透水混凝土简介

第1章透水混凝土简介

1.1透水混凝土的历史背景

透水混凝土的研究应用始于100多年前，据v·M·Malhortra记载：1852年英国在建造工程中由于缺少细骨料，开发了不含细骨料的混凝土，即透水混凝土。美国在20世纪60年代就开始了对普通混凝土及透水性混凝土配合比设计方法的研究。1995年，南伊利诺伊大学的Nader Ghafoorim阐述了不含细骨料混凝土的概要。提出了透水混凝土这一概念，讨论了透水混凝土作为铺路材料的使用技巧，对其物理力学性质及状态，特别是对冲击加固法进行了探讨研究，讨论了加固时的能量、效果、调配、制造时的技术等对硬化后混凝土的物理力学性能所产生的影响；并且还在磨耗性及抗冻性方面进行了阐述。在日本，为了解决因抽取地下水而引起地基下沉等问题，在20世纪70年代后期提出了“雨水的地下还原政策”，着手开发透水性混凝土铺装，并应用于实际工程。从那时起透水混凝土逐渐被人们所关注[1]。

1.2透水混凝土的概念

透水混凝土是由粗骨料、水泥和水及添加物拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透气、透水和重量轻等特点[2]。

1.3透水混凝土的结构

透水混凝土主要组成材料为水、水泥、集料及其他增强材料。透水混凝土集料采用骨架——空隙型级配，水泥净浆或加入少量细集料或增强材料的砂浆薄层包裹在骨料颗粒表面形成骨料颗粒间胶结层，骨料颗粒通过硬化的水泥(砂)浆薄层堆聚形成多孔“拱架”结构，其内部存在着大量连通孔隙，且多为直径超过1mm的大孔。透水混凝土的透水透气性能取决于其内部的连通孔隙率及孔径大小；力学强度取决于集料强度、胶结层强度、胶结层与集料的界面黏结质量和黏结点数量、集料颗粒相互嵌挤形成的“拱架”结构的质量；表面粗糙度主要取决于集料粒径大小[3]。

透水混凝土结构示意图

1.4透水混凝土的种类

到目前为止，用于道路铺装和地面的透水性混凝土主要有三种类型。

1.4.1水泥透水性混凝土

这是以硅酸盐类水泥为胶凝材料、采用单一粒级的粗骨料，不用或少用细骨料配制的无砂、多孔混凝土。该种混凝土一般采用较高强度的水泥，骨灰比为3.0-4.0，水灰比为0.3-0.35。混凝土拌合物较干硬，采用加压振动成形，形成具有连通孔隙的混凝土。硬化后的混凝土内部通常含有20%左右的连通孔隙，相应的表观密度低于普通混凝土，通常为1 700-2 200 kg/ m3。抗压强度可达15-35 MPa，抗折强度可达3-5 MPa，透水系数为1-15mm/ s。

1.4.2高分子透水性混凝土

这是采用单一粒级的粗骨料，以沥青或高分子树脂为胶结材料配制的透水性混凝土。与水泥透水性混凝土相比，该种混凝土强度较高，但成本也高。同时由于有机胶凝材料耐热性较差，在日光大气因素作用下容易老化，其性能受温度影响较大，尤其是温度升高时，容易软化流淌，使透水性受到影响。因此，在保证空隙的前提下，抗老化、热稳定性就是保证质量的关键。

1.4.3烧结透水性制品

以废弃的瓷砖、长石、高岭土、粘土等矿物的粒状物和浆体拌合，压制成坯体，经高温煅烧而成，具有多孔结构的块体材料。该类透水性材料强度高，耐磨性好，耐久性优良，但烧结过程需要消耗能量，成本较高，适用于用量较小的园林、广场、景观道路铺装部位。

1.5透水混凝土的生产工艺

透水混凝土的投料顺序采用先将水泥、掺合料、骨料投入搅拌机进行搅拌1min，再加入外加剂和一半的水量搅拌1min，最后投入剩余水量，搅拌均匀后出机，出机速度慢于普通混凝土，适用于混凝土搅拌运输车运输。透水混凝土拌合物中水泥浆的稠度大，石子用量多，为了使水泥浆能够均匀地包裹在骨料上，搅拌时间不宜低于3min[4]。

透水混凝土生产工

1.6透水混凝土的优越性

透水凝土具有其独特的优越性，比一般混凝土更具有代表性。我们从比较中不难看出。

透水混凝土与一般混凝土的比较

第2章透水混凝土的发展现状

2.1透水混凝土在国内外的发展

2.1.1国内发展状况

世界上一些发达国家对透水混凝土研究和应用已有近30年的历史。1979年，在美国佛罗里达州saraaota地区的一座教堂附近，首次使用无砂多孔混凝土建了停车场，并获得透水性混凝土的专利，随后，美国的新墨西哥州和犹他州将无细集料混凝土作为路面面层材料用于停车区路段。德国从20世纪80年代起就致力于不透水路面的改造，其目标是在2010年把全国城市90％的路面改造为透水路面。德国南部的弗莱堡是当今著名的生态城市，10多年前，弗莱堡提出了建生态城市的规划，彻底拆除城市所有的硬化地面(公路除外)，代之以多种形式的透水地面，结果使弗莱堡的地下水位逐渐回升，植被能完全脱离人工浇灌而郁郁葱葱。由于透水地面能通透“地气”，因而感到地面夏天凉爽、冬天暖和；雨季透水、冬季易化雪(不结冰)；能吸附粉尘并减少扬尘污染等，

大大提高了环境的舒适度。

日本是资源缺乏的国家，因此特别重视水资源和生态环境保护。在20世纪80年代初，日本就在全国推行了“雨水渗透计划”，即：从理论研究到应用开发、从原材料品质到设计方法、从施工工艺到设备选型、从技术规范到法律法规都开展了一系列工作。日本混凝土协会在1994—1995年设立了“生态混凝土研究委员会”，以多孔混凝土为主要课题进行研究并取得了大量的成果，且在国内多个城市推广应用。目前，日本国内各种车用道路(包括高速公路)、步行道、各种广场和体育设施场地、公园和公共绿地等都广泛采用了透水混凝土。从2001年至今，凡是新的市政建设和改造翻修项目全都应用了透水工程材料[7]。

2.1.2国外发展状况

本世纪初，我国相继开展透水混凝土的应用。杭州市除运河治污工程外，从2005年开始在城市市政建设中大规模推广使用透水工程材料。据不完全统计，至2007年杭州市铺设透水混凝土面积达30万m2。北京市仅在奥运场馆建设中铺装透水工程材料达10多万m2。在奥运公园水环境设计思路的讨论会上，一位专家提出，奥运公园最重要的设计之一，应是让地面具有很好的雨水回渗功能。上海在新建改建公园中积极推广透水材料铺装，2010年举办的上海世博会工程、特奥会训练基地建设大量采用透水混凝土铺装。建设部也在大力推广透水混凝土材料，这标志着城市建设逐步走出硬化的误区，向人们展示一种全新的，具有环境、生态、水资源保护功能的地面铺设[7]。

2.2透水混凝土在工程中的应用及优越性能的体现

2.2.1透水混凝土在路面工程中的应用及体现

国家体育场“鸟巢”工程的湖边西路道路工程从南一路至辛店村，面积达9 700多m2，用透水混凝土铺设。透水混凝土在国家体育场“鸟巢”工程的湖边西路道路得到了较大面积的成功应用。经过权威部门检测，达到了C20混凝土设计标号的强度，透水系数达到6．2 mm／s，孔隙率达到28％，抗冻融大于50。