【摘要】海绵城市是城市雨水管理理念，其自然生态和工人干预的整体功能可以最大限度地减少城市发展和建设对生态环境的影响，并能有效的吸收和利用降水，最大限度减少城市内涝及地下水流失所引起的地面塌陷等危害。针对于此类情况的发生，透水混凝土似乎是比较有效的解决方案。透水混凝土是由粗集料和水泥基胶结料混合而成的具有连续孔隙结构的混凝土，它具有透水、透气、重量较普通混凝土更轻的特点。作为新型的混凝土技术，它在城市建设得到广泛应用。
【Abstract】Sponge city is a concept of urban rainwater management. Its Natural Ecology and the overall function of workers' intervention can minimize the impact of urban development and construction on the ecological environment, and can effectively absorb and utilize precipitation, to minimize the urban water logging and groundwater loss caused by land subsidence and other hazards. For the occurrence of this kind of situation, pervious concrete seems to be an effective solution. Pervious concrete is a kind of concrete with continuous pore structure, which is made up of coarse aggregate and cement-based binder. As a new type of concrete technology, it is widely used in urban construction.
【关键词】透水混凝土、抗压强度、颗粒机配
【Key words】Pervious concrete、Compressive strength、Grain grading
1引言
随着城市建设的多元化，对混凝土技术的发展提出了很多新课题新要求。而解决城市内涝问题，则是目前城市建设中的重点。雨季的到来，就会出现大量的低洼道路严重积水的情况。而这些积水既使道路严重拥堵，并且由于长时间的浸泡城市道路的损坏也将更为严重，从而使城市环境变的更为恶劣。
为了解决积水问题，通常的做法是不断的对道路进行加固抬高或彻底重建，而这样的做法虽能较快的解燃眉之急，但从根源来说还是未能长效的解决问题。这时候，我们就想到了混凝土作为一种相对廉价同时又是较易得到的建筑材料在工程建设中所大量应用，那么如果能使混凝土有一定的透水性的话，不仅能解决城市积水问题而且还能改善城市因地下水不足所引起的沉降问题，看来这是是一个行之有效的办法。
透水混凝土的使用确实是很好的办法，同时我们也有一个比较棘手的问题摆在眼前，那就是透水混凝土强度的问题。目前市面上大多数透水混凝土抗压强度均在20Mpa左右，只能用于人行道或自行车道等非承载体上，这类道路面积少、道路窄，应用的量相对较少。而想将透水混凝土作为城市建设的主力，就需要大量利用更为广泛的车行道。当然要能更为广泛的应用，车行道就要在保证该混凝土透水率的情况下，达到30Mpa甚至更高强度才能具有可靠的应用价值。本文则就实际工程的应用，对透水混凝土在车行道上的应用进行了一些技术探讨及研究。
2方案
2.1工程概况
该工程为九棵树（未来）艺术中心为奉浦大道以南、望园路以东、金海公路以西的中央生态林地内，处于林地核心位置，借助周围森林环拱，形成一个与自然对话、与水绿交融的“森林剧场”。
九棵树（上海）未来艺术中心总建筑面积71700㎡，而此次为了充分融合园林艺术、建筑艺术、文化艺术，设计方考虑将于本项目中采用透水混凝土作为道路建设的基底，辅以表层透水沥青的方式，来进行环艺术中心道路的建设。 因而基底部分透水混凝土的透水性、抗压强度以及耐久性直接将影响后期道路的实际使用。
2.2设计要求
考虑到该项目为车行道需要结构体承载能力达到一定强度，初步要求为混凝土试件抗压强度达到30Mpa，根据CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》的规定，透水混凝土路面的透水系数不能低于0.5 mm/s，同时混凝土需要浆体粘结性较好、浆体不能在一定震动下封闭孔洞，从而影响混凝土的透水效率。
2.3选材
胶凝材料我们选择了42.5P.O铜陵及52.5P. Ⅱ作为两种备选，而外掺料则以较为普遍的矿粉为宝田S95、粉煤灰则是采用上海洪渤建材有限公司二级高钙灰以及考虑到施工要求选择用艾肯商业贸易有限公司所提供的U951硅灰。
考虑到实体结构效果，粗集料选择了普通粒型的5-16碎石以及整形5-10mm、5-20mm碎石进行实验比较，且压碎指标值分别为10%、7%、8%。细集料则选择细度模数0.5、细度模数1.0及细度模数为1.5的三种进行尝试。
外加剂则是由上海麦斯特建工高科技建筑化工有限公司所提供的Glemnium ACE 8305以及该公司一种乳胶类产品，同时还附带了一种具有增加混凝土强度的强度改善剂。
3实验
3.1试件制作方式确定
透水混凝土存在试件较为酥松的情况，而这样将会使混凝土实际强度大大降低。同时对后面实验真实检测数据产生较大的实验误差，所以确定试件的制作方式才是最根本的。考虑了三种不同的方式：震动台振捣、捣棒插捣、木锤敲击
表 1 基础配合比
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通过对三种试块成型方式的比较，发觉用震动台的方式强度最低，而捣棒插捣和木锤敲击的方式强度较高。但是在试件的结构性来看，捣棒插捣的方式制作出来的试块存在浆体分层，试件底部存在较多的浆体富集，木锤敲击的方式成型的试件则相较于捣棒插捣略显好些。通过此次比较，基本确定以木锤敲击的方式作为此次实验的成型方法。
3.2外加剂搭配确定
透水混凝土属于类干硬型混凝土状态的混凝土，它需要要控制浆体的流动性，以免出现“封底”现象；其强度主要由骨料强度、骨料与胶凝材料的粘结强度和胶凝材料的强度三者共同提供，而骨料与胶凝材料的粘结强度是薄弱环节。因此，在成型的时候要求骨料表面能形成一层均匀的胶凝材料包裹层。
故此，透水混凝土所使用的外加剂就必须使浆体具有一定的粘结性，能较好的使浆体包裹住集料，随后再将带有浆体的集料之间进行有效的搭接，这样才能得到较为坚固的结构体，而采用乳胶液就能改善浆体的粘聚性能。另外，骨料之间的搭接面相对较少，故需要能对强度提升上有一定的效果，这样才能得到更好的结构体强度。强度改善剂是一种以增加混凝土强度的液体类产品。根据以上外加剂厂所提供的几个产品，进行了如下的掺加组合。
表 2 外加剂搭配比较
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实验情况可以看到，当乳胶液增加时，浆体的粘聚性大大增加，故直接使混凝土的孔隙率变小，影响了透水效率。而强度改善剂的使用，能对强度的增加有一定改善。根据实验强度与孔隙率的比较来看，我们选择减水剂：乳胶液：强度改善剂=1:1:2的比例来进行后续实验的进行，外加剂厂为了便于区分，将这个混合液命名为PV8005。但在实际混合效果来看，该PV8005存在一定的分层性，这点在实际生产时可能需要进行搅拌，才能不使外加剂对混凝土性能影响太大。
3.3胶凝体系确定
对基础配合比的验证我们看到，采用42.5P.O水泥及500kg/m3胶材体系还是存在一定的浆体富裕和强度偏低的情况，故此次对配合比进行水泥体系及用量的调整。
表 3 不同水泥及量比较
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通过表2的实验我们看到采用52.5水泥作为胶凝体系后，混凝土试件的强度还是较明显的有增加效果的。而胶材用量上，我们看到当胶材在500 kg/m3时，试件浆体的富裕量还是偏多了些。而400 kg/m3时，则表现出来的状态碎石太多，无法有效的成型试件。这样由于450 kg/m3水泥量情况下，强度和透水系数均较好，则我们就选择按450 kg/m3的胶材量来进行后续的实验。
由表3则是在在整个胶材体系不同来看，不管是单掺矿粉还是粉煤灰以及双掺，均对混凝土试件强度有较大的影响。当然在体系中掺加硅灰后对混凝土的强度有了一定的提高。但其透水性还是存在一定的影响。考虑到本项目要求是试件强度C30以及混凝土的透水性能，故本次工程应用就按52.5纯水泥来进行了下一步的验证。
3.4集料确定
通过前期的实验，基本上已确定了胶凝体系及外加剂组合。但在透水混凝土中集料体系也是很重要的一环。为此选择了普通粒型的5-16碎石以及整形5-10mm、5-20mm碎石。而为了得到更好的强度和混凝土状态，对配合比中我们还考虑尝试添加一定量的细沙来使混凝土提高保证率。但考虑到透水混凝土中掺加细砂后会封闭实体孔洞，则在此次实验中考虑只添加100kg/m3的量来进行比较。
表 5 不同粗集料比较
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由表5看到随着粗骨料粒径的增大，透水混凝土的抗压强度呈现出早期强度上升较快后期相对乏力的现象。而作为三种粗集料粒径比较来看，骨料粒径为5～10 mm时透水混凝土的抗压强度最佳且对混凝土的透水性影响较小。这是因为，相比于粒径大的骨料，较细的骨料比表面积较大，而胶凝材料的量有限，所以使得骨料表面的包裹层相对较薄，骨料之间的粘结力弱，所以强度较低。随着粗骨料粒径的增大，透水混凝土的孔隙率逐渐升高。
在对细集料的比较表6来看，混凝土的强度整体提高，但随着细砂细度模数的增加混凝土的孔隙率明显下降了，并直接影响了透水效率。主要还是当细砂较细密时，基本能作为胶材的一部分来较好的包裹粗骨料，而这样也能使试件强度更为理想了。
3.5配合比确定
根据以上对胶凝体系、骨料体系以及外加剂体系的多方位实验验证后，级配已确定如下：
表 7 确定配合比
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4应用
4.1砼试生产
透水混凝土为一种类干硬性混凝土状态的混凝土，这样才能不使混凝土由于跑浆而封堵孔洞。故在实际生产中基本上以构件混凝土生产的方式来进行生产，其混凝土坍落度需要控制在30-70mm范围内较为理想。且采用的运输方式为翻斗车为主。同时，由于前期外加剂混合液存在分层现象的问题，为了确保生产也对外加剂筒仓进行了改造增加了搅拌系统。
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图1 外加剂搅拌系统 图2 透水混凝土运输 图3中试透水混凝土
为了确保后续生产的顺利，在正式生产之前我们尝试了生产。通过这次的试生产发觉，粉体与混凝土之间的粘结还是存在一定的问题。通过对多个因素的排查，我们最终发觉主要还是所采用的碎石，由于长时间放置表面无水份，致使在试生产时碎石无法包裹碎石，造成了出现粉料与碎石之间的分离。
4.2实际生产
根据试生产时出现的问题，此次在生产之前我们将所使用的碎石进行了湿润。通过对碎石的湿润，该混凝土的浆体粘结就较为理想了。且该混凝土通过近一小时的运输过程，并未使混凝土出现浆体与碎石分离的情况产生。混凝土浇筑方面则是采用挖机铺设人工修整的方式进行铺平，同时用震动机进行震实。
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图4实际生产效果 图5 生产情况 图6 混凝土硬化效果
施工完成后，按标准CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》的规定进行保水养护。且对养护28天之后的实体进行了相应的检测，数值为3天强度29.6Mpa、7天强度38.9Mpa、28天强度44.3Mpa,且孔隙率15.3%、透水率则达1.3mm/s 。该混凝土完全满足了设计要求的混凝土性能。在近一个月的实际生产中，搅拌站共计生产了近2000m3透水混凝土，该项目的成功为在普通商砼拌站大面积透水混凝土的生产开了应用之先河。目前透水混凝土市场，由于其生产的特殊性无法大面积推广使用，究其原因主要还是普通搅拌站无法满足生产条件。而此次该项目的生产，为透水混凝土在城市建设上被大量应用起到了一个示范的作用。
5结论
本文通过对胶凝体系、骨料体系以及外加剂体系的研究,并通过项目的实际应用效果来验证了透水混凝土的一些应用方法及注意点。
（1）硅灰在混凝土中能有一定的增强效果，在透水混凝土中也具有同样的效果。并且硅灰还改善了透水混凝土的浆体量，但因其比表面积的增加，通过振动后也更容易浆体分离。因此，硅灰在透水混凝土中的使用还是需要试验验证。
（2）透水混凝土中的粗集料粒径越粗、孔隙率越是大、透水效果更高、但强度也越是低。通过试验比较，5-10mm碎石在透水混凝土的生产中还是较为合理的，用5-10mm碎石生产的混凝土不管是在强度及透水性上都能较好的满足要求。
（3）透水混凝土中适当掺加细砂的方式也是可行的。但如需掺加的话，为了不影响混凝土的透水率，掺加量及所用细砂细度模数有一定要求，以避免混凝土产生封堵。
（4）外加剂方面，透水混凝土对减水要求并不高，但需要能提高透水混凝土浆体的粘聚性。乳胶的加入能有提高浆体的粘聚性的作用。由于透水混凝土具有较大的孔隙率，故对混凝土强度的影响还是有一定影响。强度改善剂的加入在一定程度上还是具有增长强度的效果，则可以考虑适当应用来改善强度。
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