透水混凝土應(yīng)用及病害防治
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［關(guān)鍵詞］透水混凝土；病害；開裂；骨料級(jí)配
1透水混凝土簡介
透水混凝土是由單一或不連續(xù)級(jí)配的粗骨料、水、水泥和適量外加劑拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土，它不含或者盡可能少含細(xì)骨料，由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，也可稱多孔混凝土、間斷級(jí)配混凝土、開放孔隙混凝土或過濾混凝土，是一種改善城市生態(tài)環(huán)境的環(huán)保型建筑材料。目前在城市中較多的用在城市廣場、停車場、園林工程中的輕荷載道路、人行道、樹池、步行街、居民小區(qū)內(nèi)等道路路面。
2透水混凝土材料的組成
2.1集料
碎石的性能指標(biāo)應(yīng)符合《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）中的二級(jí)要求。選用質(zhì)地堅(jiān)硬、耐久、潔凈的碎石料，粒徑按照設(shè)計(jì)需求一般選用2.4mm～4.75mm、4.75mm～9.5mm、9.5mm～13.2mm，應(yīng)根據(jù)透水混凝土設(shè)計(jì)的孔隙率、強(qiáng)度及透水系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后最終確定碎石粒徑。集料的選擇也要考慮透水混凝土使用功能要求，比如花崗巖集料較好的抗凍融性和較高的強(qiáng)度，因此溫度較低的北方城市透水混凝土集料首選花崗巖，盡量不選吸水性強(qiáng)的石灰?guī)r集料；在保證較大孔隙率的前提下，白云巖、花崗巖能夠更高的抗壓強(qiáng)度。而采用石灰?guī)r和礫石集料的混合料經(jīng)凍融循環(huán)容易破壞；如果集料的吸水性較好那么該集料的抗凍融性相對(duì)就會(huì)較差。
2.2水泥
水泥：水泥作為混合料的粘結(jié)層，對(duì)透水混凝土的質(zhì)量起至關(guān)重要的作用。一般采用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5級(jí)的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）。
2.3外加劑/改性劑
應(yīng)符合《混凝土外加劑》（GB8076-2008）的規(guī)定。在混合料中摻入適量的外加劑可改善膠結(jié)料的強(qiáng)度、耐久性、耐候性、初凝時(shí)間、坍落度等性能。外加劑的種類及摻量應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)和施工的需求確定。
2.4水
普通自來水即可用。一般末經(jīng)過濾的混濁的地下水或使用過的不潔水，不能利用，應(yīng)符合《混凝土拌合用水》（JGJ63-2006）的規(guī)定。
3透水混凝土地面排水方式及應(yīng)用
3.1透水混凝土地面排水方式
透水混凝土應(yīng)用的主要目是為了防止城市降雨期間的洪澇災(zāi)害，保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境并合理利用雨水資源，雨水通過透水地面下滲至土壤中或者通過透水地面下層設(shè)置的雨水收集系統(tǒng)進(jìn)行收集，常見的有以下幾種排水方式：3.1.1全部自然下滲。其表面的水通過透水混凝土面層自身和透水碎石基層結(jié)構(gòu)直接滲透至土壤中如下圖1所示?？梢匝a(bǔ)充城市地下水位、通過土壤自身凈化水質(zhì)、降低城市熱島效應(yīng)。最重要的功能是可防止城市在雨季時(shí)的洪澇災(zāi)害，也能夠使土壤中的水分通過透水混凝土地面（以下簡稱透水地面）自然蒸發(fā)出去，從而達(dá)到維護(hù)城市生態(tài)平衡的目的。3.1.2自然下滲與收集相結(jié)合。當(dāng)通過自然下滲無法滿足排水要求時(shí)，可在基層中設(shè)置雨水收集系統(tǒng)，通過自然下滲和雨水收集系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行排水。雨水通過埋設(shè)在基層中收集系統(tǒng)合理的排放到雨水管網(wǎng)中或?qū)τ晁M(jìn)行收集、凈化、存儲(chǔ)，待缺水季節(jié)再充分利用。該種排水方式主要應(yīng)用在雨水量較大的城市。3.1.3雨水全部收集。透水地面基層以下有市政管線、構(gòu)配件等不宜被雨水浸泡的構(gòu)筑物時(shí)，在透水混凝土底基層和土基層之間鋪設(shè)一層防滲膜并埋設(shè)排水管道，防滲膜可阻止雨水下滲至土基層，雨水通過防滲膜和排水管道排至市政雨水管道，或者通過埋設(shè)的排水管道將雨水進(jìn)行收集、凈化、存儲(chǔ)，待缺水季節(jié)再充分利用。
由于透水混凝土存在諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)中，其施工工藝流程也比較成熟，但在施工、使用及維護(hù)過程中如果處置不當(dāng)將會(huì)產(chǎn)生諸多的缺陷，因此我們要掌握常見的病害防治知識(shí)，提高其價(jià)值功能，使之更好的為城市建設(shè)服務(wù)。以下我們將對(duì)透水混凝土常見的病害及防治做簡要的分析和闡述。
4.1透水地面板底脫空
透水混凝土地面的土質(zhì)底基層和碎石基層由于考慮能夠具有更好的滲水效果，其壓實(shí)度一般較低，材料一般呈現(xiàn)顆粒狀態(tài)（中粗砂和單一級(jí)配碎石為主）。并且處于長期浸水狀態(tài)，土質(zhì)底基層經(jīng)過長期浸泡容易沉陷，碎石基層隨之下沉，最終導(dǎo)致出現(xiàn)板底脫空現(xiàn)象、面層沉陷及開裂等一系列問題，解決此類問題一般從以下幾方面考慮。（1）從設(shè)計(jì)階段考慮：對(duì)滲水性能不好土基層采用中粗砂進(jìn)行換填，提高基層壓實(shí)度等方式處理；或者改變透水地面的排水方式，將表面的水通過透水面層和碎石基層直接滲透至土壤中的滲水方式，改為碎石基層下鋪設(shè)防滲土工膜和雨水收集管，使雨水通過收集管匯入既有市政排水管道，防止雨水滲入土基層造成基層下沉。（2）從施工階段考慮：嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求施工，保證透水地面基層、過濾層、底基層的原材料合格，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度進(jìn)行壓實(shí)，保證各結(jié)構(gòu)層之間的壓實(shí)度合格。（3）由于透水地面板底脫空而導(dǎo)致地面沉陷和開裂的現(xiàn)象，要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，以防止透水地面進(jìn)一步破壞；如果情況嚴(yán)重需要拆除重建。
4.2透水面層開裂
導(dǎo)致透水混凝土開裂的因素較多，比如透水混凝土抗彎曲能力差、透水地面板底脫空、超荷載行車等。由于透水混凝土材料本身的脆性，抗彎曲變形能力較差，面層在受到外界較大荷載作用時(shí)，透水混凝土面層自身容易出現(xiàn)裂縫。正是由于透水混凝土自身的這種特性，目前透水材料多用于荷載較低的地面。解決此類問題主要有以下幾種方法：（1）適當(dāng)增加透水混凝土面板的厚度。這種方法簡單但是效果不明顯，尤其是抗彎曲能力提高有限，并且成本增加較多，所以一般很少用此種方法。（2）在透水砼級(jí)配中增加小粒徑骨料的比例，透水混凝土抗壓、抗彎強(qiáng)度均有一定程度增長，但是隨著小粒徑骨料的增加透水混凝土的孔隙率則將隨之降低，排水性能隨之下降?？箟簭?qiáng)度和孔隙率一般成反比關(guān)系，孔隙率越高抗壓強(qiáng)度則越小。要綜合考慮設(shè)計(jì)、施工以及后續(xù)的使用要求等因素，合理的選取集料的級(jí)配。在保證透水混凝土的孔隙率、透水系數(shù)、強(qiáng)度等級(jí)等各項(xiàng)性能指標(biāo)的同時(shí)適當(dāng)增加小粒徑集料的比例。（3）在透水混凝土中加入鋼筋網(wǎng)片、鋼纖維或者其他強(qiáng)度高并且耐腐蝕性好的材料，可提高透水混凝土抗彎曲能力，增強(qiáng)其韌性，防止透水混凝土脆性破壞。目前國內(nèi)已有在透水混凝土中加入聚丙烯仿鋼纖維（簡稱為PPTF）來增加其韌性和強(qiáng)度，具有很好的防開裂效果。
4.3透水混凝土堵孔
透水混凝土中存在的孔隙有三種形式：閉口孔隙、不連通的開口孔隙和連通貫穿的開口孔隙。真正起到排水作用的孔隙是連通貫穿的開口孔隙，雨水通過連通貫穿的開口孔隙滲入基層和底基層中。堵孔主要是指透水混凝土中連通貫穿的開口孔隙被部分或全部封堵而影響其透水功能。施工階段造成堵孔主要有以下幾種原因。（1）混合料選取骨料級(jí)配不合理，其中的細(xì)集料偏多，或者骨料為連續(xù)級(jí)配，導(dǎo)致混合料攤鋪后很難形成連通貫穿的開口孔隙。選取骨料時(shí)要選用單一粒徑或者間斷級(jí)配的骨料，不能采用連續(xù)級(jí)配的骨料。（2）透水地面施工時(shí)振搗方式不合理，過度振搗容易導(dǎo)致混合料離析和漿體下沉，形成水泥漿體封底，造成孔隙堵塞。若振搗不足，則容易導(dǎo)致骨料不密實(shí)，抗壓強(qiáng)度低。因此透水混凝土一般采用專用的低頻振動(dòng)壓實(shí)機(jī)，或采用平板振動(dòng)器振動(dòng)和專用滾壓工具滾壓。用平板振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)避免在一個(gè)位置上持續(xù)振動(dòng)，使用振動(dòng)器振搗，采用專用低頻振動(dòng)壓實(shí)機(jī)壓實(shí)時(shí)應(yīng)輔以人工補(bǔ)料及找平。（3）混合料拌合時(shí)添加的外加劑不合理。減水劑對(duì)混合料影響較大，特別是高效減水劑，減水劑用量較高時(shí)，拌合物漿體流動(dòng)性增大容易造成骨料的離析，漿體下沉，造成封堵孔底。經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，減水劑用量如果超過水泥用量的2％則透水砼混合料容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，漿體下沉造成堵孔，降低透水混凝土的綜合性能。因此在使用減水劑時(shí)，一定要控制好減水劑的用量，或者用增強(qiáng)劑代替減水劑，并且需要通過試驗(yàn)驗(yàn)證減水劑或增強(qiáng)劑與水泥的適應(yīng)關(guān)系；使用增強(qiáng)劑代替減水劑能夠更有效的提高拌合物坍落度，并且能夠減小坍落度的損失，同時(shí)還可使骨料具有更高的掛漿性能。
4.4養(yǎng)護(hù)階段滲水能力減弱
在使用和維護(hù)階段由于透水地面環(huán)境中不可避免的會(huì)有一些塵土、落葉、小粒徑碎石、砂土、油污、腐蝕的植物等外界污染物會(huì)隨著雨水流進(jìn)透水混凝土的孔隙中，久而久之會(huì)減弱透水混凝土的整體滲水能力。如果外界環(huán)境好，空氣清潔，透水地面經(jīng)常保持清潔干凈則可降低堵孔的概率，但是透水地面在使用過程中不可避免的會(huì)造成滲水能力減弱，這就需要利用后期的養(yǎng)護(hù)手段解決此類問題。目前常養(yǎng)護(hù)手段主要有以下幾種：（1）及時(shí)清掃透水地面上的雜物，保持透水地面處于清潔狀態(tài)，可有效的減緩?fù)杆孛娑驴?。?）當(dāng)進(jìn)入透水混凝土孔隙內(nèi)的顆粒狀、粉塵狀雜物不能通過清掃的方法排除時(shí)，這就要采取吸塵的方法將孔隙內(nèi)部的雜物“吸出來”。每隔固定時(shí)間或者根據(jù)實(shí)際堵塞情況，利用大功率真空吸塵器對(duì)透水地面進(jìn)行吸塵，透水混凝土孔隙中的顆粒狀、粉塵狀雜物以負(fù)壓的方式被吸出來。（3）也可以采用高壓水沖的方式將透水混凝土孔隙內(nèi)的顆粒狀、粉塵狀雜物沖洗出來或沖洗下去，顆粒狀雜物一般會(huì)被沖洗出來，粉塵狀雜物一般會(huì)被沖下去。其中清掃、吸塵、高壓水沖三種方法相結(jié)合的維護(hù)方式是目前效果較好的養(yǎng)護(hù)手段。但是現(xiàn)在還沒有能徹底解決混凝土堵塞的辦法，還需要廣大的工作人員進(jìn)一步探索研究。
4.5凍融破壞
當(dāng)透水地面處于較低溫度且處于水飽和狀態(tài)時(shí)，孔隙中的水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)會(huì)出現(xiàn)凍融現(xiàn)象，對(duì)混凝土產(chǎn)生破壞。凍融主要是由于水的物理性能造成的，主要發(fā)生在寒冷地區(qū)。因此，在冬季來臨之前及時(shí)疏通透水混凝土中被堵孔隙，使孔隙中的水及時(shí)通過基層、底基層滲入地下或及時(shí)排入收集系統(tǒng)，保證透水地面有良好的滲水性能，避免透水混凝土中存在積水，是防止凍融破壞的有效手段。另外透水混凝土在拌制過程中加入適量引氣劑，能夠使骨料表面的水泥漿包覆層中引入均勻分布的微小氣泡，可提高其抗凍融能力。雖然加入引氣劑是提高透水混凝土抗凍耐久性有效手段，但引氣劑摻入的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致透水混凝土的耐磨性、耐腐蝕性等能力的降低，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)和施工的要求并經(jīng)試驗(yàn)后確定用量。
4.6面層磨損、集料剝離
透水混凝土面層磨損、集料剝離通常情況下由兩種原因造成，一種是由于其表面受到較大摩檫力，如車輛剎車時(shí)輪胎與面層的摩擦、外界重物的沖撞等。針對(duì)此類種情況，在日常使用和管理過程中要嚴(yán)禁超過透水地面允許荷載的車輛通行，并避免超荷載物體在透水混凝土面上堆放等控制措施。另一種原因是透水混凝土結(jié)合料的配合比不合理或者所用原材料、外加劑質(zhì)量不合格導(dǎo)致面層混合料中集料顆粒之間的結(jié)合強(qiáng)度過低，在外力的作用下很容易出現(xiàn)集料剝離的現(xiàn)象。這種原因是設(shè)計(jì)或由于施工不當(dāng)造成的。針對(duì)這種情況，在設(shè)計(jì)和施工階段要制定科學(xué)合理的配合比并且要選用質(zhì)量合格的原材料和外加劑，嚴(yán)格控制好施工過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)。此外，在透水結(jié)合料中加入增強(qiáng)劑可保持混合料中骨料表面被漿體包裹的穩(wěn)定性，可提升混合料的抗壓強(qiáng)度和結(jié)合強(qiáng)度，也可提高混凝土的抗耐磨性、抗凍融性、耐久性。在透水混凝土結(jié)合料中加入橡膠也可以提高其耐磨性能。
5結(jié)語
雖然透水混凝土前期的建設(shè)投入與后期的維護(hù)成本較高，但是透水地面帶來的直接和間接效益是顯著的。透水混凝土在緩解和消除城市雨季洪澇災(zāi)害、減小地表水徑流量、補(bǔ)充地下水、凈化水質(zhì)，緩解城市熱島效應(yīng)、吸收并降低城市噪音、保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境等方面的效益是非?？捎^的。
參考文獻(xiàn)
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作者：郭培林 單位:中國建筑第七工程局有限公司