膠粘劑混合的過程中，聚合物膠粘劑會與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)而固化，逐漸將集料膠結(jié)成一個整體，固化完全后則具有較高的強度。相關(guān)試驗[3-4]表明，膠粘劑種類對聚合物透水混凝土透水系數(shù)影響較小，從抗壓強度、透水系數(shù)、耐候性、環(huán)保性能考慮，聚合物透水混凝土宜采用聚氨酯類膠黏劑。實際應(yīng)用中一般采用無溶劑多元醇組合料和無溶劑異氰酸酯組合料合成的聚氨酯樹脂。

2.2 聚合物用量的影響

采用 5～10mm 骨料，制備聚氨酯樹脂摻量為 4%、6%、8%、10%、12% 的聚合物透水混凝土，將多元醇組合料、異氰酸酯組合料以 1:1 的比例攪拌混勻，再倒入骨料中攪拌至均勻。采用網(wǎng)籃法分別測定試件孔隙率，成型100mm×100mm×100mm 試件，測定其 3d 抗壓強度，試件成型方法參照 DB3502/Z5 006－2015《透水水泥混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進行，抗壓強度方法參照 GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準》進行，混凝土配合比及試驗結(jié)果見見表 1、圖 1。

表1 聚合物透水混凝土配合比及試驗結(jié)果

圖1 聚氨酯摻量對孔隙率、抗壓強度的影響

圖1顯示了聚氨酯摻量對聚合物透水混凝土孔隙率和抗壓強度的影響。由圖可知，隨著聚氨酯用量的增加，孔隙率逐漸下降。當(dāng)聚氨酯的摻量超過 8% 時，孔隙率低于 17.5%，已出現(xiàn)封閉孔隙的現(xiàn)象?？梢?，當(dāng)聚氨酯用量過大時，會造成透水性能的損失，同時還會提高整體的成本。因此，聚氨酯摻量不宜大于 8%，適宜摻量為 6%～8%。隨著聚合物用量的增加，混凝土抗壓強度逐漸增大，但強度增長趨勢趨于平緩。當(dāng)聚氨酯摻量超過 10.0% 時，強度幾乎沒有明顯增長。

聚合物透水混凝土類似于在緊密堆積的骨料中填入聚合物樹脂，因此隨著聚合物樹脂用量的增加，骨料的孔隙逐漸被聚合物填充，導(dǎo)致孔隙率逐漸減低。聚合物透水混凝土強度主要依靠碎石間的相互嵌擠和聚合物膠黏劑的黏結(jié)強度提供[5-6]。當(dāng)聚合物樹脂用量較小時，不足以覆蓋碎石表面，導(dǎo)致混合料間的粘附性較差、強度較低，隨著聚合物樹脂用量的增加強度逐漸增大；當(dāng)聚合物樹脂用量過多時，多余的樹脂在重力作用下向下流淌，對強度貢獻不大，不僅造成成本浪費，還大大降低了透水性。

2.3 石子類型的影響

聚合物透水混凝土可采用碎石或卵石，集料要求潔凈、堅硬、無雜質(zhì)、不宜含有較多針片狀顆粒，以確保其質(zhì)量及較為合理的級配[7]。為了保證較好的透水性能，現(xiàn)階段通常采用單級配碎石施工，粒徑較為適宜，通常選擇花崗巖或大理石生產(chǎn)的碎石，這樣既能保證所要求的透水性，又能保證所要求的抗壓強度。聚合物透水體系中，當(dāng)聚合物樹脂用量增加到一定程度后，多余的樹脂因孔隙有限受重力作用而集中在混凝土結(jié)構(gòu)外部時，對強度貢獻不大，此時試件破壞多因碎石被壓碎，強度在很大程度上取決于碎石本身的特性。

2.3.1 碎石級配的影響

采用粒徑為 5～10mm、10～20mm 的單粒級和 5～20mm連續(xù)粒級的碎石，研究石子級配對聚合物透水混凝土 3d 抗壓強度的影響。其中聚合物摻量為 6%，配合比及試驗結(jié)果見表2。

表2 配合比及試驗結(jié)果

由表 2 可知，隨著碎石粒徑的增大，抗壓強度減小，連續(xù)粒級碎石的混凝土抗壓強度高于單級配碎石。可見，合理的碎石級配有利于提高混凝土的強度，碎石級配越合理，聚合物樹脂可接觸的內(nèi)表面積越大，混凝土抗壓強度就越大。目前工程中常用的碎石粒徑為 3～5mm、4～8mm、5～10mm。

2.4 養(yǎng)護齡期的影響

采用石子粒徑 5～10mm，石子用量 1620kg/m3，聚氨酯樹脂摻量 6.0%，測定不同養(yǎng)護齡期的聚合物透水混凝土的抗壓抗折強度，試驗結(jié)果見表 3 與圖 2。

表3 試驗結(jié)果

圖2 齡期對抗壓抗折強度的影響規(guī)律

圖2 顯示了養(yǎng)護齡期對聚合物透水混凝土抗壓和抗折強度的影響。由圖可知：隨著齡期的增加，混凝土強度不斷增長，前期強度增長迅速，3d 抗壓強度達到了 28d 強度的 90%以上；后期強度增長則趨于緩慢，3d 至 28d 齡期抗壓強度僅增加了 0.5MPa。這是由于聚合物混凝土通過樹脂的氧化作用形成強度，而樹脂在空氣中氧化速度較快；另一方面，聚合物混凝土空隙率大，使空氣流動性增強，加快了固化反應(yīng)速度，進而縮短了強度形成時間[8]，室溫下可將 1d 作為聚氨酯碎石透水路面的養(yǎng)護期。

3 施工工藝

3.1 施工準備

施工前應(yīng)進行技術(shù)交底，落實施工中技術(shù)要點及注意事項。確保施工設(shè)備能夠正常運轉(zhuǎn)，保證骨料的清潔干燥，有粉塵或濕潤的骨料應(yīng)進行除塵或干燥處理后才能使用，檢查聚合物膠粘劑存儲情況，確保沒有變質(zhì)。

3.2 生產(chǎn)

因聚合物透水混凝土施工較為環(huán)保且精細，施工速度較為緩慢，因此一般采用現(xiàn)場拌制的方式生產(chǎn)。拌制時，采用立式磨盤攪拌機進行攪拌，將計量好的集料倒入攪拌機內(nèi)攪拌，再加入聚合物樹脂進行攪拌，攪拌時間約 3min，判斷聚合物樹脂是否均勻的包裹集料，若包裹性較差或樹脂量過剩，可通過添加適量聚合物膠粘劑或集料進行調(diào)整。聚合物膠粘劑采用即配即用的方式，最佳膠粘劑摻量為6.0%～8.0%。

3.3 運輸

應(yīng)根據(jù)施工進度來選配合理的運輸設(shè)備，現(xiàn)場施工時，一般使用方型板式斗車。推行過程中應(yīng)平穩(wěn)推進，避免不必要的顛簸，防止聚合物樹脂應(yīng)外力作用而過度析出。如圖 3所示。

圖3 聚氨酯透水混凝土生產(chǎn)與運輸

3.4 攤鋪、收邊、抹光

運至鋪設(shè)區(qū)域后，先由人工用刮尺刮至初始平順。攤鋪厚度應(yīng)考慮其松鋪系數(shù)，松鋪系數(shù)宜選取 1.1，透水路面施工過程中應(yīng)注重補料環(huán)節(jié)，缺料處需安排專人進行補料抹平。攤鋪完約 10min 后，用表面抹光機進行壓實與收面。而對于表面抹光機無法抹平的區(qū)域（路沿石銜接處），可由人工抹平收面，人工收面時應(yīng)以壓實為主[9-10]。因聚氨酯膠粘劑固化速度與溫度成正比，正常施工溫度下（25～40℃），聚合物透水混凝土可施工時間不宜超過 25min。圖 4 為現(xiàn)場施工圖。

圖4 聚氨酯透水混凝土攤鋪工藝

3.5 養(yǎng)護與維護

施工合格后，即開始養(yǎng)護，通常自然養(yǎng)護 24h 即可。養(yǎng)護期間應(yīng)避免重物直接作用于施工部位以防止強度受損；同時應(yīng)保持孔隙內(nèi)清潔，不被泥土、油污等污染。日常使用中，為延長道路使用壽命，要做到預(yù)防與治理相結(jié)合，安排專門養(yǎng)護人員定期清理污染物。定期使用高壓水槍沖洗或采用壓縮空氣沖刷孔隙。當(dāng)透水路面出現(xiàn)裂縫或碎石脫落等現(xiàn)象時，必須及時修補。

3.6 質(zhì)量控制關(guān)鍵

（1）由于水影響聚合物膠粘劑硬化后的強度，應(yīng)嚴格控制可能引入水的環(huán)節(jié)。如：應(yīng)嚴格把控細集料，使其在使用前充分干燥；禁止在雨天和基層表面潮濕未完全干燥時進行透水路面施工。

（2）由于聚合物固化時間有限，聚合物透水混凝土施工應(yīng)根據(jù)施工速率合理控制生產(chǎn)速度，做到隨用隨配，對于超過使用時間的應(yīng)禁止使用。

（3）聚合物透水混凝土施工要求美觀、規(guī)整，為了避免表面不平整，在抹光平整過程中應(yīng)及時補料。

（4）施工應(yīng)做到連續(xù)作業(yè)，避免產(chǎn)生較多的施工冷接縫；當(dāng)不可避免時，應(yīng)做到規(guī)則，保證整體的美觀、劃一。

（5）聚合物透水混凝土一般常溫下養(yǎng)護，養(yǎng)護時間一般為 24h，養(yǎng)護期間要采取保護措施，防止重物、泥土、油污、水分等因素對其質(zhì)量造成不利影響。

4 結(jié)語

聚合物透水路面作為新型的特色功能路面鋪裝技術(shù)，美觀、防滑、環(huán)保、快捷是其最主要的優(yōu)點，同時它為解決城市內(nèi)澇問題和建設(shè)海綿城市提供了一個有效可行的方案，隨著環(huán)保、節(jié)能理念的不斷推進其未來具有良好的發(fā)展空間，該工藝將在城市道路建設(shè)領(lǐng)域創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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The application key technology of polymers pervious concrete

Lian Yaming1,2, Xu Renchong1,2, Wang wei1,2, Shi Ying1,2, Chen Yujia1,2
(1.Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., Fujian Xiamen 361004; 2.Xiamen Tianrunjinlong building materials Co., Ltd., Fujian XiaMen 361027)

This paper summarizes the key technology of Polymers Pervious Concrete's production,construction and application and analyzes the influence factors of permeable coefficient on the strength and discusses. And it introduces construction technology and quality control methods to accumulate experiences for Polymers Pervious Concrete of polyurethane macadam pavement in the future．

polymers pervious concrete; performance impact; construction technology; the application key technology

連亞明，男，助理工程師。

廈門海滄區(qū)科技計劃資助項目（350205Z20161020）

［通訊地址］福建省廈門市海滄區(qū)東孚鎮(zhèn)鳳美四路 39 號（361004）