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北京某重點(diǎn)工程，總建設(shè)用地面積108633.561m2，主要包括主樓、配套管理用房、觀景廣場(chǎng)及門衛(wèi)房。其中配套管理房周邊及廣場(chǎng)西側(cè)路面均為透水路面，面積約8000m2。該工程對(duì)透水混凝土路面設(shè)計(jì)要求為透水層厚度為150mm，透水混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，表觀平整，透水系數(shù)≥1mm/s。

本文采用填充理論和體積法，以實(shí)際工程為基礎(chǔ)，開展C30透水混凝土配合比設(shè)計(jì)。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求和DB11/T 775—2010《透水混凝土路面技術(shù)規(guī)程》有關(guān)規(guī)定，建議施工方將厚度150mm的路面分為兩層，透水結(jié)構(gòu)層為100mm，透水面層50mm，分兩道工序進(jìn)行攤鋪施工。首先要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)確定原材料，通過(guò)多組試驗(yàn)，研究配合比中各參數(shù)變化對(duì)透水混凝土強(qiáng)度及透水系數(shù)的影響，最后針對(duì)該工程要求進(jìn)行最終的配合比設(shè)計(jì)和計(jì)算。

水泥：選用質(zhì)量穩(wěn)定、強(qiáng)度較高的北京金隅北水P·O 42.5水泥，其物理力學(xué)性能見表1。骨料：選用級(jí)配良好的威克碎石及玄武巖質(zhì)骨料，其技術(shù)指標(biāo)見表2。外加劑：選用河北合眾建材有限公司的HZ-2標(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸高性能減水劑，減水率31%，含固量14.10%。其他原材料：硅灰、膠粉和纖維素醚等。

表 1   水泥的物理力學(xué)性能

表 2   骨料的物理性能

3.1 骨料粒徑對(duì)透水混凝土性能的影響

配合比中其他組成材料一定，水灰比取0.25，水泥用量為400kg/m3，外加劑用量為4.5kg/m3，采用4組不同粒徑的骨料進(jìn)行預(yù)拌，考察骨料粒徑對(duì)透水混凝土性能的影響，結(jié)果見表3。表3可知，當(dāng)配合比中其他組成材料一定時(shí)，隨著骨料粒徑的增加，混凝土的孔隙率逐漸增大，抗壓強(qiáng)度先增大后減小，骨料粒徑在5～10mm時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度最高，透水系數(shù)隨著骨料粒徑的增大而增大。

3.2 水灰比及水泥用量對(duì)透水混凝土性能的影響

其他材料保持固定，粗骨料選擇5～10mm，外加劑4.5kg/m3，水泥400kg/m3，采用4組不同水膠比，觀察透水混凝土的強(qiáng)度和透水系數(shù)，結(jié)果見表4。由表4可知，隨著水膠比的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)均逐漸降低。

水灰比取0.25，采用不同水泥用量，觀察透水混凝土的強(qiáng)度和透水系數(shù)，結(jié)果見表5。由表5可知，隨著水泥用量的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，透水系數(shù)逐漸降低。

3.3 硅灰對(duì)透水混凝土性能的影響

選擇水泥用量400kg/m3，水灰比0.25，骨料5～10mm，外加劑4.0kg/m3，分別添加不同量的硅灰，觀察透水混凝土的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見表6。由表6可知，隨著硅灰用量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸增大。

3.4 提高混凝土施工性的原材料

為了提高透水混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工性，選取膠粉和纖維素醚作為研究混凝土施工性的材料，配合比為水泥400kg/m3，水灰比0.25，骨料5～10mm，結(jié)果見表7。

由表7可知，（1）隨著膠粉摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本不變，透水混凝土黏聚性有所增加，分析原因是膠粉本身沒(méi)有活性，但是可以增加水泥漿的粘性，能夠提高施工性；（2）隨著纖維素醚摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本不變；試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加纖維素醚之后與之前相比，透水混凝土不易被風(fēng)干，保水性大大提高，分析原因是由于纖維素醚分子上的羥基和醚鍵上的氧原子會(huì)與水分子締合成氫鍵，使游離水變成結(jié)合水，從而起到很好的保水作用；水分子與纖維素醚分子鏈間的相互擴(kuò)散作用使水分子得以進(jìn)入纖維素醚大分子鏈內(nèi)部，并受到較強(qiáng)的約束力，從而形成自由水，纏繞水，提高了水泥漿的保水性；纖維素醚改善新拌水泥漿體的流變性能、多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和滲透壓力或纖維素醚的成膜性能阻礙了水的擴(kuò)散。

表 7   膠粉及纖維素醚對(duì)混凝土性能的影響

本部分通過(guò)對(duì)骨料、水泥用量、水膠比、硅灰、膠粉等材料進(jìn)行試驗(yàn)，得出影響透水混凝土性能的主要因素和范圍，確定了本次施工的原材料種類，為配合比計(jì)算提供了依據(jù)。

（1）透水結(jié)構(gòu)層配合比設(shè)計(jì)與計(jì)算：透水結(jié)構(gòu)層主要起承受荷載作用，設(shè)計(jì)透水混凝土強(qiáng)度＞30MPa，透水系數(shù)＞1mm/s，本方案采用填充理論及體積法[3]，通過(guò)多組試驗(yàn)，若空隙率設(shè)計(jì)低，則透水系數(shù)無(wú)法達(dá)到，若空隙率設(shè)計(jì)較高，則抗壓強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到30MPa，最終設(shè)定空隙率P=18%。透水混凝土的體積為各種材料體積與空隙體積之和，則：

（2）面層配合比設(shè)計(jì)計(jì)算：摻加膠粉和纖維素醚，膠粉和纖維素醚不計(jì)入膠材總量，玄武巖骨料表觀密度為2800kg/m3，膠粉摻量10kg/m3，纖維素醚為膠材的0.01%，按上述計(jì)算方法，得出配合比見表9。

使用攪拌站強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，本工程控制計(jì)量設(shè)備動(dòng)態(tài)偏差，水泥和水計(jì)量偏差為＜1%，砂石計(jì)量偏差＜2%，保證了配比的精準(zhǔn)。經(jīng)多次試驗(yàn)，使用混凝土罐車運(yùn)輸透水混凝土難度較大，罐車減速機(jī)容易燒壞，為了提高效率和保證透水混凝土狀態(tài)，使用縫隙封閉較好的翻斗車進(jìn)行運(yùn)輸，并且用不透風(fēng)塑料膜覆蓋嚴(yán)密，防止風(fēng)干影響粘結(jié)強(qiáng)度。

在施工現(xiàn)場(chǎng)制作試塊，考慮實(shí)際施工情況，本試驗(yàn)通過(guò)模擬施工單位1t壓路機(jī)前后壓輥與地面的接觸面積換算成型時(shí)的壓力為2.25kN，受壓時(shí)間約10s，完成試塊制作。透水混凝土狀態(tài)的控制為在出機(jī)時(shí)以不流漿為最佳狀態(tài)，到場(chǎng)以手攥成團(tuán)為最佳效果，現(xiàn)場(chǎng)施工分層攤鋪，結(jié)構(gòu)層攤鋪刮平后，用1t重壓路機(jī)碾壓2遍，保證了整體密實(shí)度。兩層透水混凝土攤鋪時(shí)間間隔0.5h，保證了下層不凝結(jié)，與上層粘結(jié)較好。面層攤鋪時(shí)，嚴(yán)格控制平整度，用磨光機(jī)抹平，并不時(shí)噴灑水霧，保持面層濕潤(rùn)，確保了玄武巖小顆粒粘結(jié)牢固。待透水混凝土完全施工結(jié)束，為達(dá)到濕度保持的養(yǎng)護(hù)目的，需要采用塑料薄膜對(duì)其進(jìn)行覆蓋，通常養(yǎng)護(hù)時(shí)間需保證在14d以上，其強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)前不可通車使用[5]。

通過(guò)前期的原材料選用、試驗(yàn)及配合比計(jì)算等工作，成功配制并順利澆筑了強(qiáng)度等級(jí)C30，透水系數(shù)1.0以上的透水混凝土。通過(guò)第三方試驗(yàn)室檢測(cè)，透水結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度為36.4MPa，面層強(qiáng)度為34.8MPa，透水系數(shù)分別為4.23mm/s、4.09mm/s，其強(qiáng)度和性能均符合設(shè)計(jì)與施工要求，并得到了施工單位和建設(shè)單位的一致認(rèn)可。

（1）隨著骨料粒徑的增加，混凝土的孔隙率增大，抗壓強(qiáng)度先增大后減小，在骨料粒徑5～10mm時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度最高，透水系數(shù)隨著骨料粒徑的增大而增大。

（2）隨著水膠比的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)均逐漸降低。隨著水泥用量和硅灰用量的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，但水泥用量增大透水系數(shù)會(huì)逐漸降低。

（3）當(dāng)水膠比為0.25，硅灰摻量為水泥用量的6%，外加劑摻量為1.3%，孔隙率為18%，石子粒徑分別為2.5～5.0mm和5.0～10.0mm時(shí)，透水混凝土的強(qiáng)度均可以達(dá)到C30強(qiáng)度等級(jí)，透水系數(shù)均可超過(guò)4.0mm/s。

（4）透水混凝土中由于石子表面漿體較薄，容易風(fēng)干，添加膠粉和纖維素醚材料增加透水混凝土的松軟度、黏聚性和保水性，對(duì)于施工環(huán)節(jié)，很有必要。

（5）透水混凝土工程施工方法對(duì)透水混凝土的面層美觀性、強(qiáng)度和透水系數(shù)會(huì)有較大影響，通過(guò)精細(xì)控制，能夠配制出透水結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度36.4MPa，面層強(qiáng)度34.8MPa，透水系數(shù)分別為4.23mm/s和4.09mm/s的設(shè)計(jì)要求，在面層磨光時(shí)達(dá)到石子與石子連接、表面平整為最佳狀態(tài)，防止后期車輛碾壓導(dǎo)致石子掉落等情況的發(fā)生。