C20透水混凝土在环岛路桥中的应用研究20140714

“第五届全国特种混凝土技术”学术交流会四川·成都2014年中国土木工程学会混凝土质量专业委员会2中国建筑科学研究院建筑材料研究所（第二页起页脚）C20透水混凝土在环岛路桥中的应用研究葛文强，季锡贤，张恒春，廖志贤，李强彪（中建商品混凝土（福建）有限公司福州350015）摘要：透水混凝土又称多孔混凝土，是由骨料、水泥、水，以及必要时掺入的掺合料和外加剂等材料拌制而成的一种多孔混凝土。透水混凝土的特点是采用单粒级配骨料作为骨架，水泥净浆或加入少量细骨料的砂浆薄层包裹在粗骨料的表面，作为骨料颗粒之间的胶结层，形成骨架空隙结构的多孔混凝土材料，由于集料级配特殊，形成蜂窝状结构，或称为米花糖结构。某环岛路C20透水混凝土研究结果表明：混凝土强度、孔隙率及透水系数性能均符合项目设计要求；应用效果表明：透水混凝土具有施工机械化程度高、周期短、稳定性好的特点。关键词：混凝土；透水；体积法；应用1引言随着城市化和工业化进程的加快，高楼大厦林立，人口高度集中，污染急剧增加，生态破坏严重。社会经济的发展和城市的进步，现代城市的地表逐步被钢筋混凝土的房屋结构和不透水的路面所覆盖。与土壤相比，混凝土路面缺乏呼吸性、吸收热量和渗透雨水的能力，随着带来了一系列的生态问题，如：能够渗入地表的雨水明显减少，加剧城市“热岛现象”，雨水利用率降低等。而透水混凝土路面好处较多，首先城市可以蓄存大量的雨水，缓解城市日益突出的“热岛效应”，改善城市环境质量；其次减缓这部分水源对城市下水管网和污水处理厂的压力；再则减缓对下游江河湖泊的压力，也减少了城市受涝和洪涝灾害发生的频率；另外在城市内蓄存大量的雨水可以使地下水位保持一定的位置，从而较好的缓解目前城市日益突出的地面沉降问题[1-2]。某环岛路二期工程长7.8km，设计为双向四机动车道，两侧规划为人行横道。根据设计院对人行横道的规划施工要求，底层为10cm厚级配碎石，然后铺设15cm厚C20透水混凝土，透水率不小于4mm/s，孔隙率不小于26%。2原材料与试验方法2.1原材料（1）水泥：海螺水泥厂生产的P·O42.5R级水泥，其主要性能指标如表1所示，表1水泥的主要性能指标密度/(g/cm3)比表面积/(cm2/g)凝结时间/min安定性抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d3.13520168240合格6.19.627.248.1（2）掺合料：华能电厂Ⅱ级粉煤灰，细度13.2%，烧失量4.3%，需水比98%；（3）外加剂：博特聚羧酸高性能减水剂，固含量20.2%，减水率26.2%；（4）骨料：闽江中砂，细度模数2.7，含泥量0.8%，泥块含量0.1%；闽清碎石，5mm~10mm“第五届全国特种混凝土技术”学术交流会四川·成都2014年中国土木工程学会混凝土质量专业委员会2中国建筑科学研究院建筑材料研究所（第二页起页脚）单粒级配，16mm~25mm单粒级配，各项性能指标满足JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》要求；（6）自来水，满足JGJ63-2006《混凝土用水标准》要求。3配合比设计实测粗骨料紧密堆积密度为p1=1600kg/m3，表观密度p2=2650kg/m3，则骨料的孔隙率为39.6%。按照体积法计算[2~3]：1m3石子用量为Mg=1600×0.98=1568kg，混凝土要求孔隙率不低于26%，则水泥浆体积为V浆=39.6%-26%=13.6%即单方水泥浆体用量为136L。即ccm+wwm=136则1.3cm+0.1wm=136（1）其中：cm—水泥质量，kg；wm—水质量，kg；c—水泥密度，g/cm³；w—水密度，g/cm³；根据工程经验，水灰比的选择分别为0.20，0.25，0.30，如表3-1所示：表3-1不同水灰比的透水混凝土配合比W/CG/kgC/kgPC/kg0.2015682602.60.2515682382.40.3015682182.2试拌混凝土发现w/c为0.20时各种指标良好，但总体浆量略偏多，遂调整石子为1600kg，再次试拌达到最佳状态：拌和物手抓成团，有微浆析出，拌和物表面具有金属光泽[2]，如图3-1所示。图3-1透水混凝土拌合物“第五届全国特种混凝土技术”学术交流会四川·成都2014年中国土木工程学会混凝土质量专业委员会2中国建筑科学研究院建筑材料研究所（第二页起页脚）为了满足混凝土强度要求及施工性能，考虑掺入0~5mm中砂，分别选10%，11%，12%的砂率进行试验。考虑到16~25mm碎石偏大，粘结强度相对较低，遂采用5~10mm细石取代原有30%的石子质量改善粘结能力。调整后的配合比如表3-2所示。表3-2调整后的透水混凝土配合比及力学性能C/kgW/kgG/kgS/kgG细石/kgPC/kg砂率28d抗压强度/MPa2605211521602882.610%25.32605211361762882.611%29.82605211201922882.612%34.5从表3-2中的数据可知，砂率为11%、12%时，强度分别为29.85MPa、34.5MPa，远超过C20混凝土强度要求，故从合理的经济角度，C20透水混凝土配合比选用砂率为10%的相应配合比。4透水混凝土性能研究4.1孔隙率的研究与测定透水混凝土孔隙率的测试方法最常用的是量体积法[4]，如图4-1所示的装置。试验时首先用游标卡尺测量试件的尺寸，计算试件的体积V0。把试件用吊索或吊绳固定好，然后放入水中浸泡24h（水面高于试块上表面15mm以上），在水中测试试件的质量m1，然后将试件风干24h，测其质量m2。则有效孔隙率P=[1-（m2-m1）/（V0×ρ水）]×100%（2）经测试，平均孔隙率P为27.4%，符合设计要求。图4-1透水混凝土孔隙率测试装置4.2透水系数的研究与测定透水混凝土的透水系数是表征其透水混凝土透水性的主要技术参数。本试验过程采用如图4-2，图4-3所示简易“固定水量法”测试装置进行透水系数测试[3]。“第五届全国特种混凝土技术”学术交流会四川·成都2014年中国土木工程学会混凝土质量专业委员会2中国建筑科学研究院建筑材料研究所（第二页起页脚）图4-2透水系数简易测试装置图4-3透水系数简易测试装置测试步骤：①首先将尺寸为150mm的立方体混凝土试件四周用水泥净浆密封，使成型面和底面作为透水测试面；②按照图4安装测试装置，并将透明套筒底部边缘与透水混凝土试件顶部边缘密封，使水只能通过透水混凝土试件；③向透明套筒内注满水，测试套筒中水位由160mm降至0mm所用试件t；④计算透水系数V。V=160/t（3）经测试，平均透水系数V为4.40mm/s，大于4mm/s，符合设计要求。5生产及施工过程质量控制重点5.1生产多孔混凝土是由胶结浆体黏结集料而形成的具有孔洞结构的特殊无砂多孔混凝土。为了生产多孔混凝土，同样需对多孔混凝土的原材进行搅拌，而搅拌多孔混凝土原材的目的，也是为了使原材料混合均匀。但由于多孔混凝土没有细集料或细集料较少，即没有细集料在粉料与粗集料间进行过度，只有胶结浆体搅拌充分，它才具有要求的流动度、稠度。根据多孔混凝土的配合比设计要求及多孔混凝土的搅拌目的要求，新拌多孔混凝土应是特定稠度的、搅拌充分的胶结浆体均匀包裹在集料表面所形成的混凝土。为此，经多次试验研究，决定采用裹浆法[5]进行多孔混凝土的拌制，即先对粉料、水、外加剂等进行搅拌，当胶结浆体搅拌均匀后再加入集料，使搅拌充分、稠度适宜的胶结浆体均匀包裹于集料表面。通过对比裹浆法与常规方法生产的透水混凝土，裹浆法生产的多孔混凝土强度要明显高于常规搅拌方式生产的多孔混凝土的强度。5.2摊铺在施工之前，要先清理路基，不平整处应加以修整。在基层宽度、表面平整度和压实度等都符合要求的前提下，浇注前路基必须先洒水润湿，原因是透水混凝土中的搅拌水用量有限，如果路基材料再吸收部分拌和水，就会加速水泥的凝结，减少用于路面浇注、振捣、压实和接缝的时间，并且快速失水还会减弱骨料间的粘结强度。混凝土拌合物运到浇筑地点后，应及时摊铺，摊铺过程应根据松铺高度系数加以控制。松铺高度系数可通过先期试验确定，选用与实际施工相同的原材料进行搅拌摊铺。分层摊铺时，首先要控制两层摊铺的间隔时间。其次，要对下层混凝土进行保护。摊铺面层时，在结构层上因车碾压的部分，应用铁锹铲除填补新料后再摊铺。“第五届全国特种混凝土技术”学术交流会四川·成都2014年中国土木工程学会混凝土质量专业委员会2中国建筑科学研究院建筑材料研究所（第二页起页脚）摊铺完的混凝土立即进行刮平，并由经过专业培训的技工对刮平后的路面进行修整补料。5.3成型与普通混凝土相比，透水混凝土中的水泥浆量很少，只够包裹骨料颗粒，因此在成型过程中不宜强烈振捣或夯实。一般用平板振动器轻振铺平后的透水混凝土拌合物，但必须注意不能使用高频振捣器，因为它会使混凝土过于密实而减少孔隙率，同时也会使水泥浆体从粗骨料表面离析出来，积聚在底部，从而影响透水效果。5.4养护多孔混凝土具有较多孔隙结构，因而其表面积较大，水分容易散失，所以养护（尤其是早期的养护）是非常重要的。由于多孔混凝土的强度是由集料紧密堆积和胶结材料共同提供的，成型后的多孔混凝土集料紧密堆积程度已经确定，为了更好的保证、提高多孔混凝土的性能，需确保胶结材料充分水化。在施工现场，夏季应以防止多孔混凝土水分散失为主；冬季应以防止多孔混凝土受冻为主。由于本工程是在秋初进行，当地气温仍然较高，所以采用塑料薄膜覆盖或草杉覆盖浇筑后的多孔混凝土，以防止其内部水分散失，并在胶结浆体具有一定强度后，不定时对多孔混凝土撒水养护。在洒水养护时，要注意洒水的方式，不宜用水直射多孔混凝土表面，防止将包裹于集料表面的胶结浆体冲掉。早期养护还应注意防止暴雨的冲刷。6结论根据C20透水混凝土试验研究结果及实际应用来看，主要得出以下几点结论：（1）、体积法设计配合比是配制透水混凝土较有效方法，实测孔隙率可较好的与目标孔隙率相符合。（2）、适量增加细骨料掺量和两级配碎石可有效提高透水混凝土强度。（3）、裹浆法可使胶结浆体搅拌充分，并使搅拌充分的胶结浆体均匀包裹于集料表面，配制出具有金属光泽，无泌浆的透水混凝土。（4）、透水混凝土在摊铺后，应立即进行刮平，并由经过专业培训的技工对刮平后的路面进行修整补料，确保路面施工质量及表面观感。（5）、透水混凝土的因而其表面积较大，水分容易散失，所以养护（尤其是早期的养护）是非常重要的，成型完成之后应及时用塑料薄膜或其他覆盖其表面。1d后应经常洒水养护，确保混凝土强度发展。参考文献[1]洪雷.混凝土性能及新型混凝土技术[M].大连：大连理工大学出版社，2005：27-28.[2]程娟.透水混凝土配合比设计及其性能的试验研究[D].浙江，浙江工业大学硕士学位论文，2006.[3]孟刚，张凯峰，李预奇，欧阳孟学，张磊，刘艳丽.C30透水路面混凝土性能试验研究[J].广东建材，2014（5）:8~10.[4]徐仁崇，桂苗苗，刘君秀，陈清己，龚明子.透水混凝土配合比参数选择及设计方法研究[J].混凝土，2011（8）:109~112.[5]王桂玲，王志龙，张海霞，崔鑫，宋生辉.植生混凝土的配合比设计、碱度控制、植生土及植物选择[J].混凝土，2013（2）：102-105.作者简介葛文强，助理工程师。现任中建商品混凝土（福建）有限公司琅岐站副总工程师，研究方向混凝土研究及质量控制，[e-mail]