陳曉霞，劉志彬

（安陽工學(xué)院，河南安陽455000）

0 緒言

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，極端天氣頻度加劇，導(dǎo)致城市雨水系統(tǒng)承受的壓力相應(yīng)增加。相伴共生的城市內(nèi)澇、水污染等問題給城市帶來困擾，也同時(shí)制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。2014年11月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部正式出臺(tái)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》，標(biāo)志著海綿城市已正式上升為國家戰(zhàn)略。海綿城市建設(shè)理念作為一個(gè)立足于中國國情的綜合性解決方案，有助于解決我國城市內(nèi)澇、水資源缺乏等諸多問題。

建設(shè)具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)城市和環(huán)境資源協(xié)調(diào)發(fā)展的重要體現(xiàn)，是建設(shè)美麗中國的重要方式，也是今后我國城市建設(shè)的重大任務(wù)[1-2]。海綿城市的建設(shè)離不開“海綿體”，包括河流、湖泊、花園、透水地面等。雨水降落到上述“海綿體”上可迅速下滲到地面以下，自然地表對(duì)雨水具有儲(chǔ)蓄、凈化及循環(huán)利用功能，從而減少各種城市病的發(fā)生。將不同材料制成的透水磚作為一種有效的“海綿體”成為海綿城市建設(shè)的重要研究?jī)?nèi)容[3-6]。透水磚的應(yīng)用，將有效緩解傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的壓力，同時(shí)具有吸音減噪的特點(diǎn)，有效緩解城市熱島效應(yīng)，具有很大的使用價(jià)值和發(fā)展前景。

1 試驗(yàn)材料、裝置及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料包括水泥、集料和水。

水泥：采用42.5MPa普通硅酸鹽水泥；

集料：采用0～5mm的礫石及普通粗砂；

水：采用常溫自來水。

1.2 試驗(yàn)裝置和方法

研究透水混凝土需要進(jìn)行的試驗(yàn)包括力學(xué)性能試驗(yàn)和透水性試驗(yàn)。

1）力學(xué)性能試驗(yàn)。透水混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)采用抗壓強(qiáng)度作為其重要力學(xué)指標(biāo)。采用4個(gè)150mm×150mm×150mm的標(biāo)準(zhǔn)試塊，分別測(cè)7天和28天的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)方法參照普通混凝土（GB/T50082-2009）的測(cè)試方法，測(cè)試時(shí)采用NYL-30型壓力試驗(yàn)機(jī)。

2）透水性試驗(yàn)。透水性試驗(yàn)采用TS-A型透水系數(shù)試驗(yàn)裝置，取直徑為100mm，高度為50mm圓柱體作為試樣。試驗(yàn)前，先用鋼直尺測(cè)量圓柱試樣的直徑（D）和厚度（L），分別測(cè)兩次，取平均值，精確至0.1cm，計(jì)算試樣的表面面積（A）。試驗(yàn)時(shí)先將待測(cè)試塊放入水中浸泡20min，之后將其取出裝入透水系數(shù)試驗(yàn)裝置，將試塊與透水圓筒連接密封好。放入溢流水槽，打開供水閥門，使水進(jìn)入容器中。等溢流水槽的溢流孔有水流出時(shí)，調(diào)整進(jìn)水量，使透水圓筒保持一定的水位（約150mm），待溢流水槽的溢流口和透水圓筒的溢流口的流水量穩(wěn)定后，用量筒從出水口接水，記錄5min流出的水量，測(cè)量3次，取平均值。最后用鋼直尺測(cè)量透水圓筒的水位與溢流水槽水位之差（H），精確至0.1cm。用溫度計(jì)測(cè)量試驗(yàn)中溢流水槽中水的溫度（T），精確至0.5℃。將以上測(cè)量數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式KT=Q×L/(A×H×t)中即可得透水混凝土的透水系數(shù)[7]。

2 透水混凝土配合比設(shè)計(jì)

通過合理的配合比參數(shù)的改變，在確保骨料表面被水泥砂漿充分包裹的前提下，盡可能使骨料間具有足夠的連通空隙，使混凝土既滿足強(qiáng)度的要求，又具有良好的透水性。在大量試驗(yàn)結(jié)果以及對(duì)透水混凝土理論理解的基礎(chǔ)之上，本次試驗(yàn)選定透水混凝土配合比設(shè)計(jì)的參數(shù)為：水灰比取0.3、0.35、0.4、0.45、骨灰比為3.5、4、4.5、5和砂率分別為10%、15%、20%、25%。

3 試驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和規(guī)律分析

抗壓強(qiáng)度作為透水混凝土重要的力學(xué)指標(biāo)，對(duì)透水混凝土在工程實(shí)踐中的應(yīng)用有很大的影響。本次試驗(yàn)測(cè)得了在不同水灰比、骨灰比和砂率條件下養(yǎng)護(hù)7天和28天的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如圖1(a)、(b)、(c)所示。

圖1 抗壓強(qiáng)度隨水灰比、骨灰比及砂率的變化規(guī)律

由圖1可以得出以下結(jié)論：

1）隨著透水混凝土齡期的增長(zhǎng)，水化程度逐漸完全，28天抗壓強(qiáng)度均比7天抗壓強(qiáng)度要大，但增幅不大；

2）在水灰比不大于0.35時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨水灰比的增大而增大；水灰比超過0.35之后，抗壓強(qiáng)度隨水灰比的增大而減小。水灰比為0.35時(shí)28天抗壓強(qiáng)度最高，達(dá)到35.9MPa。水灰比過小時(shí)，水泥漿的流動(dòng)性較小，部分骨料不能被水泥漿完全包裹且水泥的水化程度低，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度偏低；水灰比過大時(shí)，部分骨料也不能被水泥漿完全包裹，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度也偏低；

3）抗壓強(qiáng)度隨骨灰比的增大而減小。骨灰比為3.5時(shí)28天抗壓強(qiáng)度最高，為61.3MPa。骨灰比為5時(shí)，28天抗壓強(qiáng)度為36.6MPa。說明水泥用量對(duì)材料的抗壓強(qiáng)度起著決定性的作用；

4）抗壓強(qiáng)度隨砂率的增加而增大。砂率為10%時(shí)，28天抗壓強(qiáng)度為30.1MPa；砂率為25%時(shí)，抗壓強(qiáng)度為62.1MPa，增大了一倍多?；炷猎噳K中有較多孔隙，隨著砂率的增加，水泥漿可以充分包裹骨料表面，試塊密實(shí)，強(qiáng)度增大；

5）若采取合適的配合比，再生骨料和膠凝材料間有很強(qiáng)的黏結(jié)力。破壞一般發(fā)生在基體一側(cè)，體現(xiàn)出較高的強(qiáng)度。而當(dāng)骨灰比偏高或水灰比偏低時(shí)，由于水泥漿不足以充分包裹骨料，破壞往往發(fā)生在骨料和水泥結(jié)合面上，導(dǎo)致混凝土提前破壞[4]。

3.2 透水性試驗(yàn)結(jié)果和規(guī)律分析

透水系數(shù)也是透水混凝土的一個(gè)重要指標(biāo)。透水混凝土隨水灰比、骨灰比及砂率的變化規(guī)律如圖2、圖3、圖4所示。

由圖2至圖4可得出如下結(jié)論：

1）相同條件下，隨著透水混凝土齡期的增長(zhǎng)，透水系數(shù)均會(huì)不同程度地減小；

2）水灰比的影響情況比較復(fù)雜。當(dāng)水灰比為0.3時(shí)，水泥漿的流動(dòng)性較小，部分骨料不能被水泥漿完全包裹，成型困難；而且攪拌不充分，易使水泥漿聚集在某一區(qū)域，阻塞空隙，導(dǎo)致透水性能下降；當(dāng)水灰比增加至0.35時(shí)，水泥漿攪拌均勻，不易出現(xiàn)阻塞的情況，透水性比水灰比為0.3時(shí)改善很多。當(dāng)水灰比繼續(xù)增加時(shí)，水泥漿過多，空隙易被阻塞，所以透水系數(shù)有所下降；

3）隨著骨灰比的增大，由于水泥漿數(shù)量減少，形成大量空隙，相互連通形成透水通道，透水系數(shù)逐漸上升，在骨灰比為5.0時(shí)達(dá)到最高。

4）透水系數(shù)隨砂率的增加而減小。砂率為10%時(shí)透水系數(shù)最高，砂率繼續(xù)增加時(shí)，砂漿易堵塞骨料間的空隙，透水系數(shù)下降明顯。

圖2 水灰比變化對(duì)透水系數(shù)的影響

圖3 骨灰比變化對(duì)透水系數(shù)的影響

圖4 砂率變化對(duì)透水系數(shù)的影響

3.3 最佳配合比確定

最佳配合比的確定基于功效系數(shù)法的計(jì)算，見表1所示。

功效系數(shù)法又叫功效函數(shù)法，它是根據(jù)多目標(biāo)規(guī)劃原理，對(duì)每一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)確定一個(gè)滿意值和不允許值，以滿意值為上限，以不允許值為下限．計(jì)算各指標(biāo)實(shí)現(xiàn)滿意值的程度，并以此確定各指標(biāo)的分?jǐn)?shù)，從而評(píng)價(jià)被研究對(duì)象的綜合狀況。

由表1可知：第1組B1試塊試驗(yàn)的總功效系數(shù)最大，為1.000；第2組A2試塊試驗(yàn)的總功效系數(shù)最大，為0.837；第3組B3試塊試驗(yàn)的總功效系數(shù)最大，為0.707。綜合評(píng)價(jià)可以得出最優(yōu)組合條件為：水灰比0.35，骨灰比3.5，砂率15%。

4 結(jié)語

當(dāng)前，海綿城市的建設(shè)正在我國如火如荼地進(jìn)行，公民的環(huán)保意識(shí)也有了極大的提高。城市的發(fā)展方向就是要理順人與城市環(huán)境的生態(tài)關(guān)系，營(yíng)建城市生態(tài)系統(tǒng)。在2017年3月5日中華人民共和國第十二屆全國人民代表大會(huì)第五次會(huì)議上，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中提到：要推進(jìn)海綿城市建設(shè)，使城市既有“面子”，更有“里子”。透水性鋪裝成為我國城市鋪裝勢(shì)在必行的選擇。然而，現(xiàn)有透水磚因其強(qiáng)度不夠，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模磨損、劈裂等實(shí)際問題，相較于硬化路面，透水磚的生產(chǎn)成本很高，易損透水磚給后期使用及維護(hù)造成巨大困難，不利于其在海綿城市建設(shè)中推廣。如何在保證透水磚透水率的基礎(chǔ)上，通過對(duì)透水磚結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來提高透水磚強(qiáng)度，同時(shí)設(shè)計(jì)出鋪裝樣式豐富，與城市環(huán)境協(xié)調(diào)的透水磚是以后研究的重點(diǎn)。

表1 功效系數(shù)法計(jì)算過程

總之，海綿城市建設(shè)具有很好的發(fā)展前景，但也面臨著一些亟待解決的問題，而對(duì)透水混凝土的研究還處在剛剛起步的試驗(yàn)階段，為了更好地推進(jìn)透水混凝土材料的發(fā)展以及其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，還需對(duì)它進(jìn)行更深一步地研究。