透水混凝土在海綿城市建設(shè)的應(yīng)用探析

1、透水混凝土在海綿城市建設(shè)的應(yīng)用探析就透水混凝土的研究而言， 國外比國內(nèi)起步早且取得較多研究成果，包括不同功能路面的透水混凝土應(yīng)用、 不同配合比透水混凝土應(yīng)用的效果以及透水混凝土路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等。 國內(nèi)對透水混凝土的研究始于 1950 年左右，多數(shù)應(yīng)用于建筑方面，對于路面應(yīng)用的研究較少，直至 1990 年，方才開始將無砂大孔透水混凝土應(yīng)用于路面工程。較為突出的應(yīng)用成果為 2008 年奧運(yùn)會期間，奧林匹克公園的透水鋪裝、鳥巢邊路面工程 9700m2的透水混凝土應(yīng)用。近年來，國家加強(qiáng)對海綿城市建設(shè)的投入， 2015 年，將遷安、白城、濟(jì)南等 16 個(gè)城市作為首批“海綿城市建設(shè)” 示范城市，也進(jìn)一步推

2、動(dòng)了透水混凝土研究的進(jìn)展。透水混凝土研究透水混凝土功能研究透水混凝土指內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠形成連通孔隙，具有高滲水性的一種混凝土材料，又稱作間斷級配混凝土、 開放孔隙混凝土等。高滲水性是其主要功能特點(diǎn)，此外，還具有以下功能：減輕城市排水系統(tǒng)壓力， 有效分配城市排水負(fù)荷， 避免發(fā)生局部積水以及內(nèi)澇情況，對濟(jì)南等交通壓力巨大、車輛眾多的城市意義重大；改善地下水水位情況， 通過透水混凝土的滲透作用，可將雨水通過混凝土層向基層和土壤中滲透，增加地下水補(bǔ)水量，尤其對于泉城濟(jì)南，可很好的保持地下水位， 確保泉眼正常噴涌；滲透入基層的部分雨水，可在晴好天氣時(shí)進(jìn)行部分蒸發(fā)， 從而對城市的熱島效應(yīng)起到較好的緩解作用；透

3、水混凝土路面具有低噪聲的特點(diǎn)， 能夠很好降低狹小區(qū)域內(nèi)的車輛路面噪聲，降低聲污染對環(huán)境的影響，提高居民生活質(zhì)量；滲透入地面的雨水， 可避免與市政管網(wǎng)中的污水等接觸， 實(shí)現(xiàn)對降雨滲透的凈化，避免二次污染；可提高城市行車安全，一方面，透水混凝土具有大摩擦力和小的摩擦力衰減梯度， 一方面，下雨天氣能夠避免局部積水帶來的車輛側(cè)滑，最后，夜間行車時(shí)，局部積水帶來的濺射以及反光現(xiàn)象能夠得到很好的緩解。 透水混凝土分類透水混凝土依據(jù)制備材料的不同，可分為以下兩類：水泥透水混凝土。該種類型混凝土以高標(biāo)號水泥作為膠凝材料，骨灰比 34，水灰比 0.2 0.35 ，孔隙率 10%25%，1535MPa抗壓強(qiáng)度以及

4、 35MPa的抗折強(qiáng)度。 高分子透水混凝土。該種混凝土膠凝材料為橡膠、瀝青等膠結(jié)材，以高強(qiáng)度著稱，且橡膠、瀝青等來源廣泛，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是易老化、耐久性差，環(huán)境友好性差，高溫條件下，易堵塞內(nèi)部孔隙，滲水能力下降。透水混凝土參數(shù)分析透水混凝土在制備過程中，主要關(guān)注的參數(shù)為水灰比、骨料粒徑、目標(biāo)孔隙率、礦物摻合料和外加劑等。水灰比透水混凝土強(qiáng)度和透水性與水灰比有直接關(guān)系。當(dāng)水灰比較小時(shí)， 若保證一定的混凝土孔隙率， 則成品試塊中水泥含量會增多，而水的含量降低，導(dǎo)致試塊硬化快，大幅降低透水混凝土中拌合物的流動(dòng)性；同時(shí)，也會導(dǎo)致混凝土中粗骨料不能被完全包裹，導(dǎo)致空隙增多，雖然透水性能有所提高，但是混凝

5、土整體強(qiáng)度下降。反之，當(dāng)水灰比較大時(shí)，除對混凝土的透水性有負(fù)面影響外，混凝土強(qiáng)度也會受到較大影響。依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，透水混凝土的水灰比推薦取值范圍為0.25 0.40 。骨料粒徑粗骨料堆積構(gòu)成透水混凝土骨架， 骨料粒徑大小對混凝土強(qiáng)度、透水性都會有較大影響。當(dāng)骨料粒徑較小時(shí)，混凝土整體的比表面積增大， 導(dǎo)致填充所需水泥漿增加， 將會降低混凝土孔隙數(shù)和孔隙尺寸， 從而影響透水混凝土透水性能； 但是強(qiáng)度隨著混凝土骨料粒徑的減小反而會有所增加。 當(dāng)骨料粒徑增加時(shí)， 透水混凝土則表現(xiàn)出高透水性及適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度降低。 依據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 骨料粒徑推薦值如下：石子： 510mm，陶粒 4.75 9.5mm，9

6、.5 13.2mm， 13.2 16mm。目標(biāo)孔隙率透水混凝土孔隙率是影響透水性的關(guān)鍵指標(biāo)，同時(shí)也對混凝土強(qiáng)度有較大影響。針對不同的混凝土需求，當(dāng)弱化強(qiáng)度要求，強(qiáng)調(diào)透水性時(shí)，需要選取較大的孔隙率；反之，當(dāng)以強(qiáng)度為主要目標(biāo)時(shí)，則要控制孔隙率在一定范圍以內(nèi)。此外，目標(biāo)孔隙率還與混凝土實(shí)際孔隙率直接相關(guān)。在進(jìn)行目標(biāo)孔隙率設(shè)計(jì)時(shí)，需選取適當(dāng)孔隙率，例如15%、20%、25%。礦物摻合料和外加劑混凝土礦物摻合料的主要功能是減少混凝土中水泥的用量，同時(shí)在一定程度上提高拌合物的流動(dòng)性能， 防止出現(xiàn)泌水和離析現(xiàn)象， 提高混凝土密實(shí)程度以及成品強(qiáng)度。常見的礦物摻合料有粉煤灰、二氧化硅微粉等。透水混凝土制備過程中

7、的外加劑有多種， 功能各異，主要包括可調(diào)節(jié)拌合物流動(dòng)特性的減水劑、引氣劑等；可調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的緩凝劑、早強(qiáng)劑等；可改善耐久性的防水劑； 其他性能改善的外加劑包括膨脹劑、防凍劑等。橡膠集料透水混凝土配合比分析配合比分析建設(shè)海綿城市符合國家提出的節(jié)約型和綠色型社會的要求，而采用橡膠集料透水混凝土進(jìn)行城市道路建設(shè)，一方面能夠緩解城市熱島效應(yīng)，提高路面抗凍、抗壓、抗腐蝕、抗裂等能力，另一方面，可以將城市中每年淘汰的廢舊輪胎等進(jìn)行重復(fù)利用。本文將對橡膠集料混凝土的最優(yōu)配合比進(jìn)行研究。據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明， 混凝土制備過程中加入砂率為10%的中砂和 50kg/m3 橡膠集料，可明顯提升混凝土抗壓強(qiáng)度，同時(shí)能夠

8、獲得1.47mm/s 的透水系數(shù)。本文在研究中，參照透水混凝土路面技術(shù)規(guī)程（CJJ/T1352009）和己有的透水混凝土配合比設(shè)計(jì)方法， 對橡膠集料中的透水混凝土配合比選定水膠比 0.3 ，進(jìn)行對比試驗(yàn)，其中空白對照組為表1 中的 A組，未摻加任何集料，其余組別如表1 所示。圖 1 所示，為對上述 5 組進(jìn)行強(qiáng)度測試的結(jié)果，結(jié)果表明，5 組抗壓強(qiáng)度平均值24.1MPa，最低21MPa，最高 27MPa，強(qiáng)度符合要求。圖2 所示為 5 組數(shù)據(jù)透水系數(shù)測試結(jié)果，結(jié)果顯示，透水系數(shù)大小依次為BEDCA，設(shè)計(jì)要求透水系數(shù) 1mm/s，5 組試樣均滿足要求。綜合抗壓強(qiáng)度測試以及透水系數(shù)測試結(jié)果分析，D組

9、集料配比（ 10.5kg/m3 ）同時(shí)具備較高的抗壓強(qiáng)度以及較高的透水系數(shù)，為該試驗(yàn) 5 組中最佳配合比。 透水混凝土制備流程圖3 所示為透水混凝土制備流程。 依據(jù) 2.1 節(jié)所得橡膠集料配合比，進(jìn)行透水混凝土的制備。制備過程中，漿體粘聚性應(yīng)足以保證包裹骨料后的形狀，工程采用的判斷標(biāo)準(zhǔn)為手攥觀察坍塌度，50mm以內(nèi)為合格，方能保證硬化后仍可維持多孔結(jié)構(gòu)。與1.3 節(jié)分析的水灰比同理，較稀或干硬的漿體都不能保證成品后的混凝土透水性能。透水混凝土失效形式研究透水混凝土在應(yīng)用過程中，常見開裂、沉降、磨損、凍融等幾種失效形式。主要原因如下。開裂。局部交通負(fù)荷惡劣，荷載超限可導(dǎo)致開裂。此外，不適宜的透水

10、系數(shù)選擇，或?qū)?dǎo)致透水速度過快，對基層土壤產(chǎn)生沖刷，從而形成局部基層凹坑， 導(dǎo)致基層承載能力下降，導(dǎo)致開裂。溫度對于開裂也有較大的貢獻(xiàn)，由于混凝土并非各向同性材料，在受到高低溫影響時(shí)，容易出現(xiàn)脹縮不均，從而引發(fā)開裂。沉降。排水過程中， 基層較大范圍的連續(xù)沖刷凹坑，會導(dǎo)致路面出現(xiàn)連續(xù)的沉降現(xiàn)象，影響行車安全。磨損。無論透水混凝土還是其他形式路面，在應(yīng)用過程中，磨損為常見失效形式，主要原因是車輛超重，局部摩擦力過大或者車輛急剎車等情況，都會對路面帶來一定程度磨損。凍融。凍融損害是透水混凝土特有的損害形式，主要由于孔隙中水飽和的相變帶來的體積變化， 會導(dǎo)致混凝土的破壞。 對于凍融損害，透水混凝土本身一方面較難達(dá)到水飽和狀態(tài)，另一方面，在制備過程中加入的引氣劑等外加劑也能很好的防