浙江建筑，第３４卷，第１期，２０１７年２月 Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏ１．３４，Ｎｏ．１，Ｆｅｂ．２０１７ 透水混凝土路面透水性能的影响因素研究 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ Ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｐａｖｅｍｅｎｔ 姜成，赵金辉，吴梦珂，孙瑶 ＪＩＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ，ＺＨＡＯ Ｊｉｎｈｕｉ， Ｍｅｎｇｋｅ，ＳＵＮ Ｙａｏ （南京工业大学城市建设学院，江苏南京２１ １８１６） 摘要：研究了骨料粒径及级配、孔隙率、堵塞物质类别及粒径对透水混凝土（Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＰＣ）透水性能的影响。结果表 明：ＰＣ的透水性能随骨料粒径与级配的改变而改变，４．７５—９．５０ ｍｍ单级配骨料的ＰＣ综合性能最好，连续级配的ＰＣ力学性能和透 水性能变化相反。透水系数随着孔隙率的增大而增大，两者呈幂函数关系。０．３—０．６ ｍｍ刚性砂砾对ＰＣ透水性能影响最大，０— ２．３６ ｍｍ范围全粒径级配的砂砾会在ＰＣ表面形成密实的堵塞层，使透水性能急剧下降；处于多粉尘和油污环境中的透水混凝土路面 （Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ，ＰＣＰ）透水性能衰减较快，需及时清理才能保持合适的透水性能。 关键词：透水混凝土；透永性能；骨料级配；孔隙率；堵塞物质 中图分类号：ＴＵ５２８．０１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８—３７０７（２０１７）Ｏｌ一００６１一Ｏ５ 透水混凝土（Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＰＣ）是由单一 骨料：南京汇森石料厂生产的花岗岩碎石，不同 级配的粗骨料、水泥、水和添加剂等经特殊工艺拌制 粒径的骨料技术性能见表１。 而成的含有众多贯通孔隙的混凝土 。近年来，随 表１骨料技术性能 着城市内涝灾害的频繁发生，ＰＣ这种生态环保型的 路面铺装材料越来越受到重视。与普通混凝土路面 相比，透水混凝土路面（Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅ— ｍｅｎｔ，ＰＣＰ）具有良好的透水、透气性能 ，因此它不 仅能缓解城市洪涝灾害，还具有补充地下水资源、调 节城市温湿度、增加行人舒适度等优点 。 目前国内对ＰＣ的制备工艺、配合比设计、力学 减水剂：上海臣启化工科技公司生产的聚羧酸 性能等方面进行了比较全面的研究 ，但对于不同 缓凝高性能减水剂，掺量为０．３％时减水率为２２％。 因素对ＰＣＰ透水性能的影响方面的研究还不够。 水：自来水。 本文研究骨料粒径及级配、孔隙率、堵塞物质类别及 １．２成型工艺及养护方法 粒径等因素对ＰＣＰ透水性能的影响。 搅拌采用集料表面包裹法 ，即先将全部骨料 １原材料及试验方法 和７０％的水加入强制式搅拌机中预先搅拌６０ ｓ，然 后加入５０％的水泥和所有减水剂，继续搅拌６０ ｓ， １．１ 原材料 最后将剩余的５０％水泥和３０％的水加人搅拌机搅 水泥：太仓海螺水泥有限责任公司生产的 拌１２０ Ｓ。试件采用压制法成型，将拌合物装入定制 Ｐ・０４２．５级普通硅酸盐水泥。 的静压成型模具中，用压力机施加压力，成型压力为 收稿日期：２０１６—０９—２３ 作者简介：姜成（１９９ｌ一），男，湖北黄冈人，硕士，研究方向为城市给水排水。 ６２ 浙江建筑 ２０１７年第３４卷 １．５ ＭＰａ，恒压时间为１０ ｓ。测试试件为直径１１０ ｍｍ、 ０．３，集灰比为３．７，分别用不同粒径的骨料单独拌 制透水混凝土，以及应用混料设计方法通过改变不 同粒径骨料的百分比来进行粒径的级配试验。 高１００ ｍｍ的圆柱体，试块与成型模具采用一体化 设计，即在后续试验中试块不用从模具中取出。试 件成型后带模标准养护２４ ｈ后拆模，然后继续在标 准养护室中养护２８ ｄ至测试龄期。 １．３研究内容 ２）孔隙率本试验采用体积法对ＰＣ试块进行 配合比设计，骨料粒径４．７５～９．５ ｍｍ，试验设计孔 隙率为１０％一３０％，共５组，通过调整集灰比和水 １．３．１影响因素 本试验考虑三种不同的影响因素，分别为： １）骨料粒径及级配 试验中固定水灰比为 灰比来制作出不同孑Ｌ隙率的试块；每组配比制作２ 个试块，集灰比相同，水灰比分别为０．２５和０．３０。 不同配合比的试块实测孔隙率及透水系数见表２。 表２ 孔隙率对透水混凝土透水性能影响试验配合比及结果 ３）堵塞物质类别及粒径试验中以目标孔隙 式（１）中： 为试块的体积； Ｐ水为水的密度。 率为２０％的ＰＣ试块为试验对象，其初始透水系数 为１６．１２ ｍｍ／ｓ。选取不同粒径的砂砾、黏土以及沾 染油污的泥沙来测试ＰＣ在被不同物质堵塞后透水 １．３．３透水系数测定 利用自制的透水仪（图１）采用“定水头法”测 性能的变化，其中干燥黏土与水以及干燥泥沙与废 弃机油以４：１的比例混合并拌合均匀，每次将堵塞 物质各取１ ｇ均匀涂抹在试块表面，并用橡胶锤轻 轻拍实后在自然环境中放置３ ｄ，连续ｌ０次，以模拟 定Ｐｃ试块的透水系数＂ 。在制作试块前，在模具 内侧面用玻璃胶每隔３０ ｍｍ划出一道圆圈（图２）， 以保证测试过程中水流不会从试块与模具接触面的 缝隙中流出而引起短流，提高测定结果的精确性。 ＰＣＰ在实际使用中的堵塞过程。养护结束后先测定 各试块的透水系数，再将试块放在水槽中用３ ＭＰａ 测试前先将试块浸水饱和，测试过程中透水仪中水 位取５０ ｍｍ，记录一定时间内烧杯中收集的水量，根 高压水枪冲洗堵塞面并称量统计各类堵塞物质的穿 透率。 １．３．２孑Ｌ隙率测定 ＰＣ中的孔隙主要有封闭孔隙、不连续孔隙和贯 据式（２）计算透水系数Ｋ（ｍｍ／ｓ），每个试块测定３ 次取平均值。 Ｋ： Ａ凡ｆ （２） 通孔隙三种，其中只有贯通孔隙是水的渗透通道，这 也称为Ｐｃ的有效孔隙率。本试验所测定的孔隙率 为贯通孔隙，其方法是先将试块在水中浸泡１ ｄ，并 称量试块浸水饱和状态下的质量为ｍ ，然后将试件 式（２）中：Ｑ为渗流量，ｍｍ ； 为试块的高度，ｍｍ； Ａ为试块横切面面积，ｍｍ ； ｈ为水头高度差，ｍｍ； ｔ为试验持续时间，ｓ。 烘干至恒重后测定其质量为ｒａ：，根据式（１）计算ＰＣ 试块的孔隙率尸。 Ｐ：『１一 Ｌ Ｖ・Ｐ水Ｊ二 １×１００％ （１） １．３．４抗压强度测定 Ｐｃ试块的抗压强度按照《普通混凝土力学性能 第１期 姜 成等：透水混凝土路面透水性能的影响因素研究 ６３ 实结构转变为疏松的骨架结构，孑Ｌ隙率和孑Ｌ径也随 之增大，水流通过的摩擦阻力和能量损失减小。从 试验结果中可看出透水系数和抗压强度是一对矛盾 的性能指标，综合这两个指标可得出，４．７５～９．５０ ｍｍ 的单级配ＰＣ性能最佳。 表３ 骨料粒径对透水混凝土透水性能的影响 图１ 自制透水仪 如表４所示。随着２．３６～４．７５ ｍｍ粒径骨料的 减少和４．７５～９．５０ ｍｍ粒径骨料的增多，ＰＣ的有效 孔隙率和透水系数逐渐升高，抗压强度逐渐降低。 结合表３可知，在２．３６～４．７５ ｍｍ粒径骨料占 ５ ４ 一ｓ／ｇｇ一、 、 ３ ２８０％、４．７５～９．５０ ｍｍ粒径骨料占２０％时，有效孔 隙率最小，抗压强度最高。这是因为在此骨料比例 下，小粒径骨料大部分密实地填充到了大粒径骨料 的孔隙中，ＰＣ达到了堆积最紧密的状态。当加入 ９．５０一ｌ６．００ ｍｍ的粗骨料后，ＰＣ抗压强度显著降 低，而透水性能则明显增强，主要原因是大粒径骨料 会形成较大的孔径，进一步减少了骨料间的咬合点 和水流与孑Ｌ壁的接触面积。 ２．２孔隙率对ＰＣ透水性能的影响 图３为实测孔隙率与透水系数之间的关系，从 图中可发现，两者呈现明显的幂函数关系，拟合后 ＰＣ的透水系数与孔隙率的关系式如下： ＝０ ４５ ９ ．０ ００５ ２Ｐ而． ，尺 ＝０＿９９３ ７ “ 】 一图２定制模具 试验方法标准（ＧＢ／Ｔ ５００８１—２００２）》进行，测定试 块２８ ｄ的抗压强度。 ２试验结果分析 ２．１ 骨料粒径及级配对ＰＣ透水性能的影响 由表３可见，ＰＣ的各项技术指标与骨料粒径关 系密切。大粒径配比的ＰＣ ２８ ｄ抗压强度下降的原 因主要是骨料粒径增大，骨料颗粒间的咬合点减少， 由此产生的咬合摩擦力及其与水泥浆体的粘结力减 小所致 ；而此时Ｐｃ的透水性能会显著增强，这是 因为骨料的粒径会直接影响到ＰＣ的孔隙率和孔 径；随着粗骨料粒径的增大，成型后的ＰＣ逐渐从密 ｌ２ ｌ ６ ２０ ２４ ２８ ３２ 实￣ＪＪ４Ｌ隙率Ｐｔ％ 图３ 孔隙率对透水性能影响 ＰＣ的透水系数随着有效孑Ｌ隙率的增大而增大， 这是因为水流在通过ＰＣ内部贯通孔隙时，会与孔 隙内壁及水流内部产生摩擦而消耗掉一部分能量， 浙江建筑 ２０１７年第３４卷 使水流速度逐渐降低 。孔隙率越小，贯通孔隙的 内径越小且迂回曲折，水流通过的路径就越长，消耗 的能量也会越多。随着有效孑Ｌ隙率的增加，贯通孔 隙的数量及内径都会增大，水流的实际过水断面面 积增加，大孑Ｌ径孔隙的相对粗糙度小于小孔径孔隙 的相对粗糙度，因此水流在渗透过程中受到的摩擦 阻力就越小，从而导致水流速度加快。 表４骨料级配对透水混凝土透水性能的影响 ２．３ 堵塞物质类别及粒径对ＰＣ透水性能的影响 流穿过孔隙。随着粒径的增大，砂砾会因孔径不规 ＰＣＰ建成后，地面交通、植被落叶和地表径流所 携带的泥沙会逐渐堵塞孔隙，致使ＰＣＰ的透水系数 则而堵塞堆积在孔隙中，使孑Ｌ隙过水断面面积减小， 透水系数也迅速降低，由图４可知０．３～０．６ ｍｍ粒 径砂砾对２０％目标孔隙率的ＰＣ透水性能影响最 大。当砂砾粒径大于０．６ ｍｍ后，水流不能再将砂 砾带到贯通孔隙的深处，大部分砂砾聚集在透水混 凝土表面，因大粒径砂砾与砂砾、砂砾与ＰＣ之间所 降低甚至丧失透水能力¨ 。对ＰＥＰ堵塞物质进行 取样筛选，发现刚性颗粒状的堵塞物质粒径绝大部 分在２．３６ ｍｍ以下，更大粒径的堵塞物质在日常路 面清洁维护时会被清理掉，小粒径的颗粒因镶嵌在 路面的孑Ｌ隙中难以被清除而残留下来，且粒径越小 渗入ＰＣ的深度越深¨ 。堵塞物质粒径及类别对 ＰＣ透水性能的影响试验结果见表５。 产生的孑Ｌ隙也较大，水流在通过ＰＣ表层后迅速下 渗，因此对透水性能影响较小。随着水流的流动， ０—２．３６ ｍｍ范围全粒径级配砂砾中大粒径砂砾会 从图４中可以看出，当堵塞物质为刚性的砂砾 时，随着砂砾粒径的增大，ＰＣ透水系数先减小后增 大。砂砾粒径小于０．０７５ ｍｍ时，因粒径太小且相 堵塞在ＰＣ表面孔隙中，使孔隙的孔径减小，之后更 小粒径的砂砾又会堵塞在新形成的小孔隙中，这样 孔隙的横截面进一步减小，粒径较小的砂砾不能再 随水流进入贯通孔隙深处，这样就会在ＰＣＰ表面形 成一定厚度的密实堵塞层，使透水系数急剧下降。 互之间没有粘结力，砂砾难以堵塞在贯通孔隙中，在 试块表面有一定水压的情况下，８６．６５％砂砾会随水 表５ 堵塞物质类别及粒径对透水混凝土透水性能的影响 黏土是含砂砾很少而有黏性的土壤，由于其具 有很强的可塑性，黏土在Ｐｃ表面被行人踩踏和车 辆碾压后会嵌入孔隙中，并且干燥后会阻碍水分通 过，当ＰＥＰ表面有积水时，水流只能透过黏土缓慢 粘贴在一起并形成油膜，水流极难透过，使透水性能 进一步降低。《透水水泥混凝土路面技术规程 （ｃＪＪ／Ｔ １３５－－２００９））规定，ＰＣＰ的透水系数应大于等于 ｏ．５ ｍｍ／８ 。可见，长期被黏土和带油污的泥沙堵 塞的ＰＣＰ透水性能会受到很大影响，必须及时清理 下渗。修车铺和餐饮区等特殊场所附近的泥沙往往 带有油污，这种泥沙进入孔隙中后会与孔隙壁紧密 才能保持合适的透水性能。 第１期 姜成等：透水混凝土路面透水性能的影响因素研究 ６５ 一∞．目Ⅲ】运赫 ＊霉ｆ ８ ５ ２ ９ ６ ３ Ｏ １００ ８０ ６Ｏ 褥 魁 ４０钛 ０ ； ｜ ３ 结 语 １）ＰＣ的透水性能和力学性能随骨料粒径与级 配的改变而改变。含８０％的２．３６—４．７５ ｎｌｍ骨料 和２０％的４．７５～９．５０ ｍｍ骨料连续级配的ＰＣ力学 性能最好但透水性能不佳；４．７５—９．５０ ｍｉｌｌ单粒径 的ＰＣ综合性能最好。 ２）孔隙率与透水性能关系密切。透水系数随着 孔隙率的增大而增大，两者呈现明显的幂函数关系。 ３）不同粒径及类别的堵塞物质对ＰＣ透水性能 影响不同。０．３—０．６ ｍｍ粒径的刚性砂砾对ＰＣＰ 透水性能影响最大，０—２．３６ ｍｉｉｌ范围全粒径级配的 砂砾会在ＰＣ形成密实的堵塞层，使透水系数急剧 下降；处于多粉尘和油污环境中的ＰＣＰ透水性能会 衰减得很快，需及时清理才能保持合适的透水性能。 参考文献 ［１］ 徐仁崇，桂苗苗，龚明子，等．不同成型方法对透水混 凝土性能的影响研究［Ｊ］．混凝土，２０１１（１１）：１２９— １３１． ［２］ 杨杨，程娟，郭向阳．关于透水混凝土的孔隙率与透 水系数关系的探讨［Ｊ］．混凝土与水泥制品，２００７ （４）：１—３． ［３］ Ｄｒａｋｅ Ｊ，Ｂｒａｄｆｏｒｄ Ａ，Ｓｅｔｅｒｓ Ｔ Ｖ．Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍ— ａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｐａｒｔｉａｌ—ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｐａｖｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ ｃｏｌｄ ｃｌｉｍａｔｅ ｏｖｅｒ ｌｏｗ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，１９（９）：１５９—１６９． ［４］ 蒋正武，孙振平，王培铭．若干因素对多孔透水混凝土 性能的影响［Ｊ］．建筑材料学报，２００５，８（５）：５１３— ５１９． ［５］ 张朝辉，王沁芳，杨娟．透水混凝土强度和透水性影响 ６ ・因素研究［Ｊ］．混凝土，２００８（３）：７—９． Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ Ｖ，Ｔｉｇｈｅ Ｓ Ｌ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｖｉｏｕｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｎｅｗａｌ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｔ ｉｆｅｌｄ ｓｉｔｅｓ ｉｎ Ｃａｎａｄａ［Ｊ］．Ｃａｎａｄｉａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉ－ ｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，３８（１２）：１４０４—１４１３． ［７］ 倪彤元，胡康虎，何锋．降雨条件下透水混凝土渗透 性能研究［Ｊ］．城市道桥与防洪，２０１１（１１）：１３７— １３８． ［８］ 张贤超．高性能透水混凝土配合比设计及其生命周期 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