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2 0 1 3 年 8 月第 8 期 城 市道桥 与防洪 道路交通 5 5 透水性混凝土路面性能综述 刘 丹 丹 ( 贵州省城乡规划设计研究院， 贵州贵阳 5 5 00) 摘 要： 该文以透水性混凝土的强度性能与透水性能为探讨对象 ， 着重介绍了集料性能、 水灰比、 灰集比及孔隙率等因素对这两 大性能的影响， 可供同行参考。 关键词： 透水性能混凝土路面； 强度 ； 透水性； 影响因素 中图 分类 号 ： U 4 1 6 2 1 6 文 献标 识码 ： E 文章 编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3) 0 8 005 5 一 o 4 0前言 透 水性 混凝 土是 由特 定级 配 的骨料 、水 泥 、 水 、外加剂和掺合料等按特定 比例经特殊工艺制 成的具有连续孔隙的多孔混凝土，是一种新型生 态环保型建筑材料。 在 目前全球变暖，极端气候出现频率逐渐频 繁的大背景下，透水混凝土在城市中的应用能够 有效保护节 约水资源 、 缓 解城市“ 热岛效应 ” 、 并且 起到吸声降噪的作用，因而具有广泛的应用前景 和研究价值。欧美、 日韩等一些发达国家对透水混 凝土的研究与开发较早， 在道路工程、 园林工程和 环境工程 等多个 领域 已经得到应用并且 取得 了 良 好 的环境 和生态效果 。 1 研究的目的和意义 随着 中国城市化进 程的不断推进 ，城市规模 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 5 1 0 作者简介： 刘丹丹( 1 9 8 0 一 ) ， 女， 江苏人， 工程师， 从事市政道 路工程设计工作。 不断扩大 ， 城市建设水平、 现代化程度不断提高 ， 但与此同时人 口剧增 、 资源锐减 、 环境污染 、 生态 失衡等问题也越来越严重地显现出来。 城市的建设使得原有的有植被覆盖的土壤和 空旷的荒地等天然地表不断被建筑物及水泥、 沥 青 、 砖石等非透水性硬化地面取代 ， 从而改变了自 然地表层的天然可渗透属性。 在城 市建设 中 ，我 国的大多数城 市路 面基本 上都选择石板 材 、混凝 土或水 泥砖 等硬化材料铺 设 ， 硬化路面虽然整齐耐用， 但自然降水对地下水 的补充完全被阻断，在依赖地下水作为饮用水源 的城市 ， 会使下降的地下水位难以回升， 逐渐形成 地质学上的“ 漏斗型” 地下水位， 引发地面下降； 同 时不透水地面铺装降雨时雨水是先通过地面的排 水坡度或地表明沟排人下水道 ，雨水在进入下水 道前要经过较长距离的地表径流才能进入城市地 下排水系统 。该过程使最初相对清 洁的雨水溶 人 大量 的城市地表污染物 ，这种径流过程 中产生 的 二次污染 ，通过城市排水系统进入周 围地表 自然 水体 ， 加重了 自然水体的污染 。 缝是不经济的、 不现实的， 所有的防治措施只是尽 量 推迟产 生早期 裂缝 的时 间和一旦 产生 裂缝后 ， 如何减缓 其 向上面层发展 的速度 ，从 而达到延长 其使用寿命的目的。 ( 5 ) 加 铺罩 面前 ， 处治原 水泥 路面很 重要 ， 板 底脱空能否准确判断及有效地处理是关键 。 ( 6 ) 为了有效地改造旧水泥路面， 改善路面使 用品质 ， 应从提 高面层 、 夹层性能 ， 处治好 旧板块 、 基层等多方面考虑改造方案。 总之， 旧路面的损坏状况很复杂 ， 变异性大 ， 路面结构、 材料及强度也不尽相同， 使得加铺层设 计需考虑的影响变量多，设计参数也难以正确确 定。但是， 沥青加铺罩面设计中应考虑的主要因素 应该是旧路面典型病害状况、结构强度和反射裂 缝的防治。对于同一路段， 用不同的计算方法所得 厚度不尽相同。设计时应采用不同的方法计算， 对 各种结果进行分析比较 ， 并结合实践经验确定加 铺层的最终厚度。黄河东路、 人民路和长江路加铺 罩 面工 程 的实 施不 仅有 效地 提 高 了路 面使 用性 能 ，也为公路水泥路 面改造工程后续研究与开展 提供了宝贵经验和现实依据。 参考文献 【 1 J ，I G D 4 0 2 0 0 2 ， 公路水泥混凝土路面设计规范 s 【 2 】 I ，I G H 2 0 2 0 0 7 ， 公路技术状况评定标准【 s 【 3 】 杨斌 旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构研究【 D 】 西安 ： 长安大 学 ， 2 0 0 5 【 4 】 李善强 玻纤格栅在沥青路面加铺层防裂中的应用研究 D 西 安 ： 长安 大学 ， 2 0 0 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 道路交通 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 同时， 由于城市雨水完全依赖市政管网排除 ， 而我 国许多城市的排水设施 的建设 滞后于城市发 展 ， 因此在市政管 网排泄不 畅、 雨天不能及时排水 的情况下， 会造成路面积水 ， 使雨天行车产生“ 漂 滑” 、 “ 飞溅” 、 “ 眩光” 等现象， 给行人出行和车辆行 驶带来不便 ； 并且在雨量较大 的情 况下 ， 雨水 的汇 集将在城市低洼地带形成内涝，对市民生活等造 成极大影 响。此种情况在近年来 我 国各大城市 已 经屡见不鲜 。 此外 ， 由于硬化路面吸收、 储存并反射太阳的 热量 ， 使地面平均温度升高 ， 是促使城市“ 热岛效 应”形成的因素之一。相对于传统的路面硬化铺 装 ， 透水铺装的优点主要有 以下几个方 面： ( 1 ) 透水性铺装地面能够使雨水迅速渗入地表， 还原成地下水 ， 使地下水资源得到及 时的补充。并 且能够有效地减轻降雨季节道路排水系统的负 担。 ( 2 ) 透水性混凝土路面不仅可以吸收表面的水 分， 由于表面空隙较大， 可以有效吸收车辆行驶时 产生的噪音， 降低城市交通的噪声污染。 ( 3 ) 透水性硬化地面由于自身一系列与外部空 气及下 部透水垫层相连通 的多孔构造 ，在 降雨过 后 ， 透水性地面下垫层土壤中丰富的毛细水通过 自 然蒸发和太阳辐射作用下的蒸腾作用使地表的温 度降低， 从而能够有效地缓解城市的“ 热岛现象” 。 我国目前对透水性混凝土材料的研究还没有 形成完整的理论体系， 与国外相比差距很大 ， 在混 凝土性 能检测指标 和正式标准规范上 还没有形成 统一的标准。开展透水混凝土的研究对保护节约 水资源，改善城市环境和维护生态平衡等都具有 重大的现实意义 。 本文主要就透水性混凝 土的强度性能 、透水 性能 ，以及试验方法 等方面的研究 及工程实 际应 用实例进行总结 ， 以此 ， 为今后相关工程应用提供 参考。 2 国内外透水混凝土研究与应用的现状 2 1 国外研究应用概况 透水混凝土的应用始于一百多年前 ， 据 v M M a l h o n r a 记载： 1 8 5 2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 。 以透水混凝土为代表的各种透水工程材料，在 欧美 日等发达国家得到广泛推广应用。早在 2 0 世 纪 7 0 年代， 发达国家先后开始研究排水性沥青混 凝土路面 ( D r a in a g e A s p h a l t P a v e m e n t 简称 D A P ) 技 术 。继而对 以透水 昆凝土为代表 的各种 透水工程 材料进行 系统开发应用研究 。美 国环境 保护署大 力向北美地区推广使用这一技术，特别是暴雨频发 的地方 。 德 国从 2 0世纪 8 0年代起就致力于不透水路 面的改造 ， 其 目标是到 2 0 1 0年， 把全 国城市 9 0 的 路面改造为透水路面 。 日本为 了解决 因抽取地下水 而引起地基下沉 等问题， 在 2 0世纪 7 0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 。1 9 8 7年大阪近畿大学 土木工程 系 教授玉井元治在胶结材中掺用了高分子树脂和微 细骨料来制备透水性混凝土并申请了专利。 目前， 日 本在配合 比设计 、 施工 、 养护 、 管理等 方面 已形成 国家级的标准规 范 ，正在大力地推广 应用。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， 开展了一系列推广工作， D A P技术得到广 泛应用。目前， 日 本全国各种车用道路( 包括高速公 路) 、 步行道、 建筑物外部各种广场、 体育设施场地、 公园和公共绿地等都广泛采用透水工程材料铺 装。从 2 0 0 1 年至今凡是新的市政建设项目和改造 翻修项目全都采用透水工程材料。 2 2 国内研究应用概况 透水混凝 土的研究在我 国起步虽 晚 ，但 也进 行了一些开创性的研究。 1 9 9 5年， 中国建筑材料科 学研究院率先在国内成功研制出透水混凝土， 随 后 ， 清华大学的杨静等人在试验中还加人了 6 硅 粉、 增强剂等矿物细掺料和外加剂 ， 以改进其微观 结构 ，提高水泥黏结剂黏结强度。使透水混凝土 2 8 d抗压强度可达 5 0 MP a ， 抗折强度达 6 M P a 。 其 渗透性、 抗磨损、 耐久性也非常好。此外 ， 中南大学 的陈瑜 、长安大学的郑木莲 等人 分别从矿物掺合 料和外加剂的作用效 果 、透水混 凝土 的强度发展 关系 、 弹性模量 的测试方法 、 透水混凝土 的最佳 配 制条件等方面进行了大量深入的研究 ，为改善透 水混凝土的力学性能发挥了重要作用。在其应用 方面 ：透水混凝土 已经在北京奥林匹克公 园和上 海世博园区等很多实际工程中得到应用 ，其优 良 的透水性能和质朴美观的视觉效果 ，使之成为工 程应用领域 中的一个亮点 ，并推动 了透水 混凝土 在我 国研究及应用的热潮 。 3 透水混凝土使用性能的研究 透水性混凝土及其制品以良好的透水性和生 态环保功能被广泛应用于路面和市政工程。作为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 城 市道桥 与 防洪 道路交通 5 7 具 有承载能力 的路 面制 品 ，透水性混凝 土是 由特 殊级配 的集料 ， 水 泥 ， 外加 剂 ， 增 强剂 和水按一 定 比例和特定工艺 配制 而成 的 ， 由于集 料级配特殊 ， 形成 了蜂窝状结构 ，有 助于提高透水性混凝 土的 透水性 ， 但 同时亦对混凝土 的强度产生 不 良影响 。 透水 混凝土 的强度相对 于普通 混凝 土较弱 。因此 强度是 衡量透水混凝土使用性 能的一 个极为重要 的技术性能指标 。 国内外 的研 究学者也 针对此 问题做 了大量 的 研究工作 。 本文 以透水 混凝土 的两大主要 性能 强 度和透水性 为研究对象，系统地研究 了集料性能 、 水灰 比、灰集 比及孔 隙率等 因素对这两 大性能 的 影 响。 3 1 集料的影响 东南大学的霍亮 等人的研究指出： 在规定 目 标 空隙率 的条件下 ，随着较小粒径 集料 比例 的增 加 ，透水性混凝土 的抗折 、抗压 强度成增长 的趋 势 。当完全是 小粒径集料时 ， 透水性混凝土的强度 达到最大。 但在相同孔隙率下， 随着集料粒径的减 小 ， 透水系数呈下降的趋势。 张朝辉 7 j 等人 的试验表 明 ： 在胶结 材料及集料 粒径相同的条件下，集料强度越高， 透水混凝土的强 度则越高， 这是因为集料强度越高， 试件在受压 时所 起的骨架作用越明显， 若集料强度不高， 即使胶结材 料强度很 高， 透水混凝土强度也不会显著增加 。而 不 同强度等级的集料对透水 系数基本 没有影响。 集料对透水性 混凝土强度 的影响 ，不仅在 于 集 料 的级配 ， 集料 的含泥 量 ， 针 片状颗粒 的含量 ， 以及 颗粒 的形状 都 对透 水 性混 凝 土 的强 度 有影 响。 对集料进行预处理， 用清水清洗， 筛选集料。 这 些 工序对透水性混凝土路 面材料 的强度提高都有 一 定益处 。 3 2 水灰 比的影响 水灰 比既影 响混凝 土的强度 ，又 影响其 透水 性。透水混凝土的水灰比一般随着水泥用量的增 加而减少，但只是在一个较小的范围内波动。对确 定 的某一级配骨料 的水 泥用量，有一最佳水 灰 比， 此时透水混凝土才会具有 最大的抗压强度 。 一 般 透 水混 凝土 的水灰 比介 于 0 2 5 0 4 0之 间，在实际工作中常常根据经验来判定水灰比是否 合适。取一些拌合好的拌合物进行观察， 如果水泥 浆在骨料颗粒表面包裹均匀，没有水泥浆下滴现 象， 而且颗粒有类似金属的光泽， 则说 明水灰比较 为合适。 如水灰比过小， 透水混凝土会因干硬而搅拌不 均匀、 集料表面包裹不完全， 降低集料颗粒间的黏 结， 从而 影响强度 的提高， 同时水泥在 水灰 比较低 时易于结 团而堵塞孔 隙， 影 响孔隙 的连通 性， 造成 在水灰比较低时透水系数也较低。反之， 如果水灰 比过大， 成型时水泥浆在振动外力及 自身重力的作 用下会从集料表面滑落， 从而将透水混凝土中的部 分孔隙封堵，尤其是在试件底部很容易形成致密的 水 泥浆 层， 导致 透水混凝 土浆体分 布不均匀 ， 不仅 影响孔的连通性，也降低了其强度。 3 3 灰集 比的影响 多孔透水混凝土 的抗压 强度 主要 由粗骨料之 间的咬合摩擦力，以及骨料与水泥浆体的粘结强 度决定。水泥浆体的抗压强度主要由水灰比决定， 在一定水灰比下，水泥用量的增大使得界面厚度增 大，粘结面积 ， 以及粘结点的数量增加， 从而提高了 它的抗压强度 。另外， 随着水泥用量 的增大， 骨料颗 粒之间的粘结状况可能会发生变化， 由原来通过水 泥浆体 的点接触粘结发展为通过水泥浆体 的面接 触粘结，从而使得多孔透水混凝土的抗压强度增 加 。随着水泥用量的增大， 粗 骨料之间原来连通 的 孔隙会逐渐减小变得不连通， 整个骨架透水的通道 减少而使其透水系数降低 。又因水 泥浆体 的流变 性 比较大， 水泥用量的增大将使其更趋于采用填充 骨料之 间空隙 的方式来构成结构， 因此使得 多孔透 水混凝土的空隙率及透水系数显著下降。 3 4 孔隙率的影响 透水 性混凝土因其透水性 能要 保证一定 的孔 隙率 。在透水性混凝土中孔 隙共有三种 ， 一种是完 全封 闭的孔 ； 另一种是开 口但不连续 的孑 L ， 人们 称 其为“ 布袋型” 孔 ； 最后一种孔是贯穿试件上下表 面 ， 连续 的孔 ， 这种孔的存在是透水 性混凝 土透水 能力 的保证 ，也是透水性混凝土强度低 于普通混 凝土 的主要原 因之一 。如何既保证透水能力又不 使强度偏低 ， 孔隙率的选择和控制是十分关键的。 北方工业大学付培江5 的试验取 8 、 1 5 、 2 5 三种不同孔隙率的透水混凝土，测试每种孔隙率 的抗压强度与抗折强度 、 劈裂强度 之间的相关性 。 统计数据表明， 随着孔隙率增大其抗压强度、 抗折 强度和劈裂强度随之降低。抗压强度值随着孔隙 率下降的速率较大，抗折强度和劈裂强度随着孔 隙率下降的速率较接近，并且明显小于抗压强度 的下 降速率。 根据霍亮1等人的试验， 在进行配合 比设计时 可以根据设计强度确定透水性混凝土最适宜的目 标孔隙率。根据试验结果 ， 既能满足强度要求 ， 又 可以保证透水能力的最佳孔隙率值为 1 7 6 ， 可 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 道路交通 城 市道桥与 防洪 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 以确定透水性混凝土路面材料的最佳孔隙率范围 为 1 5 1 8 。 3 5 密实方法影响 此外 ， 透水混凝 土的力学性能还受成型方 式 、 压力大小 、 养护方法 的影 响。霍亮【 l 】通 过试验对静 压法和振动法做 了对 比，指 出在相 同配合 比和养 护条件下 ，振动成型试件的透水系数明显低于静 压成型试件 的透水系数 ，试验结果对 比中 2 8 d抗 压强度两者都达到 了要求 ，但静压成 型的试件 强 度较高，因为静压成型的试件水泥浆体分布均匀 结构稳定 ， 而振动成型的浆体分布不均造成面层浆 体过少导致了强度降低。在实测孔隙率方面， 二者 的差别不大， 观察试件外观静压成型 的试 件孔 隙分 布均匀， 浆体包裹均匀。 试验条件下压力 3 M P a 、 恒 压 9 0 s ， 静压成型的透水混凝 土试件 性能较优越 ， 满足强度和孔隙率要求。 4 结语 由于透水混凝土独特优 良的使用 性能 ，以及 其绿色环保的特性 ， 在欧美、 日韩等一些发达国家 已经形成了成套 的理论 ， 得到了广泛 的应用。由于 我国对透水混凝土的研究起步比较晚，关于透水 混凝土的理论研究与应用工作有待完善，许多机 理还有待阐明，因此在今后的研究工作中还需要 对以下几个方面的问题加以研究 ： ( 1 ) 对透水混凝土材料 的进行配合 比制备方法 的试验 研究 ，进一步解释其使 用性能及物理力学 性能 ， 以提高透水混凝 土抗压 ， 抗折强度及抗 疲劳 性能。 ( 2 ) 透水混凝土路面在使用过程中， 透水孔隙 易被灰尘 、 杂物等堵塞， 透水功能失效， 目前 日本 是采用高压水枪清洗的方法使其透水功能恢复； 透 水路面在我国要得到广泛应用的使用还需进一步 找出简易可行的的解决办法来保持其透水功能。 ( 3 ) 制定有关透水混凝土配合比设计 、 施工、 养护 、 管理等方面 的国家级规范标准 ， 以便在全 国 范 围内推广应用 。 ( 4 ) 对透水混凝土在透气、 透水、 吸声降噪、 净 化水体等方面的生态环保指标进行现场试验研 究 ， 以拓展其在生态环保领域的应用。 参 考文献 【 1 霍亮 透水性混凝土路面材料的制备及性能研究 D 南京 ： 东南 大学 ， 2 0 0 4 2 】 王涛 透水型 + 半柔性复合路面结构开发研究? 【 D 】 重庆 ： 重庆 交通 大学 ， 2 0 0 9 【 3 】 郑晓卫城市道路保水降温路面材料的开发与研究【 D 】 重庆 ： 重 庆 交通大学 ， 2 0 0 9 【 4 尧平凡人工湿地基质模块化工艺研究【 D 南京： 东南大学， 2 0 0 8 5 付培江 透水混凝土强度相关性试验研究 D 1 北方工业大学， 2 0 0 9 【 6 】 张力_ 张林 让城市自由呼吸关于透水混凝土用于城市生态 道路铺装的探讨 J 中国建材科技 ， 2 0 0 9 ， ( 0 3 ) 【 7 】 张朝辉， 王沁芳， 杨娟 透水混凝土强度和透水性影响因素研究 J 】 混凝 土 ， 2 0 0 8 ， ( 3 ) ( 上接第 5 1页) 度变化 的热胀冷缩 以及外力 冲击的要求 。 2 试验路段使用观察 为了验证奥米无机纤维沥青混合料在新农至 西 中岛公 路 ( 交流岛至通水 沟 )工程 中的应用情 况 ， 特在该工程 中选 出道路桩号 K 3 + 9 6 0K 4 + 4 6 0 作为试验路段 ，采用奥米无机纤 维沥青混合料铺 筑。经过一个冰冻期后进行观察， 发现试验路段无 剥落现象 ，且整体感觉稳定 密实 ，基本无裂缝 出 现， 而两侧的普通沥青混合料路段 ， 有轻微剥落现 象， 且局部出现轻微裂缝。奥米无机纤维使混合料 物质的刚性变强， 试件不容易发生变形 ， 具有较高 的规整性及纤维对基本材料裂纹扩展的阻滞作用 等。 这充分证实了奥米无机纤维的水稳定性能、 低 温拉伸性能及高温稳定性。 3 结语 。 在沥青混合料中加入适量的奥米无机纤维 ， 能提高沥青路面的水稳定性、低温拉伸性能及高 温稳定性 ， 能够改善沥青 的弹性 、 刚性 、 密实度 、 韧 性及抗剥落能力， 使得车辆行驶更为舒适， 稳定性 有显著提高，并可以延长沥青混凝土路面的使用 寿命，对于冻土地区公路建设工程有 良好的使用 价值 。 参考 文献 【 1 】 J T G F 4 0 2 0 0 4， 公 路沥青路 面施工技 术规范 s 】 【 2 】 J T G E 2 0 2 0 1 1 ， 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 s 】 3 3 虎东霞 ， 马磊， 张毅 ， 等 纤维沥青混合料在多年冻土地区的应 用f J 】 _ 公路， 2 0 0 7 ( 7 ) ： 8 O 一 8 4 【 4 】 陈华鑫， 张争奇， 胡长顺 纤维沥青 昆 合料低温抗裂性能【 J 华南 理工 大学学报 ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 4 ) ： 8 2 8 6 【 5 彭波， 关宁锋， 苟国涛 纤维沥青混合料特性的试验研究 J 】 中外 公路 ， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 1 ) ： 1 2 8 1 3 0 6 】 陈华鑫， 李宁利， 胡长顺 ， 等 纤维沥青混合料路用性能 J 长安 大学学报， 2 0 0 4 ， 2 4 ( 2 ) ： 1 6 【 7 】 王文杰 纤维沥青混合料低温抗裂性能的研究 J 】 石油沥青， 2 0 0 6 ， 2 O ( 4 ) ： 1 3 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m