扇贝笼
设计者：张检梅，郑德炯，翁阿龙，卢光毅
指导教师：季韬
（福州大学，土木工程学院，福州市闽侯县）
透水混凝土又称多孔混凝土，无砂混凝土，透水地坪。是由骨料、水泥、增强剂、和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料。透水混凝土由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透气、透水和重量轻的特点。本作品巧妙的利用稻壳灰、矿渣等废弃材料，以及在其面上铺置长余辉荧光石，制成新型绿环保的发光透水混凝土，不仅克服了传统混凝土不具有透水性的劣势外，同时在夜间还具有发光的特性，很好的拓宽了混凝土功能。为今后环保混凝土发展及研发提供了一些思路及经验。1研制的背景及意义 随着社会经济的发展以及城市化进程的加速，现代城市的地表由钢筋混凝土高楼建筑和不透水的路面覆盖，从而导致了许多严重的生态问题，主要表现为以下几点：首先，传统混凝土影响了雨水下渗，影响了自然条件下正常补给地下水，若再加上地下水过度抽取，则会使城市地表发生沉降。其次，传统的不 透水混凝土路面容易导致路面积水，若遇上暴雨则有可能引起城市内涝。再而，传统混凝土路面使得空气湿度降低，加重了城市热岛效应。最后，多孔隙的透水混凝土能降低车辆噪声，而传统混凝土不具备这个优点。
在我国透水混凝土的研究以及应用起步于上世纪90年代，虽然起步较晚，还是取得了一些开创性的研究成果，中国建筑材料科学研究院于1993年便开始着手对透水混凝土相关的内容进行研究，率先将理论的研究成果付诸于实践应用，首次在国内成功地研制出了透水性混凝土，之后清华大学杨静等教授在试验中加入6%的硅粉、增强剂等其他矿物细掺料和高性能外加剂，从微观角度改变了透水混凝土的粘结结构，大大增强了其28d强度，使其可达50MPa、抗折强度达6MPa，并且拥有良好的透水性、抗冻性以及抗磨性能，透水混凝土的应用在中国有北京奥林匹克公园和上海世博园等标志性工程；在杭州、哈尔滨、上海等地也都有了很好的社会反应和应用前景的同时，也给城市带来了生态效益。但是直到目前，透水性混凝土的应用还没有普及化，只是用在一些公园或者小区的人行道，学校里面的体育场、操场等等，
对透水混凝土利用环保材料制成的研究也较少。至此本作品具有一定的实际应用与参考价值。
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图1.1小区透水混凝土路面
图1.2透水混凝土的透水性
2透水混凝土的组成及配合比设计
2.1设计原材料及其性能
本次作品设计利用到的材料有胶凝材料，粗骨料，细集料，强凝剂，减水剂，长余辉荧光石，以及为了美观摆放在透水混凝土上的一些建筑模型及景观装饰物。其中胶凝材料主要有以下几种：
水泥：考虑到水泥浆体主要负责粗骨料的粘接成多孔堆聚结构，混凝土受力时通过骨料之间的交接点传递，因此一般选用高强度等级的水泥。本作品采用425普通硅酸盐水泥。
矿渣：矿石经过选矿或冶炼后的残余物，是一种工业废弃物，具有火山灰活性，我国已经应用广泛，用于替代部分水泥，起到节能环保的作用。
稻壳灰：我国是一个农业生产大国，稻壳年产量超过4000万吨，是一种潜在的利用资源。研究发现将稻壳进行焚烧得到的稻壳灰具有超高的火山灰活性，是理想的活性矿物掺料。稻壳灰在透水混凝土中的使用，即可有效利用资源又可以优化经济成本，同时又保证混凝土的高性能，具有广阔的前景。粗骨料：采用坚硬碎石料。
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本作品细集料料配置无砂透水混凝土，强凝剂的掺量为3%，减水剂的掺量为0.5%。2.2配合比设计
本作品根据《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T135-2009）采用体积法基本设计原理。透水混凝土的配合比采用填充理论及体积法按式计算，但其强度必须通过试验确定。算式为：
环丙基硼酸（Mg/ρg）+（Mc/ρc）+（Mw/ρw）+（Mz/ρz）+P=1；
式中：Mw、Mc、Mw、Mz分别为集料、水泥、水、增强料的单方材料用量；ρg、ρc、ρw、ρz分别为集料、水泥、是、增强料的表观密度；P为目标空隙率。
同时采用的水胶比为0.28，设计孔隙率为17%，基础配合比见下表：
表2.1基础配合比设计（kg/m3）
水泥水粗骨料强凝剂
475.41133.11147014.26之后以基准配合比为基础，分别掺入20%的矿渣和5%的稻壳灰替代水泥。
表2.2掺入矿物掺和料的配合比（kg/m3）
水泥矿渣稻壳灰水碎石减水剂强凝剂364.11104.0352.02130.041470 2.614.26
3发光透水混凝土制作流程
数控剪床（1）取一定量的水泥、稻壳灰、碎石、矿渣并倒入水进行充分搅拌，搅拌时间为5分钟以上。预先制作的模板（模板为30×25×5cm），模内表面应涂一薄层矿物油，模底必须先用水湿润否则透水混凝土快速失水份会减少骨科间粘结强度。将拌和好的透水混凝土铺在模板上，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口。振动时试模不得有任何跳动，振动应持续到表面出浆为止，不得过振否则会使混凝土过于密实面减少孔隙率，并影响透水效果。刮除试模上口多余的混凝土，待混凝土临近初凝时，用抹刀抹平。
（2）在混凝土临近初凝时，将福字板块压入混凝土中，使其留下“福”字印记，取走福字板块，并加入长余辉荧光石、放平压实。
（3）养护由于透水混凝土存在大量的孔洞，易失水，干燥很快，所以养护非常重要。尤其是早期养护，要注意避免混凝土水分大量蒸发。通常透水混凝土拆模时间比普通混凝土短，如此其侧面和边缘就会暴露于空气中，应用塑料薄膜及时覆盖侧面，以保证湿度和水泥充分水化.透水混凝土应在浇注后1天开始洒水养护，可在常态的情况下直接从上往下浇水。
透水混凝土的浇水养护时间不少于7天。
（4）在作品表面装饰物品。
4作品说明及外观造型
4.1尺寸说明
成品采用30cm*25cm*5cm的模板制作浇筑完成，而在作品的上部表面镶嵌以粒径1—2公分的长余辉发光石。同时为了产品美观，并搭配上房屋建筑等景观修饰物。
4.2作品寓意及内涵
因为此混凝土为透水性混凝土，一般用于城市公园等路面使用，采用粗骨料，骨料间会形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，一粒粒小石子紧紧的挨在一起，簇拥着组成别致的造型。从而拥有较高的孔隙率，具有透气、透水和重量轻的特点。当暴雨等恶劣天气环境下，水流可快速通过孔隙传递到土壤内，避免因积水给城市交通及居然生活带来的困扰和经济损失。
再者，利用荧光石镶嵌其中，在白天已然赏心悦目，而在夜晚更能够为城市风光增添神秘的彩。而此次作品选择利用绿荧光石来堆砌“福”字。颜选择上首先是呼应了福州作为榕城这一树木葱郁的历史古都，“福”字也传达了福大学子对福州以及福州大学的热爱，不仅装扮了环境，丰富了城市的景，在春夏的绿意盎然中“锦上添花”，在秋冬的萧瑟昏暗里绽放异彩，也让人们的出行多了一份乐趣。
4.3作品外观造型
图4.1作品效果图
5作品创新及应用
首先在创新性方面，本项目积极响应国家海绵城市建设号召，利用稻壳灰、矿渣等生产生活中易获得
的绿环保材料制成透水混凝土，同时利用长余辉荧光石铺在制成的透水混凝土面上。通过白天吸收太阳光线，在夜间光辉交错形成一个“福”字。在实际工程项目中，我们能够利用大量长余辉荧光石，来制成特鲜明的人行道路。
其次应用性方面，此发光透水混凝土路面具有观赏性，夜间能够持续发光，集照明、装饰、透水、承重等多功能于一体，是典型的功能型绿混凝土。同时发光透水混凝土路面风格多变，可适应环境要求变换不同的路面铺装效果。无辐射，无污染，特别适合乡镇照明条件不良的地区使用。与寻常不透水混凝不同，具有较高的推广及应用价值。
最后本作品是利用绿环保材料制作的艺术品。作品荧光石组成的福字也代表福州大学对新型土木材料研发的不懈追求。四周树木小屋等，象征荧光透水混凝土和社会自然浑然一体，和谐生态的寓意，体现了当今绿发展的主题。该作品代表的是绿可持续发展，为今后的绿混凝土发展及研发提供了一些思路及经验。
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