再生骨料透水性混凝土配合比设计研究综述

张佩玲，杨鼎宜，朱金春，史振宇，江虹，孙飞进，王长江

（扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

0 引言

近年来，我国城市内涝现象层出不穷。 暴雨过后，许多城市都会一片汪洋，交通堵塞，公共基础设施无法起到相应作用，人民群众生命财产安全受到严重威胁。 城市路面不透水以及市政排水管网的不畅通，是导致城市内涝的主要原因。

人们对城市出行舒适性的要求随着经济的发展逐步提高。 一方面，柏油沥青路面和普通水泥混凝土路面越来越不能满足当今环保路面的要求，与此同时，透水性路面逐渐成为城市路面新的选择。另一方面，城市拆迁扩建产生大量建筑垃圾，如何妥善处理好这些废弃物，是摆在人们面前的一大难题。 利用废弃骨料来制备路用透水性混凝土，不仅解决了建筑垃圾的堆放与处理问题，而且节约了天然骨料。

发达国家早在20世纪后期就开始了对透水混凝土的研究。 美国的主要研究方向是透水路面对地表径流的抑制作用和对由地表径流引起的污染物扩散的抑制作用。德国全国80%以上的路面为透水路面， 其不同的区域采用不同材料的透水面层。日本透水路面研究已有40余年，在透水混凝土的材料发展、规范制定和现场施工等方面，积累了丰富的经验。 由此可见，发达国家对透水混凝土的研究起步较早，技术也比较成熟。

我国研究起步较晚， 从20世纪末开始着手，进展缓慢，水平较国外有较大差距，由于透水混凝土工程应用较少，设计理念和施工工艺相对落后。 近年来，随着节能环保政策的实施和可持续发展观念的深入人心，透水路面的使用量增长迅速，很多城市开始使用和推广透水路面，但基本上还处于试验阶段，没有统一的国家标准。 再生骨料透水性混凝土的研究工作也刚刚起步，随着研究的深入和实际工程的应用， 其经济效益和社会效益将日益突出，前景广阔。

1 应用优势

根据使用功能的不同，透水路面可以分为行车透水路面和人行道透水路面。 根据水流路径的不同，透水路面可以分为排水型透水路面、半透型透水路面和全透型透水路面。 此分类的工程意义在于，各透水路面的功能要求不同，前两者主要用于避免路面积水，雨水不能透过路基渗入地下，而全透型除此之外，还有补给地下水的功能，此分类还考虑了土基承载力和降雨状况的不同。

再生骨料透水性混凝土路面和普通混凝土路面相比，有着多方面的优势：①使雨水的收集和处理分散， 在径流还未产生时就将其全部或部分消除，缓和径流高峰，有效降低城市地表径流系数；②雨水顺着面层材料的孔隙下渗到基层和土壤，再经土壤继续向下渗透，维持土壤的生态环境，补充地下水源；③面层以下的基层和土壤有天然的过滤作用，可以截留下渗雨水带来的地面污染物，其生态功能可以净化污染物，降低排入水体中的污染物浓度；④透水面层的孔隙增大了路面的透水性和透气性，使路面具有呼吸功能，从而加强地表与空气之间能量与物质的交换，调节城市的气候，缓解“热岛效应”，尤其是在阳光暴晒的夏季，对降低路面表层温度具有很大的作用；⑤如果路基不透水，大量的雨水也可以暂时储存在基层和面层的孔隙中，通过蒸发作用可以提高空气的湿度；⑥面层的凹凸构造和上下连通的孔隙可降低噪音，为人们创造安静的城市环境；⑦建筑垃圾的堆放和处理也会随再生骨料透水性混凝土的应用迎刃而解；⑧骨料可再生利用这一性质符合循环再生原则，绿色环保，对于推广和使用，国家也有相应的税收减免政策。

再生骨料透水性混凝土是由骨料(天然骨料、再生骨料、不含或少含细骨料)、水泥、水、外加剂和掺合料等按一定比例制成的具有连续孔隙构造的多孔混凝土。再生骨料透水性混凝土的配合比设计受众多因素的影响。下文主要介绍由骨料、水灰比、设计孔隙率、外加剂和设计方法所产生的影响。

2 配合比设计的主要影响因素

2.1 骨料

再生骨料透水性混凝土的骨料粒径越大，内部骨料之间的咬合点越少，骨料与水泥浆体间的粘结力下降，导致透水混凝土整体强度下降。 再生骨料是对已有的混凝土进行破碎后二次加工所得，其内部存在微裂缝，并且粒径越大，存在微细裂缝的概率越大，数量越多。混凝土受压过程中，这些内部微小的裂缝会快速展开，加速再生骨料透水混凝土强度失效。 骨料粒径减小，混凝土颗粒间的孔隙尺寸就会减小，骨料之间的咬合点增加，可提高整体强度。 但是，孔隙尺寸的减小增加了透水混凝土有效孔隙被水泥浆堵塞的概率，这在一定程度上减小了透水混凝土的透水性能。

综上分析可知，适当的再生骨料粒径，对透水混凝土取得适宜的强度和孔隙率有着重要的影响，通过实验分析可以得到， 当粒径取为10～16 mm∶16～20 mm(4∶6) 时，透水混凝土能兼顾强度和透水性能。

2.2 水灰比

再生骨料透水性混凝土的水灰比对其强度和透水性具有重要的影响，过高或者过低都会影响其性能的正常发挥。水泥用量一定，减少用水量，即降低水灰比，水泥浆体变得干稠，无法均匀包裹骨料颗粒表面， 骨料颗粒与水泥浆体之间的粘结力下降，削弱透水混凝土的强度。水泥用量一定，提高用水量，即提高水灰比，水泥浆体能充分包裹骨料的表面，工作性较好，但是由于浆体的流动性变大，堵塞混凝土底层连通的孔隙， 降低混凝土的透水系数，使透水混凝土失去其透水性的优势。

一般而言， 透水性混凝土水灰比通常介于0.25～0.35之间，0.28～0.32之间性能更佳。

2.3 设计孔隙率

再生骨料透水性混凝土选用合适的设计孔隙率，保证兼顾透水混凝土的强度和透水性，这点尤为重要。

杨杨和郑木莲等分别对透水混凝土的孔隙率与透水系数进行了试验研究，分别介绍了孔隙率和透水系数的测定方法，并提出透水混凝土设计孔隙率和透水系数成线性关系的结论。 研究表明，当设计孔隙率控制在15%～25%时， 制备出的透水混凝土具有合适的总孔隙率和有效孔隙率，这在一定程度上保证了混凝土的透水性能。根据实际的工程要求，选择合适的设计孔隙率，是进行配合比设计的重要环节。

2.4 外加剂

硅灰等活性矿物成分对透水混凝土的强度有较大改善，抗压强度随着硅灰掺量的提高，逐渐增加。 因为硅灰比水泥颗粒更小，它能填充在水泥颗粒之间的空隙，进而改善胶结料的级配。 硅灰的填充效应与微集料效应置换出来的水和水泥中的有效成分继续反应，促进进一步水化，增加浆体的粘结强度。需要注意的是，从本人试验的情况来看，硅灰配合减水剂共同使用， 效果比单独掺入硅灰要好，因为减水剂具有分散作用，将硅灰颗粒分散开来，充分填充空隙，提高再生骨料透水性混凝土的强度。

2.5 设计方法

再生骨料透水性混凝土的配合比设计采用体积法，体积法的基本设计思路与碾压混凝土的填充包裹理论相类似。根据粗集料紧密堆积密度计算单位体积粗集料用量，粗集料紧密堆积孔隙率和设计孔隙率来计算胶结料浆体体积， 确定适宜的水灰比，选用合适的水泥强度等级，按照公式计算出单位体积水泥用量和单位体积用水量，外加剂和增强料的用量按照水泥用量的百分比进行计算，然后换算成相应的体积。

3 结语

（1） 再生骨料透水性混凝土路面具有透水、净水、吸声降噪和调节生态环境等功能，其研究尚处于起步阶段，应用前景广泛。

（2）再生骨料的颗粒级配、水灰比、设计孔隙率、外加剂和设计方法等都是再生骨料透水性混凝土的配合比设计应该考虑的影响因素。

（3） 再生骨料透水性混凝土配合比设计时，主要把握两个重要指标：一是强度指标，二是透水指标。

[1]Pratt C J.Use of permeable reservoir pavement constructions for stormwater treatment and storage for reuse[J].WaterScienceandTechnology,1999,39:145-151.

[2]董祥,何培玲,李磊.道路透水路面及其铺面材料研究[J].四川建筑科学研究,2010(2):219-223.

[3]董祥,肖又元,吴永俊.城市道路透水性路面工程选址与类型选择的研究[J].湖南工业大学学报,2009,23(5):5-9.

[4]王德蜜,姜迪,狄升贯.透水路面设计与材料应用综述[J].城市道桥与防洪,2013(9)35-38.

[5]董祥,沈正.我国城市道路透水路面建设的工程选址与类型选择分析[J].甘肃农业大学学报,2010,45(3):145-150.

[6]Tetsuo Kobayashi M K.Development of the environment friendly hybrid permeable concrete pavement[J].Transactions of the Japan Concrete Institute,2002,23:65-76.

[7]张贤超,尹健,池漪.透水混凝土性能研究综述[J].混凝土,2011(12):47-50.

[8]张高波,龚平.骨料粒径和体积砂率对再生骨料透水混凝土性能的影响[J].四川建材,2014(3):36-38.

[9]孟宏睿.透水性混凝土配合比正交设计方法[J].陕西工学院学报，2004，20（2）.

[10]Lian C, Zhuge Y, Beecham S.The relationship between porosity and strength for porous concrete［J］.Construction and Building Materials,2011,25:4294-4298.

[11]杨杨,程娟,郭向阳.关于透水混凝土的孔隙率与透水系数关系的探讨[J].混凝土与水泥制品,2007(4):1-3.

[12]郑木莲.多孔混凝土的渗透系数及测试方法[J].交通运输工程学报,2006,6(4):41-46.

[13]郑木莲.多孔混凝土排水基层路用性能研究[J].西安科技大学学报,2007,27(4):603-607.

[14]郑木莲,陈拴发,王秉纲.多孔混凝土基层的应力-应变特性[J].混凝土,2007(11):12-13.

[15]黄杨程,罗璐,曾冠博.矿粉和硅灰及乳胶粉对透水混凝土性能的影响[J].山西建筑,2010(10):154-155.

[16]朱金春,杨鼎宜，张晓欢，等.再生透水混凝土中再生骨料掺量问题的研究[J].混凝土与水泥制品,2014,10（10）：6-11.

[17]姜福田.碾压混凝土[M].北京:中国铁道出版社,1991.

[18]程娟,杨杨,陈卫忠.透水混凝土配合比设计的研究[J].混凝土,2006(10):81-84.