吉林建筑大学材料科学与工程学院 吉林省长春市 130118
摘要：本文回顾了骨料、骨料粒径、水胶比、矿物掺合料及成型工艺等对透水混凝土力学性能、透水率和耐久性方面影响的研究进展，提出了对其抗冻性研究不足的问题，并对透水混凝土的未来研究进行了展望。
关键词：透水混凝土；强度；耐久性；骨料；粒径；水胶比；成型工艺；性能
Research progress of permeable concrete
Abstract：This paper reviews the research progress on the influence of aggregate，aggregate particle size，water-binder ratio，mineral admixture and molding process on the mechanical properties，permeability and durability of permeable concrete，puts forward the problem of insufficient research on its frost resistance，and prospects the future research of permeable concrete.
Keywords：permeable，concrete，strength，durableness，aggregate，grain size water-binder ratio，forming process，property
一、引言
透水混凝土是粗骨料、胶凝材料和水组成。石材作为骨架结构混凝土中承受载荷的主体，通过水泥等胶凝材料牢固结合。主要是利用其没有砂子等细骨料，中空，易透水透气等优势来解决路面积水等问题。因其具备能够补充地下水，维护土壤原始结构，保持土壤湿度[1]等优点，受到大量关注和应用。同时因其自身具有多孔结构，存在强度不高及冻融循环性较差等问题在我国北方寒冷地区冻害现象也很突出。
鉴于此，本文从骨料，粒径，水胶比，矿物掺和料等主要组成进行分析，总结其对于透水混凝土强度，耐久性能的影响，并对透水混凝土的应用进行了展望。
二、透水混凝土中不同组分对其性能的影响
2.1骨料对透水混凝土性能的影响
骨料是指起骨架支撑作用的松散块状材料。骨料的粒径大小和种类对强度产生重要影响，而且也对透水率产生影响。总的规律是粒径大，空隙率大，透水率高，强度低，反之亦然。因此选择合适的骨料粒径对混凝土的强度和透水性非常重要。Cosic等人[2]发现白云石骨料配制的透水混凝土孔隙率高于钢渣骨料配制的透水混凝土孔隙率。此外在石英、白云石和石灰岩三种骨料的研究中，Lian等人[3]发现，白云石骨料制备透水混凝土的抗压强度和耐磨性均高于石英和石灰石，同时石英石中的氧化铁杂质损害了胶凝材料的黏结性能，并不适合生产透水混凝土。Gaedicke等人[4]发现在包含有再生混凝土骨料和人造沸石的混合骨料中，随着再生骨料含量的增加，透水混凝土的抗压强度和抗折强度分别提高50%与75%；发现当孔隙率为20%，且再生骨料替代率为50%时，透水混凝土获得了较好的性能。李晟[5]提出了以火山渣作轻型集料能够制得性能较好的轻质透水混凝土，具有良好的透水性，强度等级符合国家有关标准。
2.2水胶比对透水混凝土性能的影响
水胶比是影响透水混凝土强度、耐久性和透水率的重要因素。当水胶比处于0.25～0.40区间时性能较优，水胶较小时混凝土的和易性较低；若水胶比过大，则易造成胶结浆体过薄，造成“封底”现象。Nguyen等人[6]分析了水胶比对透水混凝土强度和透水性的影响，确定了粗骨料表面包裹水泥浆体的厚度。宋慧等人[7]发现在一定水胶比范围内透水率随着水胶比的增加而减小，材料的强度与透水系数近似呈线性关系。
水胶比对透水混凝土强度的影响也非常明显。水胶比较大时，拌合物中胶凝材料相对较少，产生的水化产物难以填充一定龄期后失水产生的孔洞，造成更多的缺陷，从而降低渗透混凝土的强度。水胶比较小时，胶凝材料颗粒间距离小，水化产物能够使水泥石结构密实，进而提高混凝土强度。刘东等人的[8]研究表明，随着水胶比的降低，透水混凝土的抗压强度先增大后减小。王培新等的结果表明，在0.3左右的水胶比下，透水混凝土的抗压强度和抗折强度随水泥用量的增加而增加，但当水泥用量超过400kg/m3时，强度增长速率明显下降[9]。张贤超等[10]建立了透水混凝土各参数与性能的回归方程，得出透水混凝土适宜的水胶比区间为0.29~0.33。张燕刚得出在0.25~0.34范围内，透水混凝土强度随水胶比关系的增大而增大的结论[11]。
2.3矿物掺和料对透水混凝土性能的影响
矿物掺和料是具有火山灰活性和非火山灰活性的粉末状集料。矿物掺和料通过其活性能有效提高透水混凝土力学性能和改善其耐久性。Yang等[12]发现采用硅灰和减水剂能使抗压强度最高值达50Mpa，而掺有高分子聚合物的试样虽然能有效提高透水混凝土抗压强度，但对透水性能影响不大。孙红友[13]发现硅灰掺量对透水混凝土强度有明显影响，但对透水性影响不大，并提出了二氧化硅达2.5%～5%为最佳掺量，粉煤灰的最佳掺量为10%~15%。
楼俊杰[14]发现粉煤灰可以减少在冻融循环下透水混凝土的质量损失。
粉煤灰含量越高，则其质量损失越小，得出粉煤灰含量10%为佳；与空白对照组相比，经过100次冻融循环后，硅灰能显著提高混凝土的抗冻性并且效果更加显著，减少质量损失达0.5～0.3；矿粉经100次冻融循环后的质量损失范围在0.2~0.5之间，得出矿粉的择优掺量为10%。而石英砂对透水混凝土的抗冻性影响不大；
三、成型方式对透水混凝土性能的影响
透水混凝土的成型方式和振动时间对其性能影响也较大，成型方式包括手工振捣、机械振捣以及静压成形等。成型振动时间主要影响透水混凝土的孔洞的贯通性，进而影响其透水性能。同时成型方式也对经济性产生重要影响。手工振捣制作的试块均匀性好，容易控制密度，但是试块的强度较小[15]。
机械振捣随着振动时间的增加，试块的孔隙率和透水率降低，密实度增加进而其强度也增加，振捣8秒即可获得较高的强度。相对于单纯机械振捣，手工振捣与机械振捣相结合的方式可实现在保证透水率的前提下提高其强度[16]。
静压成型时，透水混凝土的抗压强度随压力的增大，先增加后减小。最经济的成型压力应控制在1.5MPa[17]。
四、存在问题及解决思路
从透水混凝土抗冻性机理出发，透水混凝土中结构的破化原因在于水结冰膨胀产生压力超过了胶凝材料的载荷极限，在重复循环作用下，结构解体，透水混凝土最终受到破坏。基于此，提高透水混凝土的抗冻性，一般采用抗冻剂和矿物掺和料的方式来抑制或者消除膨胀压力，或者增强骨料之间的连接强度，进而提高其强度和改善了抗冻性。尽管如此，对不同组分和结构的透水混凝土耐久性研究程度仍然不足。
五、小结
透水混凝土经过多年的发展，在其制备工艺，组分和结构调整等方面的研究都取得了一定的发展，但仍存在大量的问题。随着研究的不断深入，透水混凝土的抗冻性和强度会进一步得到重视。相信透水混凝土依靠其优良的环保性能，在未来的应用必定会越来越广泛和深入。
参考文献：
[1] 张国强，赖俊.透水混凝土的研究进展综述[J].广东建材，2016，32（08）：72-75.
[2] ~[4] K C'osic'，L Korat，V Ducman，et al.Influence of aggregate type and size on properties of pervious concrete[J].Construction&Building Materials，2015（78）：69-76.
[5] 李晟.火山渣为集料制备轻质透水混凝土路面的研究[J].中外公路，2016，36（05）：18-21.
[6] Dang H N，Sebaibi N，Boutouil M，et al.A modified method for the design of pervious concrete mix[J].Construction&Building Materials，2014，73（73）：271-282.
[7] 宋慧，徐多，向君正，冷梦辉，桂发亮.骨料及水胶比对透水混凝土性能的影响[J].水利水电技术，2019，50（09）：18-25.
[8] 刘东，兰聪，卢佳林.改善透水混凝土粘结强度的试验研究[J].混凝土世界，2017（10）：82-85.
[9] 王培新，黄洪财，桂苗苗，等.道路透水混凝土材料的影响因素及力学性能研究[J].混凝土与水泥制品，2014（3）：1-4.
[9] 王培新，黄洪财，桂苗苗，等.道路透水混凝土材料的影响因素及力学性能研究[J].混凝土与水泥制品，2014（3）：1-4.
[10] 张贤超.高性能透水混凝土配合比设计及其生命周期环境评价体系研究[D].长沙：中南大学，2012.
[11] 张燕刚.火山渣透水混凝土与普通透水混凝土强度影响因素探讨[C].中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品分会.2013年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集.中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品分会：中国硅酸盐学会，2013：316-320.
[12] Cui Y，Gary P，Lisle T E，et al.Experimental study on properties of pervious concrete pavement materials[J].Cement&Concrete Research，2003，33（3）：381-386.
[13] 孙宏友.基于正交试验法的透水混凝土配合比设计和试验研究[D].成都：西南交通大学，2016.
[14] 楼俊杰.不同掺和料影响下透水混凝土性能及冻融循环劣化研究[D].济南：山东大学，2016.
[15]~[17 ] 龚平，谢先当，李俊涛.成型工艺对再生骨料透水混凝土性能的影响研究[J].施工技术，2015，44（12）：65-68
基金项目：
吉林省大学生创新创业项目201810191034