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透水混凝土材料组成及施工工艺

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2020年4月19日
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透水混凝土材料组成及施工工艺
一、透水混凝土的结构特征
透水混凝土是由水、水泥、粗骨料组成的，采用单粒级粗骨料作为骨架，水泥净浆或加入少量细骨料的砂浆薄层包裹在粗骨料颗粒的表面，作为骨料颗粒之间的胶结层，骨料颗粒经过硬化的水泥浆薄层胶结而形成多孔的堆积结构，因此混凝土内部存在着大量的连通孔隙，且多为直径超过1mm 的大孔。在雨天或路面积水时，水能沿这些贯通的孔隙通道顺利渗入地下，因此具有良好的透水性和透气性。透水性混凝土受力时经过骨料间的胶结点传递力的作用，由于骨料本身的强度较高，水泥凝胶层很薄，水泥凝胶体与粗骨料界面之间的胶结面积小，其破坏特征是骨料颗粒间的连接点处被破坏。

透水混凝土在美国从上世纪七、八十年代就开始研究和应用，不少国家都在大量推广，如德国预期要在短期内将90%的道路改造成透水混凝土，改变过去破坏城市生态的地面铺设，使透水混凝土路面取决得广泛的社会效益。
二、透水混凝土系统与传统路面
传统路面：大多采用沥青、混凝土，石板材及水泥砖铺设，称其为硬质路面。它的优点是整齐耐用；但最大的缺点是不透水，排水是靠地下污水管道，降 雨时雨水直接作为污水被处理，阻断了雨水补充地下水，不利于地下水的生成；大雨时因排泄不畅，在地势低洼处因积水而形成水淹；水在路面淤积溶入城市污染物 影响城市卫生。有因硬质路面吸、储及反射太阳的热量，使地面平均温度升高及有助于城市热岛效应的形成；它还引起环境和生态负效应等不利生态平衡和环境保 护。
透水混凝土路面：作为一种新的环保型、生态型的道路材料，具有以下的功能：
1、透水混凝土路面具有透水性，下雨时能较快消除道路、广场的积水现象。
 2、防止路面积水，夜间不反光，增加路面安全性和通行舒适性。 
3、透水混凝土路面的透水性，能使雨水迅速渗入地下，还原地下水，保持土壤湿度，维护地下水及土壤的生态平衡，又能避免因过度开采地下水而引起地基下沉。
4、透水混凝土系统具有独特的孔隙结构，其在吸热和储热功能方面接近于自然植被所覆盖的地面，调节城市空间的温度和湿度，缓解城市热岛效应。
5、透水混凝土系统的孔隙率较大，具有吸音作用，可减少环境噪声。
6、 大量的空隙能吸附城市污染物（如粉尘），减少扬尘污染。并易维护性，只需用高压水洗的方法，即可处理孔隙堵塞问题。
7、透水混凝土系统拥有系列色彩配置，能够根据周围环境需要进行设计图案，具有较强的装饰性。
三、彩色透水混凝土
1、材料的组成：
彩色透水混凝土由透水混凝土专用胶结剂、碎石、封闭剂、水组成。
胶结剂：是以高强度等级的硅酸盐水泥为基料，配以多种助剂增加强度与粘结力组成的粉状料，并可按用户要求加入无机耐候颜料，使其和碎石、水按一定比例混合后，组成不同色彩的透水混凝土面层。
碎石：透水混凝土用的碎石应具有技术要求，根据设计要求，采用人工筛选的级配均匀高料碎石，其物理性能指标见（表一）。
透明封闭剂:双丙聚氨酯固体份大于0.4，进口固化剂。
最佳水灰比介于0.25～0.35 之间，骨料与水泥的比在5.6～7.0。透水混凝土配合比（按质量计）：水：水泥：胶结剂：碎石=105：310：100：1520。根据水泥品种和骨料情况，由试验室具体确定。
碎石颗粒根据设计要求，按其颗粒大小范围分1#、2#、3#三号。具体的颗粒范围见（表二）
碎石的物理性能指标表         （表一）
序号
指标名称
指标
1
压碎指标（%）
＜11
2
针片状颗粒含量（%）
＜12
3
含泥量（%）
＜3
4
表观密度（kg/m3）
＞2500
5
紧装堆积密度（kg/m3）
1350
6
空隙率（%）
＜45
碎石按颗粒分号（2级）            （表二）
碎石的分号
1#
2#
3#
粒度范围（mm）
2～4
4～8
10～20
碎石是透水混凝土的主要材料之一，其质量必须要控制好。
水：普通自来水即可用。
2、彩色透水混凝土性能
彩色透水混凝土是由以上四种材料，按一定的比例，用机械搅拌器，搅拌成混凝土浆料后，迅速进行摊铺于路面，即成彩色透水混凝土路面。       
彩色透水混凝土的物理力学性能指标（见表）
彩色透水混凝土的物理力学性能指标表
序号
指标名称
指标
1
抗压强度（MPa）
＞22
2
抗折强度（MPa）
＞4.5
3
空隙率（%）
＞18
4
透水系数（mm/s）
2.5—4.8
5
质量损失率（%）
≤5
6
强度损失率（%）
≤25
3、彩色透水混凝土的品种
⑴普通素色透水混凝土：为普通水泥本色的透水混凝土。
⑵标准色透水混凝土：以普通水泥本色掺加无机耐候颜料组成的透水混凝土。色彩属一般。
⑶艳丽色透水混凝土：以高要求的水泥掺加添加剂及无机耐候颜料组成的透水混凝土，色彩艳丽。
四、透水混凝土路面基层的要求
1、透水混凝土路面的厚度：大都应用于人行道、广场、停车场、园林小道等场所。根据路面的不同应用面板厚 度不同。对人行道，自行车道等轻荷重地面，一般面层厚度不低于8公分；对停车场、广场等中荷重地面，面层厚度不低于10公分，考虑成本，可将面层分为二 层，即表层为彩色透水混凝土层，厚度一般不低于4公分，下层为素色透水混凝土层。
2、为确保路面结构层具有足够的整体强度和透水性，表面层下需有透水基层和较好保水性的垫层。
基层要求：在素土层夯实层上，配用的基层材料，应有适当的强度外，须有较好的透水性，采用级配砂砾或级配碎石等。采用级配碎石时，碎石的最大粒径应小于0.7倍的基层厚度，且不超过50mm。
垫层一般采用天然碎石，粒径小于10mm，俗称瓜米石，并铺有一定厚度、铺设需均匀平整。
3、考虑大暴雨季节因素，为防止基层过多积水，影响地基，在基层处设置专用透水管道，通向道路边的排水系统，用于排除过量的雨水。
五、彩色透水混凝土的施工
1、施工前的准备：施工前应作好组织、物质、技术等三大准备。
1）组织准备：建立健全的施工项目组织机构的人员设置，以能实现施工项目所要求的工作任务为原则，人员配置要从严控制，力求一专多用，一人多职。
2）物质准备：透水混凝土施工实质上与水泥混凝土施工类似，其原料中仅少了砂子，而一定粒度的高料碎石替代了骨料，在施工中具有一定量的材料（胶结料、高料）。
物质准备应是现场的准备，如人员的住宿、所需的水、电供应、工程材料堆放工棚（胶结料须要有防水措施的工棚）搭建；搅拌机械的设置场地等等一系列的准备工作。
搅拌机械的设置场地，透水混凝土的搅拌是采用小型卧式搅拌机。搅拌机最佳的设置方案是施工现场的中段，因透水混凝土是属干料性质的混凝土，其初凝快，为保证运输时间应尽量短。为防止混凝土粘污施工场地，搅拌机下部的一定范围需用防护板设防措施。
3）施工机械、推车、瓦工工具等必备的工具、立模用的木料或型钢等配备；水、电设施到位，生活用水、电以及施工用水、电。
4）施工前的技术准备：了解和分析工程项目特点、进度要求，了解施工的客观条件，根据设计要求，熟悉设计图纸，合理布置施工力量，制定出施工方案。
5）配合做基础土石方的土建队，在做地面基层的同时进行专用透水管道的铺设，透水管道除按图纸要求铺设外，必须与原道路排水系统相连接，成为道路排水系统的一部分。
2、施工：在准备工作充分的基础上，人员设备方可进场施工。
1）立模：
根据设计要求，首先要分层施工，基础层为14mm厚素色透水混凝土，须按设计要求进行分隔立模及区域立模工作，立模中须注意高度、垂直度、坡度等的问题。
2）搅拌：
搅拌器：根据工程量的大小，配置不同容量的机械搅拌器，机械搅拌器一定范围内的地面处，应设置防止水和物料散落的接料设备（如方型板式斗类），保护施工环境的卫生，减少施工后的清理工作。
 透水混凝土搅拌工艺流程：
透水混凝土不能采用人工搅拌，采用普通混凝土搅拌机械进行搅拌，搅拌时按物料的规定比例及投料顺序将物料投入搅拌机，先将胶结料和碎石搅拌约 30秒后，使其初步混合，再将规定量的水分2-3次加入继续进行搅拌约1.5-2分钟。

注意事项：
（1）施工现场须专人负责物料的配比。
（2）严格控制水灰比，即控制水的加入量，水在搅拌中分2-3次加入，不允许一次性加入。
（3）为使物料搅拌均匀，适当延长机械搅拌时间，但不宜过长。
3）运输
透水混凝土属干性混凝土料，其初凝快，一般根据气候条件控制混合物的运输时间，运输一般控制在10分钟以内，运输过程中不要停留，手推车必须平稳。
4）摊铺、浇筑成型：
透水混凝土属干性混凝土料，其初凝快，摊铺必须及时。对于人行道面，大面积施工采用分块隔仓方式进行摊铺物料，其松铺系数为1.1。将混合物均 匀摊铺在工作面上，用括尺找准平整度，然而平板振动器（厚度厚的用平板振动器）或人工捣实。捣实不宜采用高频振动器，最后用抹合拍平。
注意事项：
（1）松铺系数即为物料摊铺高度高于实际高度的比，按透水混凝土的干湿度，一般采用1.1-1.15之间。
（2）平板振动器振动时间不能过长，防止过于密实，可出现离析现象。
（3）摊铺时尽量快和正确。
（4）因透水混凝土其孔隙率大，水份散失快，当天气温高于35℃时，施工时间应宜避开中午，适合在早晚进行施工。
（5）由于是分层施工，为了更好保证下层和上层的黏结强度，最好在素色层未完全干燥前做彩色层施工易是最佳。
5）养生：
透水混凝土与水泥混凝土属性类似，因此铺摊结束后，经检验标高、平整度均达到要求后。当气温较高时，为减少水分的蒸发，宜立即覆盖塑料薄膜，以保持水分。也可采用洒水养生，所有养生期不得少于7d，使其在养护期内强度遂渐地提高。 洒水养生，透水混凝土在浇注后1天开始洒水养护，高温时在8小时后开始养护，但淋水时不宜用压力水直接冲淋混凝土表面，应直接从上往下淋水。透水混凝土湿养时间不少于7天。 养生时间应根据施工温度而定，一般养生期为14—21天，高温时不少于14天，低温时不少于21天，5℃以下施工，养生期不少于28天。
4、涂覆透明封闭剂：
待表面混凝土成型干燥后在3天左右(透水混凝土水分低于6%)，涂刷透明封闭剂＞40%，增强耐久性和美观性。防止时间过会使透水混凝土孔隙受污而堵塞孔隙。