于水

（福建省交設(shè)工程試驗檢測有限公司，福建福州 350008）

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設(shè)對于環(huán)境保護、智能感知等要求不斷提升，市政道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作為城市“硬件”也在不斷更新。傳統(tǒng)城市道路、廣場的面層都采用不透氣、不透水的硬化鋪裝材料，造成空氣中的水分、降落的雨水無法直接通過硬化的路面進入土壤，地表生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)受阻，導(dǎo)致地表溫度升高，進而加劇了城市的“熱島效應(yīng)”。與傳統(tǒng)硬化鋪裝材料不同，透水混凝土是由膠凝材料、骨料、水和外加劑等原材料按照一定的配合比拌制而成的新型混凝土，其特點是組成材料中沒有摻加傳統(tǒng)混凝土材料必需的細集料，孔隙率一般控制在15%～30%，具有透水透氣性能好、降低噪聲、改善城市“熱島效應(yīng)”等優(yōu)良功能[1]，在城市建設(shè)中具有很高的實踐應(yīng)用價值。

1 工程概況

平潭綜合實驗區(qū)地下綜合管廊干線工程（一期）PPP項目（中山大道—美湖路）段線路全長為7.106km，起訖樁號為GA0+000—GA7+106.51，線路總體呈南北走向，該項目管廊上部設(shè)有綠道慢行系統(tǒng)，厚度為15cm。綠道采用C30 透水混凝土鋪筑，設(shè)計孔隙率為15%，透水系數(shù)要求不小于0.5mm/s。

2 透水混凝土配合比設(shè)計

2.1 原材料的選用

在材料組成上，透水混凝土與普通混凝土一樣，通常由膠凝材料、骨料、水和外加劑等經(jīng)過拌制而成，比較大的區(qū)別在于，透水混凝土組成材料中沒有細集料。而且由于透水混凝土具有較好的透水性，其組成材料在選用上又與普通混凝土有一些不同之處。

相對而言，由于透水混凝土的多孔特性，其力學(xué)性能較普通混凝土差，故此透水混凝土一般選取強度等級為42.5 級及以上的普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥作為主要的膠凝材料。該工程采用“海螺”牌P·O42.5 級水泥，其試驗性能參數(shù)如表1 所示。

表1 水泥試驗性能參數(shù)

研究表明[2]，單粒級配或間斷級配組成的混合料能夠獲得較大的孔隙率，而較大的孔隙率有利于透水性能的提升。因此，透水混凝土常采用單粒級配或間斷級配。眾所周知，骨料堆積在一起時，骨料粒徑越小，其堆積表面積就會越大，骨料顆粒間的接觸面積也會越大，在相同膠凝材料情況下，骨料間的黏結(jié)力也會越大，從而使混凝土的強度提高?？梢?，顆粒級配對透水混凝土的強度影響較大，那么在材料選取上，通常要兼顧混凝土的強度和透水性能，在骨料選取上會偏向于選用粒徑相對較小的單粒級配，鑒于此，該工程的骨料選用材質(zhì)為花崗巖的碎石，單粒級配為5～10mm，表觀密度為2630kg/m3、含泥量為0.8%、泥塊含量為0.2%。

為了增加特定方面的性能，一般情況下透水混凝土也會加入特定的外加劑，如為了提高混凝土拌和物的和易性、降低混凝土拌和時的用水量等而摻加的減水劑；為了提高混凝土強度而摻加增強劑等。該工程更加看重混凝土的強度，因此選取MT-028 強固劑（粉劑），摻量為3%，其試驗性能參數(shù)如表2 所示。

表2 強固劑試驗性能參數(shù)

透水混凝土拌和用水與普通混凝土一樣，選用當(dāng)?shù)氐娘嬘盟?/p>

2.2 透水混凝土配合比設(shè)計

國內(nèi)外對透水混凝土的配合比設(shè)計常采用的方法有質(zhì)量法、體積法、比表面積法三種[3]，三種方法各有其優(yōu)缺點，目前國內(nèi)的相關(guān)研究和應(yīng)用多是使用質(zhì)量法。質(zhì)量法是從使用者角度出發(fā)，流程簡化，用假定來代替煩瑣的試驗和計算，通過表觀密度試驗進行校正，基本可以達到配合比的計算精度，具有較強的適用性。鑒于此，該工程參照《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135—2009）中的質(zhì)量法進行透水混凝土的配合比設(shè)計。經(jīng)過多次試配，發(fā)現(xiàn)水膠比和增強劑對透水混凝土強度和工作性能影響較為突出，最終選取三種不同水膠比情況下的透水混凝土配合比，試驗結(jié)果如表3 所示。

表3 透水混凝土試驗配合比

從表3 中可以看出，水膠比作為反映混凝土質(zhì)量的重要指標，不僅影響透水混凝土的強度，而且對透水性能也有很大影響，再摻入適量的增強劑可提高混凝土的強度和改善混凝土的耐久性、和易性，對混凝土透水性能也有較大的提高。經(jīng)過比選，2 號方案的透水系數(shù)、孔隙率、抗壓強度均滿足要求，因此確定2號為該工程透水混凝土的配合比方案。

3 透水混凝土路面施工

3.1 原材料和機械設(shè)備的準備

3.1.1 原材料準備

透水混凝土的原材料涉及骨料、水泥、水及外加劑，對于骨料要嚴格控制其含泥量、泥塊含量和級配的穩(wěn)定性，在材質(zhì)不變的情況下，這3 個指標對透水混凝土的強度和透水性影響較大。對于每批次進場的骨料，應(yīng)嚴格按照規(guī)范進行檢測，必要時對骨料進行清洗處理。水泥要使用配合比設(shè)計中用到的42.5級水泥，嚴禁使用低標號水泥。水泥混凝土使用的外加劑從形態(tài)上可分為液體和粉劑狀兩種，考慮到運輸?shù)谋憬菪裕摴こ淌褂梅蹌畹脑鰪妱?。同時，考慮到實際施工中需要進行運輸、找平以及表面處理等工序，要求所用的外加劑具有一定的緩凝效果。

3.1.2 機械設(shè)備的準備

該工程采用強制式攪拌機在現(xiàn)場拌制混凝土，施工前要對低頻平板振動器、攪拌機、配料機和相關(guān)附件進行檢查，確保機械設(shè)備能夠正常運行，尤其是對于機械設(shè)備的計量系統(tǒng)必須核實其感量是否在0.5%的最大稱量內(nèi)。需要注意攪拌機的容量以及拌和能力應(yīng)能滿足施工進度的要求。應(yīng)配備滿足施工要求的運輸自卸車，其容量、數(shù)量應(yīng)依據(jù)施工進度、運輸距離等因素綜合考慮。由于透水混凝土初凝時間比較短，運輸距離受到限制，該工程嚴格控制配料場到鋪筑場地的運輸時間在0.5h 內(nèi)。

3.2 透水混凝土的拌制與運輸

透水混凝土與普通混凝土的攪拌方法、攪拌時間有所不同，透水混凝土的攪拌宜先將集料和50%的用水加入攪拌機攪拌30s，再加入水泥、外加劑拌和40s，最后加入剩余的用水再拌和50s 以上。

在施工過程中，透水混凝土?xí)诟鞣N因素影響下?lián)p失部分工作性能，如水泥漿體容易變干，此時的水泥漿體很難將骨料膠結(jié)起來，嚴重影響混凝土的強度，因此，在施工過程中要注重以下兩方面：第一，水分蒸發(fā)導(dǎo)致工作性能降低。透水混凝土由于具有多孔的特性，其與外界接觸的表面積很大，相對而言水分散失比較快，運輸過程中及施工現(xiàn)場的濕度、溫度、風(fēng)力等因素都會影響水分的蒸發(fā)，因此，應(yīng)采取盡快運輸及遮蓋等措施以保持透水混凝土拌和物濕度。第二，持續(xù)的水泥水化反應(yīng)導(dǎo)致工作性能降低。水泥水化反應(yīng)從拌和之初就開始了，如果運輸距離過長或施工進程緩慢，會因水化反應(yīng)的持續(xù)進行而造成透水混凝土工作性能的降低，因此運輸距離不宜過大，施工工序應(yīng)銜接到位，現(xiàn)場的混合料應(yīng)盡快鋪筑。

3.3 透水混凝土的鋪筑與養(yǎng)護

透水混凝土由于無砂、多孔的特征，其流動性較普通混凝土差，因此透水混凝土的施工鋪筑與普通混凝土也有很大不同。施工鋪筑時，需人工將透水混凝土攤鋪均勻，然后使用低頻平板振動器找平、振實，邊角部位需要人工補料，再用抹光機抹光平整，做到整體大面平整、顆粒均勻且無明顯坑洞。

透水混凝土早期強度高，到后期強度增長速度慢，所以早期養(yǎng)護是保證透水混凝土強度的必要條件。應(yīng)采用無壓力水進行灑水養(yǎng)護，防止壓力水對路面整體造成破壞；宜采用塑料薄膜或土工布進行覆蓋保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護時間應(yīng)根據(jù)透水混凝土強度增長情況確定，一般養(yǎng)護時間不宜少于14d，以14～21d 為宜。透水混凝土未達到設(shè)計強度前不得投入使用，其強度以試塊的強度為依據(jù)。

4 透水混凝土使用效果跟蹤分析

筆者在施工結(jié)束后及運營期間定期對該施工項目的路面厚度、外觀和透水系數(shù)三個方面進行跟蹤。不同時期路面厚度、外觀及透水系數(shù)的變化情況如表4 所示，其中透水系數(shù)采用《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135—2009）附錄A 透水系數(shù)的測試方法進行，透水系數(shù)測試試樣為不同時期在相近位置使用鉆孔取芯機鉆取的芯樣。

表4 路面厚度、外觀及透水系數(shù)匯總表

從表4 可以看出：

第一，路面厚度方面，設(shè)計厚度為15cm，鉆取芯樣的厚度均為15cm 及以上，平均值為15.3cm，滿足設(shè)計要求。第二，路面外觀方面，養(yǎng)護結(jié)束后路面整體平整且表面孔隙明顯，但是隨著運營延續(xù)，部分路面出現(xiàn)破損，由于路面灰塵、顆粒的填充，表面孔隙也逐步變得不明顯，但是路面整體外觀還比較完好，整體孔隙較為明顯。第三，路面透水系數(shù)方面，養(yǎng)護結(jié)束后透水系數(shù)均符合設(shè)計要求，但是隨著運營延續(xù)，透水系數(shù)出現(xiàn)不同程度的下降，整體下降較為明顯。

通過以上研究分析，可以得知透水混凝土路面在運營期間會受到環(huán)境影響而導(dǎo)致外觀破損、透水性能降低，因此需要定期對運營期間的路面進行維修保養(yǎng)。一般情況下，對透水混凝土的維修保養(yǎng)也體現(xiàn)在兩個方面，即外觀的修復(fù)和透水性能的恢復(fù)。

關(guān)于外觀破損，由于車輛、重物等造成的路面開裂、掉粒損壞、剝離等病害，輕微的可以采用相同配合比的混合料局部鑿除修復(fù)，嚴重的則需挖除重鋪。

關(guān)于透水系數(shù)降低，主要由于環(huán)境中的灰塵和顆粒堵塞混凝土孔隙造成，其恢復(fù)一般可以采用真空吸塵和高壓沖洗兩種方法。真空吸塵通常采用大功率吸塵設(shè)備通過負壓將透水混凝土表面的灰塵、顆粒吸出；高壓沖洗則是利用壓力水將道路表面的灰塵、顆粒沖出，但此方法有負面效果，即容易使較小顆粒的灰塵向混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部遷移。實踐表明，要達到理想的恢復(fù)效果，可將上述兩種方法結(jié)合使用。

5 結(jié)論

本文通過對平潭綜合實驗區(qū)地下綜合管廊綠道工程的透水混凝土原材料、配合比設(shè)計、施工控制以及使用效果進行分析研究，得出以下結(jié)論。

第一，透水混凝土中沒有細集料對骨架結(jié)構(gòu)的填充，所以能夠獲得較大的孔隙率，滿足設(shè)計透水系數(shù)的要求；透水混凝土需要選擇42.5 級及以上標號的水泥作為膠凝材料，并且一般還需摻加增強劑，其目的是增強混凝土的強度。

第二，該工程應(yīng)用的透水混凝土的水膠比為0.26，透水系數(shù)和強度均滿足設(shè)計要求；由此可以得出透水混凝土水膠比的變化對透水系數(shù)、孔隙率和強度有較大的影響，因此在同類混凝土配合比設(shè)計中要注重水膠比的設(shè)定。

第三，透水混凝土施工涉及較多的工藝工序，每一環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，為了保障透水混凝土路面質(zhì)量，需要對施工過程進行嚴格的把控。

第四，透水混凝土的外觀質(zhì)量和透水性能隨運營時間的延續(xù)將逐步衰減，因此需要進行運營期間的養(yǎng)護，以保證其使用功能。