曾凡貴，張意，曾路，王瑤，莫堅方

（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶 400015；2重慶大學 材料學院，重慶 400045）

引言

研究表明[1]，透水混凝土能合理利用降雨，使雨水滲透到地下，補充地下水位，既改善了因地下水位低而產(chǎn)生的地面塌陷，又能改善土壤條件，緩解城市熱島效應，有利于綠色植物和土壤微生物的生長。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并應用透水混凝土。1995年，南伊利諾伊大學的Nader Ghafoori[2]討論了透水混凝土作為道路材料的使用技巧，并對其物理力學性能進行了試驗研究與分析。美國Iowa State University[3-4]對透水混凝土進行了比較全面的研究，包括透水混凝土的配合比設(shè)計、養(yǎng)護方法、工作性能及其影響因素、施工和質(zhì)量控制等。

而隨著透水混凝土應用的推廣，透水混凝土的問題也暴露出來，隨著使用時間的推移，會出現(xiàn)透水混凝土透水性能下降。早期的研究發(fā)現(xiàn)透水混凝土路面使用五年后，其滲透性降低的90%[5-6]。地表徑流攜帶的細砂，碎石，粘土會隨著水流流入透水混凝土的孔隙之中，造成透水混凝土孔隙的堵塞，嚴重影響了路面排水、透氣降噪的性能。由于孔隙堵塞引起的透水混凝土的滲透性降低，使其演變成非透水路面[7]，透水混凝土路面的功能難以發(fā)揮，造成城市洪澇和凍融災害的發(fā)生[8]。

國內(nèi)外對這一現(xiàn)象進行了一定程度的研究。Reiser等[9]根據(jù)堵塞發(fā)展過程不同，將透水混凝土路面的堵塞分為2種類型：一類堵塞是少量沉積物持續(xù)或循環(huán)沉積的緩慢過程；另一類是快速堵塞過程。Jimenez等[10]分析研究了透水路面的滲透性隨時間的演化規(guī)律。Kayhanian等[11]采用美國國家瀝青技術(shù)中心的試驗裝置，通過變水頭試驗方法對停車場的透水混凝土路面的堵塞進行了評估。

但是，目前國內(nèi)外對透水混凝土堵塞這方面的研究較少，還沒有一個統(tǒng)一可靠的對透水混凝土抗堵塞性能好壞評判標準。本文旨在通過一定的影響因素，來研究其對透水混凝土抗堵塞性能的研究，為下一步的研究提供基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 原料

1.1.1 水泥

實驗用水泥采用重慶富皇水泥有限公司生產(chǎn)的42.5R級普通水泥。

1.1.2 骨料

實驗用的骨料為天然中砂，產(chǎn)自岳陽，表觀密度為2690 kg/m3，細度模數(shù)為3.2。本實驗選取中沙粒徑為0.6～1.18mm，1.18～2.36mm，2.36～4.75mm三種級配的砂子作為實驗用的集料。將三種骨料分別命名為G1，G2，G3。

1.1.3 減水劑

本實驗的減水劑采用瑞士西卡高性能聚羧酸減水劑540P，呈白色粉末狀。實驗中減水劑的摻量通過水泥跳桌實驗確定。

1.1.4 堵塞劑

本實驗中的堵塞劑采用岳陽產(chǎn)的特細砂與重鋼生產(chǎn)礦渣，具體性能分別見表1與表2。將粒徑為小于0.08mm的部分用礦渣粉代替，記做D1，粒徑0.08～0.15mm的特細砂堵塞劑記為D 2，粒徑0.15～0.3mm的特細砂堵塞劑記為D3，0.30～0.60mm的特細砂堵塞劑記為D4。將75%的全級配特細砂與25%礦渣粉混合的堵塞劑記為D5。

1.2 實驗方法

表1 特細砂的性能

表2 礦渣粉的性能

1.2.1 強度

本實驗采用的攪拌方法為兩次加料法，按表3的配比進行加料。全部的試件的混凝土由JJ-5行星式水泥膠砂攪拌機攪拌而成，采用插搗和振動成型，帶膜養(yǎng)護24h，拆模后把試件放到實驗室的養(yǎng)護室中養(yǎng)護。參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法》中的要求進行抗壓強度測試，試件規(guī)格：40mmx40 mmx160mm。

表3 實驗方案

1.2.2 透水測試

透水實驗試樣尺寸為100mmx100mmx20mm，透水儀見圖1。該設(shè)備為兩端開口的有機玻璃方框，尺寸為100mmx100mcmx350mm，上面刻有上下兩條刻度線。將試件側(cè)面輕輕浸入蠟液中，四面都均勻的裹上一層蠟，晾干后再重復一遍以上的操作。完成后的效果如圖2。用橡皮泥對試件和透水儀進行密封，向透水儀中加水至超過上刻度。待水面下降至上刻度時開始計時，下降至下刻度時計時一次。透水系數(shù)按下式計算：

V=H/Δt

式中 H為水位下降高度，20mm；Δt為水從上刻度高度降至下刻度的時間。

1.2.3 模擬堵塞實驗

將10g堵塞劑均勻灑在透水混凝土試件表面，測透水系數(shù)。重復加入等量堵塞劑，直至透水時間大于2500s（透水系數(shù)小于0.1mm/s），停止實驗。記錄下加入堵塞劑的次數(shù)以及重量。測完后將滯留在試件表面的堵塞劑刮下來，放進鼓風干燥箱中以60℃的溫度烘24h，稱量并記錄收集到的堵塞劑的重量，用來計算堵塞劑滯留在試件表面的百分比。

完成上述步驟的試件放在通風處放置24h，第二天用豬毛刷對該試件進行清潔，然后在水龍頭下沖洗15s，模擬透水混凝土路面的清潔方式對其進行清潔。如圖3為同一組清洗前后的試件。

清潔完成后，再次進行透水系數(shù)測試。獲得清洗后的透水時間，與堵塞前的透水時間進行對比，獲得透水恢復系數(shù)。

圖1 透水測試儀

圖2 蠟封效果圖

圖3 試件清洗前后對比

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 堵塞劑粒徑對透水混凝土抗堵塞性能的影響

圖4是三種不同粒徑集料的透水混凝土，用四種堵塞劑，進行四次堵塞循環(huán)的實驗。圖5為集料為G2，堵塞劑為D2和D5的實驗小組對比，比較單一級配的堵塞與連續(xù)級配的堵塞劑對透水混凝土堵塞的影響可以看出。

從圖4中可以看出，隨著堵塞劑的加入，透水混凝土試件的透水系數(shù)明顯下降。堵塞劑為D4，不同集料粒徑透水系數(shù)的下降速率都是最慢的，四次循環(huán)后試件的透水系數(shù)維持在較高的水平，約為未堵塞之前的50%。其他三組試件四次堵塞循環(huán)后透水系數(shù)都下降到原來的20%以下。所以D4粒徑及其以上的堵塞劑不是孔隙率為15%透水混凝土的主要堵塞物質(zhì)。

圖4 堵塞劑對透水系數(shù)的影響

而從圖5可以看出連續(xù)級配的堵塞劑更容易形成堵塞。

圖5 單一與連續(xù)級配堵塞效果對比

表4為堵塞循環(huán)后對試件進行清洗過后的透水系數(shù)恢復情況。被D4堵塞的試件，清洗過后透水系數(shù)能恢復到未被堵塞時的90%以上，其他三種粒徑卻恢復程度較低，因此可以認為堵塞劑D4大部分沉積在試件表面，對透水混凝土內(nèi)部的連通孔隙并未造成嚴重堵塞。這也與Deo[10]的結(jié)論相似，Deo認為粒徑過大的顆粒并未進入透水混凝土內(nèi)部，而是因為在表面覆蓋了透水混凝土表面的孔隙。

表4 透水系數(shù)恢復百分比

2.2 孔隙率對透水混凝土堵塞性能的影響

本實驗設(shè)置了實驗組4、5和6，設(shè)計孔隙率分別為10%，15%，20%。每組試驗中包括三種不同粒徑的集料成型的試件。圖6為不同孔隙率試件的7d抗壓強度。由圖可知，設(shè)計孔隙率越大，透水混凝土的抗壓強度越低。這一現(xiàn)象也已被很多研究證明。

圖6 不同孔隙率和集料粒徑試件7天抗壓強度

表5為集料G1的不同設(shè)計空隙率透水混凝土試件的抗堵塞性能的影響。隨著設(shè)計孔隙率的增加，堵塞循環(huán)次數(shù)增加，透水系數(shù)恢復百分比增加。原因是設(shè)計空隙率越小，漿體含量越多，集料之間的孔隙的充填增加，導致孔隙變小，曲折程度增加，堵塞物更容易堵塞。而對于大孔隙率的試件，聯(lián)通的孔較多，水流較大，堵塞物易被水流沖走，從而恢復透水系數(shù)。但是孔隙大的混凝土強度較低。且孔越大，堵塞物易沉在底部，長期以來也會形成堵塞。

表5 孔隙率對透水混凝土堵塞恢復的影響

3.3 水灰比和塌落度對透水混凝土堵塞性能的影響

圖7 水灰比對透水混凝土抗堵塞性能的影響

圖8 擴展度對透水混凝土堵塞的影響

通過實驗組為4、7和8，集料粒徑為G2的透水混凝土來探究水灰比對透水混凝土抗堵塞性能的影響，水灰比梯度分別設(shè)置為0.24，0.26 和0.28，通過調(diào)整減水劑的加入量保持水泥凈漿擴展度為160mm。圖7為水灰比對透水混凝土抗堵塞性能的影響。由圖7可知，水灰比增加，堵塞循環(huán)次數(shù)降低，但影響不大。

通過實驗4、實驗9和實驗10，集料為G2，擴展度分別為160mm，180mm和205mm。來探究漿體流動度對透水混凝土抗堵塞性能的影響。圖8為擴展度對堵塞循環(huán)次數(shù)的影響。從圖8可以看出，漿體擴展度增大，透水系數(shù)和抗堵塞性能急劇下降。原因是漿體擴展度增大，會出現(xiàn)沉漿，下表面被漿體堵塞，從而導致抗堵塞能力下降。

表6為漿體擴展度對透水混凝土堵塞性能的影響。表中可以看到，隨著擴展度的增加，滯留試件表面的堵塞物百分比增加?？赡艿脑蚴?，擴展度增大時，試件表面孔隙率減小，堵塞物無法進入透水混凝土內(nèi)部的孔隙，滯留在表面的堵塞物的質(zhì)量增加。同時表面孔隙較少，透水混凝土的清潔養(yǎng)護的困難程度也大大提高，清洗后透水性能的恢復程度也較低。

表6 擴展度對透水混凝土堵塞恢復的影響

4 結(jié)論

（1）改變堵塞物粒徑大小，堵塞劑D4四次循環(huán)后試件的透水系數(shù)維持在較高的水平，約為未堵塞之前的50%。其他三組試件四次堵塞循環(huán)后透水系數(shù)都下降到原來的20%以下。粒徑較大的堵塞物顆粒無法對透水混凝土試件進行有效的堵塞，連續(xù)級配的堵塞劑對透水混凝土的堵塞效果更明顯。

（2）設(shè)計空隙率越大，在表面的堵塞物越小，在實驗條件下透水恢復情況更好，但是實際中仍會形成堵塞。

（3）在成型透水混凝土的過程中，要特別控制漿體的擴展度。擴展度為160mm的透水系數(shù)恢復可達到62.4%，而擴展度為180mm僅為51.6%。擴展度過大，流動性過高，會造成透水混凝土底面出現(xiàn)掛漿的情況，造成表面孔隙的堵塞，減少表面連通孔的數(shù)量，嚴重影響透水混凝土的透水性能，使孔隙更容易被堵塞失效。

（4）可在混凝土表面設(shè)置一層孔直徑小于大多數(shù)路面灰塵的砂漿，灰塵不會落到混凝土內(nèi)部，且在表面易于清洗。從而保持一定的透水系數(shù)和耐久性。

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