无砂透水混凝土在市政工程中的应用

　　【摘要】：无砂透水混凝土具有与普通混凝土所不同的特点:容重小、水的毛细现象不显著、透水性大，水泥用量小、施工简单等，因此这种新型的建筑材料的优越性不断为人所知，并在道路领域逐渐得到应用。
　　【关键词】：无砂；透水混凝土；市政工程
　　1.引言
　　透水混凝土的特点是采用单粒极粗骨料作为骨架，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，形成骨架――孔隙结构的多孔混凝土材料，由于集料级配特殊，形成了蜂窝状结构，或称为米花糖结构。透水混凝土是粗骨料颗粒间通过硬化的水泥浆薄层胶结而成的多孔堆聚结构，内部含有较多的孔隙，且多为直径超过1mm的大孔，因此具有良好的透水性，但同时强度比普通混凝土低。另外，由于原料的特性，透水混凝土制品的表面都相当粗糙。
　　2.透水混凝土的优点
　　2.1当集中降雨时能减轻城市排水设施的负担，防止河流泛滥和水体污染。
　　2.2能使雨水迅速渗入地下，还原地下水，保持土壤湿度。
　　2.3防止路面积水，夜间不反光，增加路面安全性和通行舒适性。
　　2.4调节城市空间的温度和湿度，改善城市热循环，缓解热岛效应。
　　2.5大孔隙率能降低车辆行驶时的路面噪音，创造舒适的交通环境。
　　2.6大量的空隙能吸附城市污染物（如粉尘），减少扬尘污染。
　　2.7易于维护，空隙不会破损、不易堵塞。
　　3.无砂透水混凝土的配置
　　利用数理统计所提出的正交试验方法,对透水砖的配比及性能的试验方案进行研究,找出强度、透水性与配比关系。目前透水性混凝土的最佳水灰比通常介于0．25～0．35之间。
　　3.1原材料
　　水泥:普通硅酸盐水泥,强度等级为42．5。
　　骨料:采用人工碎石,粒径选用2．5～5．0mm,5．0～10．0mm,5．0～15．0mm的单一粒级。
　　拌合及养护用水:自来水。
　　3.2试验方法
　　将碎石、粉体粘结剂装入搅拌机，搅拌30s，再加入水泥、防冻剂，边加水边搅拌，搅拌2min～4min后出料。将混合料装入试模中，分层插捣成型试件。标准条件下养护7d后，改为自然养护，至28d时测其抗压强度、抗折强度、透水系数和孔隙率。成型方法、养护条件和骨料的形状会对无砂混凝土的强度、透水系数和孔隙率产生很大的影响。
　　3.2.1试块制备
　　每组制备5个试件,每个试件一次加压成型,成型压力为2MPa。成型后表面覆盖塑料薄膜以防止水分散失,经24h后,拆模放入标准养护室养护28d。本次试件为250mm×250mm×60mm长方体(用于抗压强度测试)和直径100mm、高度200mm的圆柱体(用于透水系数测试)两种。
　　3.2.2抗压强度测试
　　参照规范《混凝土路面砖》JC/T446—2000测定试件的抗压强度,受压面积120mm×60mm,加载速率为0．3～0．5MPa/s,取5个试件的平均值。按我国道路场地设计规范,本研究的透水性混凝土路面砖标准块规格尺寸的边长/厚度=4117<5,所以不必考虑抗折强度。
　　3.2.3透水系数测试
　　目前,我国对透水性混凝土透水系数的测试主要有两种方法。
　　一种是日本混凝土协会提出的“多孔混凝土性能试验方法草案”。这种方法主要参考《土壤透水性试验》,试验时采用定水头的方法。根据达西定律测量混凝土的透水系数。试验时从透水套筒的上部注入水,水通过试件进入外套筒,最后从溢水口流出。在持续加水的情况下,当加入的水量与溢出的水量取得平衡时,用量筒计量通过混凝土的出水量,同时计量出水的时间,然后计算透水系数K1
　　K1=QL/(AH△t)
　　式中K1———透水性混凝土的透水系数,mm/s;
　　Q———测试时间段△t内透过混凝土的水量,mm3;
　　L———透水性混凝土试件的高度,mm;
　　A———透水性混凝土试件的面积,mm2;
　　H———水头,mm;
　　△t———测试时间,s。
　　另一种方法是采用变水头的方法,即从一定的水头高度开始,以渗流速度V表示透水性混凝土的透水系数。试验时,在透水套筒内注入一定高度的水,水通过混凝土试件从试件的下表面流出,通过测试试件表面水位下降一定高度所需的时间,计算透水系数K2:
　　K2=h/△t
　　式中K2———透水性混凝土的透水系数。mm/s;
　　H———水位变化高度,mm;
　　△t———测试时间,s。
　　3.2.4孔隙率和连通孔隙率测试
　　首先用卡尺测量并计算试件的外观体积V1;将试件浸泡在水中使其饱和后,称取试件在水中的重量W1;将试件从水中取出,控干内部吸入的水并擦干表面多余的水,待重量恒定后称取试件在空气中的重量W2;然后将试件在20℃±2℃、相对湿度60%的条件下自然放置24h,称取试件在空气中的重量W3;则透水性混凝土的总孔隙率P1和连通孔隙率P2分别为：
　　P1=[1-(W3-W1)/V1]×100%
　　P2=[1-(W2-W1)/V1]×100%
　　4.无砂混凝土施工
　　4.1将碎石、粉体粘结剂装入搅拌机，搅拌30s，再加入水泥、边加水边搅拌，搅拌2min～4min后出料。
　　4.2工艺流程
　　基层整平→铺设垫层→铺设砂滤层→支模板→预设膨胀缝→浇筑基层混凝土→铺设面层→覆膜养护
　　4.3施工方法
　　4.3.1地基整平：严格核对标高，检验基础平整情况。对平整后的基础碾压密实，压实后环刀取样检验地基质量，密实系数≥0.93；
　　4.3.2铺设垫层：按照施工图要求铺设级配碎石或砂卵石垫层，所须厚度随承载要求而不同，根据厚度采用机械或机具碾压密实，压实系数按设计要求；
　　4.3.3铺设砂滤层：在垫层上铺设3mm厚中、粗砂滤层找平，适量洒水并压路机或平板振捣器碾压振捣密实；
　　4.3.4支模板：按标高和图案设计要求支设模板，模板须保证强度要求和设计图案线条要求，且模板上边缘标高须与透水混凝土面层顶面标高一致；
　　4.3.5预设膨胀缝：当透水混凝土边长大于6m时或施工面与其它材料相接处，应预设膨胀材料(在低于设计标高55mm处粘贴5mmn厚5Ommn宽的泡沫条)；
　　4.3.6严格按设计要求的强度配比拌制透水混凝土。外加剂及颜料应用电子称，搅拌时间控制在3mmn为宜)；
　　4.3.7浇筑透水混凝土：用混凝土摊铺机或平板振捣器振捣密实。面层必须与基层同步浇筑。间隔时间不得超过2小时，且基层混凝土在间隔期内应覆膜保水。面层混凝土用摩擦振动整平机振捣密实，孔隙较大部位用人工找平压实。第一次浇筑完成后应与样块进行色彩对比，合格后方可继续施工。由于为干硬性混凝土，宜在夜间施工，避免水分损失较大；
　　4.3.8表面露骨料预处理：当面层为露骨料透水混凝土时，应在摊铺结束半小时内采用表面处理剂做预处理，随即覆膜养护。预处理后6-8小时(根据养护温度和湿度等因素确定)做表面加工，实现露骨料效果，然后继续覆膜养护；
　　4.3.9覆膜、养护：面层混凝土摊铺完成后方应进行覆膜并结合浇水养护。养护应在混凝土成型3Ommn后进行，养护时间宜为7d；
　　5.结束语
　　透水混凝土之所以渗水透气，在于其“沙其玛”般的截面结构，水气通过孔隙渗透。透水混凝土通过胶结料拌合，混凝土颗粒饱和粘结，留有蜂窝样的孔隙，下雨时雨水渗下去，晴天时土壤中水气“跑”上来，地表与空气形成热量与水分交换，可降低地表温度，增加湿度，调节气候。这样就避免了封闭性混凝土施工造成的地下水位下降、热岛效应等“城市病”。
　　参考文献:
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