当地常用材料试制透水混凝土及工程应用

江新理，季龙泉，杨青，王成尧

（山东大元实业股份有限公司，山东 潍坊 361000）

随着城市化建设的推进，城市道路、广场硬化铺装不断增加，传统的硬化铺装地面满足了使用功能、耐久性和美观要求，但也导致了雨水地表径流加大和积水。借鉴国外经验，用透水材料铺装，可使雨水渗入地下，有效补充地下水，维护生态平衡。近几年来，透水混凝土的研究和应用，在我国发展很快，我公司作为各种混凝土研发推广应用的高新技术企业，自 2010 年初起，成立课题组，依托公司省级工程中心，研究试配预拌透水混凝土。从原材料选用、配合比设计研究、试配试验、性能检测、混凝土生产运输到施工，摸索了一些经验。在试验和应用过程中，不断学习借鉴他人的研究成果，使我们少走了很多弯路。通过本文，以求与同行进一步探讨。

1 透水混凝土配合比设计

1.1 试配强度等级和孔隙率确定

透水混凝土关键要满足强度和透水系数要求，并且和易性好，易于搅拌、运输和摊铺等。

1.1.1 试配强度等级确定

鉴于当时透水混凝土地面主要用于非机动车道、人行道、广场、公园景观道路等，不需要高强度等级，试配强度等级确定为 C15、C20。

1.1.2 孔隙率确定

透水混凝土满足透水要求，透水系数≥0.5mm/s，同时要达到强度要求，借鉴经验，连续孔隙率一般为10%～20%，确定设计孔隙率 Rvoid为 15%。

1.2 原材料选用

选用能满足要求的当地常用材料。

（1）水泥：选用当地 P·O 42.5 水泥，性能指标见表 1。

（2）粗骨料：粗骨料粒径是影响透水混凝土性能的关键因素之一，同样孔隙率，粒径不同透水系数相差很大，粒径小了，连通孔小，粒径大了，和易性差。选用粒径 5～10mm 和 10～16mm 粗骨料试拌比较，粒径5～10mm 的粗骨料拌合物和易性相对好，确定用粒径5～10mm 的粗骨料试配。

对当地石灰岩和玄武岩材质粗骨料对比，5～10mm的石灰岩粗骨料石粉含量相对多，强度相对低，确定用玄武岩质粗骨料，性能指标见表 2。

表 1 水泥性能指标

表 2 玄武岩粗骨料性能指标

（3）增强料需要外部采购，研究之初，为低强度等级，确定暂不掺用增强料，通过掺自研制外加剂改善混凝土性能。

（4）外加剂预拌透水混凝土除满足透水混凝土性能外，更要满足足够的运输时间要求，坍落度保持 2h不损失。课题组专门研制了满足要求的减水、增强、缓凝等高效复合性能的外加剂，掺量 1.0%～1.5%。

（5）水：饮用水。

（6）颜料：如工程需要彩色透水混凝土，掺加的颜料需经试验，选用与水泥及外加剂适应性良好、着色牢固的颜料。

1.3 透水混凝土配合比设计

计算理论配合比及试拌（根据 CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》方法计算）

（1）配制强度按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》计算。

C15 配制强度：

C20 配制强度：

б 选取 4.0MPa。

（2）粗骨料用量

ɑ 选取 0.98。

（3）胶结料浆体体积

（4）水胶比确定。选定水胶比 RW/C= 0.25～0.35，间隔 0.02。

根据 WC= [VP/(RW/C+1)]·ρC和 WW= WC·RW/C，分别计算材料用量，见表 3。

表 3 理论配合比

2 透水混凝土配合比优化调整试配及性能检测

根据以上理论配合比，试拌观察，浆体太多，多余浆体集聚在骨料下面，不利于孔隙的形成。

2.1 配合比优化调整

根据经验，课题组确定掺用自制高效复合性能外加剂，降低水泥用量，取水胶比 0.30～0.35，间隔 0.01，用水量取 100kg/m3、105kg/m3、110kg/m³，外加剂掺量1.0%、1.2%、1.5%，调整优化配合比，见表 4。

2.2 试配及性能检测

按照优化调整后配合比，分别多次试配，检测拌合物和易性，留制立方体抗压试件和透水系数检测试件，并检测，见表 4。

作出不同用水量水胶比和强度相关图，见图 1。

图 1 不同用水量水胶比和强度相关图

表 4 优化调整配合比及性能（外加剂掺量 1.2%）

2.3 结果分析

（1）在一定范围内，水胶比相同时，用水量加大，浆体料多，抗压强度高，这方面与普通混凝土有很大不同。

（2）在一定范围内，强度相同时，可加大用水量，坍落度相对提高，可以满足不同施工条件要求的混凝土。

（3）水胶比对强度影响敏感，不宜按照基准水胶比增减 0.05 进行试配，波动太大不宜优化配合比，水胶比宜间隔 0.01 进行试配；水胶比 0.30～0.33 为宜，当水胶比大于 0.34 时，混凝土强度下降较快（图中线型斜率变大），见图 1。

（4）用水量 110kg/m3时，拌合物和易性良好，编号 1、编号 2 配合比强度可满足 C20，编号 3、编号 4配合比强度可满足 C15，编号 5、编号 6 配合比强度可满足 C10；用水量 105kg/m3时，拌合物和易性良好，编号 1 配合比强度可满足 C20，编号 2、编号 3、编号4 配合比强度可满足 C15，编号 6 配合比强度可满足C10；用水量 100kg/m3时，拌合物和易性良好，编号1、编号 2、编号 3 配合比强度可满足 C15，编号 4、编号 5 配合比强度可满足 C10，以上配合比试件透水性均满足要求。

根据试件成型经验，通常混凝土试件采用振动成型，透水混凝土试件振动成型的同时需人工用泥板拍实、压平，振动时间不宜过长，通过观察确定，如振动时间过长，浆体下沉富集，不利于形成连续孔隙。

3 预拌透水混凝土生产及运输

3.1 预拌透水混凝土生产

根据经验，透水混凝土与通常混凝土在生产方面有很大不同，每盘生产方量少，工艺复杂，搅拌时间延长。如用 180 双卧轴强制式搅拌机，每盘能生产 3m3通常混凝土，但透水混凝土，每盘生产方量仅为通常混凝土的 50%～60%，否则易闷机；通常混凝土生产先加砂石搅拌，再加胶凝材料搅拌，最后加水和外加剂，搅拌30s 就可放料装入运输罐车中，透水混凝土生产，需将石子和 50% 的用水量加入搅拌机拌合 30s，再加水泥、外加剂拌合 40s，最后加入剩余用水量拌合 50s 放料装罐。

3.2 预拌透水混凝土运输

每罐车最大预拌透水混凝土运输量比通常混凝土方量少，大约仅为通常混凝土方量的 50%～60%，如按通常混凝土量装罐车，罐车将无法正常转动，放料困难；同时浆体更易粘罐，需及时清理。

4 预拌透水混凝土施工

除做好通常混凝土浇筑前准备外，浇筑透水混凝土另需做好以下工作：

（1）在透水混凝土地面施工前，应对基层作清洁处理，基层表面应粗糙、清洁、无积水，并应保持一定的湿润状态。

（2）拌合物摊铺应均匀，摊铺厚度应考虑松铺系数，松铺系数根据拌合物的坍落度和路面横坡大小确定，一般在 1.05～1.15。

（3）宜采用低频碾压辊，或采用低频平板振动器和专用滚压工具滚压，压实时应辅以人工补料及找平，人工找平时施工人员应穿减压鞋进行操作。

（4）收面在面层压实后进行，宜使用抹平机对面层进行收面，必要时配合人工拍实、整平。

（5）由于透水混凝土中存在大量的孔隙，易失水，所以养护（尤其是早期的养护）非常重要。抹面后应及时覆盖保水，24h 后开始洒水养护，保持湿润，养护时间不宜少于 14d。

5 工程应用

5.1 广场透水地面工程案例

5.1.1 工程概况

潍坊鲁台会展中心是齐鲁台湾城的重要组成部分之一，总建筑面积 12 万平方米，配套露天广场设计为透水混凝土地面，约 1000m2，该工程施工时处于 2012 年夏季，工期紧、质量要求高。

5.1.2 设计路面结构

基层：350mm 厚级配碎石、30mm 厚的砂滤层。

结构及面层：150mm 厚碎石最大粒径 10mm 的原色透水混凝土。

混凝土要求：弯拉强度≥2.5MPa，抗压强度≥20.0MPa，孔隙率≥10%，透水系数≥0.5mm/s。

5.1.3 工程应用效果

大元公司为工程提供了透水混凝土试验成果，选用了编号 4 配合比，用工程实际用材料在试验室进行复试，用石灰岩质粗骨料，控制石粉含量，经试验复试和现场留制同条件试件，和易性、强度和透水系数均满足要求。广场透水混凝土地面颜色均匀美观，达到预期效果，得到广泛认可和好评。

5.2 道路透水地面工程案例

5.2.1 工程概况

2014 年，潍坊某城市主干道两侧非机动车道，设计要求铺装红色透水混凝土路面，道路两侧设有专门收集雨水的集水坑。

5.2.2 设计路面结构

基层：300mm 厚级配碎石。

结构：100mm 厚碎石最大粒径为 10mm 的原色透水混凝土。

面层：50mm 厚碎石最大粒径为 10mm 的红色透水混凝土。

混凝土要求：弯拉强度≥2.5MPa，抗压强度≥20.0MPa，孔隙率≥10%，透水系数≥0.5mm/s。

5.2.3 工程应用效果

结构层采用了同上工程的配合比，面层掺红色颜料，选用多种品牌颜料对比，选择了与水泥和外加剂适应性好的颜料，面层配合比用水量不变，外加剂掺量1.5%。

道路颜色均匀美观，红色的路面与周围绿色的景观相互映衬达到了功能和美化的双重效果，现已在潍坊市区内道路建设中广泛应用。

6 结语

（1）设计理论透水混凝土配合比，水泥用量偏大，浆料富集，不易形成连续孔隙。

（2）可用当地常用材料，不掺加增强料，掺1.0%～1.5% 高效复合性能外加剂，配制强度等级 C20预拌透水混凝土。

（3）水胶比对透水混凝土影响敏感，如用比基准水胶比增减 0.05，不易找到优化配合比，宜比基准水胶比增减 0.01 试配；水胶比大于 0.34 时，对强度影响更加敏感。

（4）生产与运输比通常混凝土每盘和每罐量都少，是通常混凝土方量的 50%～60%；生产工艺、搅拌时间和成型工艺也不相同，应特别注意。

（5）以上是采用当地常用材料配制强度等级 C20及以下预拌透水混凝土，课题组正在通过掺加增强料或活性矿物掺合料等方法，提高透水混凝土强度等级，使透水混凝土应用更加广泛。

（6）目前清理透水混凝土地面是用高压水冲洗，高压水冲洗对透水混凝土的耐久性及强度的影响，还需进一步试验研究。