第30卷 第2期中国建材科技2021年4月
Development of a high quality pervious concrete 朱学文
（深圳市绿志新型建材研究院有限公司，深圳 518112）
ZHU Xuewen
(Shenzhen Lvzhi New Building Materials Research Institute Co., Ltd., Shen Zhen 518112)
摘要：通过对细骨料、单方水泥用量比率优化，缓凝剂、增稠剂的使用，以及成型工艺及物料状态的控制，成型的试 件达到透水功能、强度、耐久性的良好统一。关键词：单粒级瓜米石；单方水泥用量；细骨料；缓凝剂；增稠剂；连续孔隙率；透水系数
Abstract: Through the optimum ratio of the dosage of fine aggregate and single cement, the use of retarder and thickener, and the control of molding process and the material state, the formed specimen achieves a good unity of water permeability, strength and durability.
Keywords: single grain melon rice stone; cement content per cube; fine aggregate; retarder; thickener; continuous porosity; permeability coefficient
中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：1003-8965（2021）02-0036-04
随着混凝土、沥青等不透气、不透水材料的广泛使用，在道路变整洁、便利的同时，由于大面积的不透水地面取代了原有的绿地生态地表，导致地表很难与环境进行热量、水分交换，引致地下水无补充，内涝严重，地表沉陷频发，城市热岛效应加剧。透水混凝土因具有大量连续孔隙，在雨天能将部分雨水及时渗透至地表深层储存。使用透水混
凝土代替传统混凝土浇筑路面能有效消除城市热岛效应
［1］
，减少内涝，补充城市地下水，减少地表沉降，绿化环境，最大限度保护原有河湖水系生态体系。透水混凝土在海绵城市建设中可发挥不可替代的作用。
本文以单粒级骨料、水泥、细骨料、增强剂、减水剂、缓凝剂、增稠剂为原料，通过对细骨料、单方水泥用量适宜比率及缓凝剂、增稠剂的使用，成型工艺及物料状态的控制，使得成型的透水混凝土兼具强度、透水率及耐久性的统一。
1
原理
图1 透水混凝土结构示意图
透水混凝土为蜂窝状多孔结构，其组成的单粒级骨料
构成胶凝结构的骨架。外层包裹的水泥净浆或水泥砂浆层起粘结作用，粘结层间的大量粘结点围构成无数封闭、半封闭、连通（连续）孔隙结构。这些孔隙统称体积孔隙。体积孔隙率影响试件的强度及耐久性，可按标准CJJ/T 135-
2009通过公式得出［2］。对透水功能起有效作用的是连续孔隙率。雨天时，雨水通过试件中的连续孔隙流至下方的土
壤层，从而起到储水、蓄水的作用。
2 试验
2.1 原材料
P.O42.5硅酸盐水泥；细骨料：河砂（0-1.25mm ）；粗骨料：5-10mm 单粒级天然瓜米石；聚羧酸类高效减水剂；透水混凝土增强剂；保水剂：羟甲基纤维素醚；缓凝剂：葡萄糖酸钠（工业级）；自来水。
2.2 基础配方
按体积法进行配合比设计、试拌，再根据预期的性能对配合比进行针对性调整，最终得到配比见表1。
表1 基础配方
骨料/kg/m 3水泥/kg/m 3细骨料/kg/m 3透水砼增强剂
/kg/m 3
减水剂/kg/m 3缓凝剂/kg/m 3增稠剂/kg/m 3水
/kg/m 3目标孔隙率(%)1480
410
200
15
16.4
0.2
1.5
110
20
2.3 制备工艺
1）将用于拌合的单粒级瓜米石（5-10mm ）骨料喷洒部分拌和用水至水饱和；
2）将用于拌合的细骨料（河砂）在搅拌状态下加入上述骨料中并拌和至均匀；
3）喷洒部分拌和用水至混合料水饱和；4）在搅拌状态下将水泥徐徐加入上述骨料中并拌匀；5）在搅拌状态下将增强剂徐徐加入上述混合料中拌匀；6）将溶有缓凝剂、减水剂的剩余拌和水在搅拌状态下徐徐加入上述混合料中并拌匀；
透水混凝土增强剂7）在搅拌状态下将粉状增稠剂均匀喷洒至浆料表面并拌匀；
作者简介：朱学文，研究员，从事高性能水泥基人造装饰板、高性能混凝土的研究及开发。
新型建材
一款高品质透水混凝土的研制
8）将浆料转移至模框内，以振平尺将面层振平压实；9）以薄膜覆盖面层，自然条件下养护至28天。
3 影响品质的关键参数
透水混凝土成型、固化后，试体中存在体积孔隙，其中，连续孔隙率影响着透水性能，是表征透水混凝土透水功能的关键指标。连续孔隙率越大，表明该透水混凝土透水功能越强，越利于透水、蓄水，减少雨天地面径流的能力越强。同一试体的连续孔隙率随体积孔隙率的提高而增大。在试体较密实时，体积孔隙率和连续孔隙率相差较大，体积孔隙以封闭及半封闭的孔隙为主。随着体积孔隙率的提高，体积孔隙率和连续孔隙率的差值变小，趋向一致，此时体积孔隙率变为以连续孔隙为主。同一试体的体积孔隙率与连续孔隙率的经验值对应关系见图2
。
图2 同一试体的体积孔隙率与连续孔隙率的
经验值对应关系连续孔隙率除与体积孔隙率有关外，也与铺筑后面层拍压方式及拍压力度有关。铺筑过程分层多次拍压或单次拍压力度过大，都会引起包裹层浆料横向展沿，“截断”部分连续的孔隙，从而降低连续孔隙率。连续孔隙率可按CJJ/T253-2016标准中附录A “透水水泥混凝土连续孔隙率
试验方法”测得［3］
。4 影响品质的材料因素
4.1 细集料
混凝土骨料的线性热膨胀系数为（6～12）×10－６℃，
水泥石的线型热膨胀系数为（12～20）×10－６℃范围内［4］
，两者存在较大差异。在单粒级骨料中添加一定比率的细集料，可以改变单纯以单粒级骨料成型的透水混凝土试体因使用水泥净浆（硬化后为水泥石）作粘结层引致干缩或因环境温差大导致涨缩不一而引起的试体开裂或强度衰退。将普通河砂过1.25mm 方孔筛后得到的细集料少量掺入配比中，不会影响作为面层的透水混凝土单粒级骨料匀质、规整、饱满的粒型表观，同时增加了粗骨料颗粒间的胶结面积，可提升试体抗压强度及耐久性。随着细集料比率的提高，粗骨料颗粒间的空隙被过多填充，会引起连续孔隙率降低，亦即透水系数降低，进而影响透水功能，对应关系见图3
。
图3 抗压强度、连续孔隙率与细集料比率关系
图3表明，在固定单粒级粗骨料及单方水泥用量（410.0千克/立方米）的情况下，连续孔隙率随着细集料比率的增加呈显著下降趋势，抗压强度则呈显著增长趋势。实际生产时，可根据预期的强度及连续孔隙率对细集料的掺用比率进行确定。
4.2 单方水泥用量
天然瓜米石与普通碎石不同，极少有棱角或针片状结构，是近似圆形或椭圆型的规整颗粒。以其作骨架成型的透水混凝土的抗压强度除来自颗粒间的嵌挤锁结外，主要来自包裹层浆料结点间的粘接力，
因此单方水泥用量对粘接抗压强度至关重要。在固定细集料比率、水胶比及粗骨料材料用量下，通过体积法求得理论单方水泥用量，再以理论用量为基点向增、减两个方向调整，考察不同水泥用量对透水混凝土抗压强度及连续孔隙率的影响，进而到预期的强度与连续孔隙率的平衡点。单方水泥用量提高，增加了骨料间的胶结面积，利于强度的提高［5］，同时骨料的包裹层变厚，骨料颗粒间的孔隙被缩压，损减了连续孔隙率，进而降低透水系数。对应关系如图4
。
图4 水泥用量与抗压强度、连续孔隙率关系图4表明，在固定水胶比（0.29）、骨料及细集料比率
(12%)的情况下，随着单方水泥用量的提高，抗压强度呈明显增长趋势，连续孔隙率呈明显降低趋势。
4.3 缓凝剂
水泥水化速度受环境温度影响大，温度高时，水化速度快且拌和用水挥发快。透水混凝土是多孔的蜂窝状结构，因而相比普通混凝土有更大的比表面积。作为反映工作性的重要指标的塌落度值相比普通混凝土经时损失更快。在减水剂中辅以缓凝成份（葡萄糖酸钠），可以显著延缓包裹层的水化反应，降低塌落度经时损失，改善铺筑施工窗口。未掺减水剂、掺用减水剂、掺用减水剂辅以缓凝剂的三组试样塌落度经时损失见图5
。
图5 塌落度经时曲线
透水混凝土适宜的铺筑塌落度控制范围为35-65mm,
使用减水剂辅以缓凝剂后可显著改善透水混凝土的铺筑操作时间。
4.4 增稠剂
透水混凝土出锅后表面包裹的一层湿粘浆料在静止或低速搅拌下因自重而下坠，会改变骨料表面包裹层厚度的
新型建材一款高品质透水混凝土的研制
均匀性，引起堵孔，造成强度及连续孔隙率的降低。
外露的包裹浆料中的水分挥发快，拍压前包裹层如果因失水而致浆料干硬，在外力作用下极易剥落，影响颗粒间粘接。纤维素醚含有大量的极性基团（羟基），因而亲水、吸水。拌和后期，在搅拌状态下对浆料表面喷洒雾状含大量羟基的纤维素醚类增稠剂后，包裹层浆料内尚未水化的部分拌和水被暂时吸附“储存”起来，包裹层的浆料因而变得“湿粘且硬”，不易流变，对包裹浆料的颗粒起到很好的“造粒
、定型”作用，避免包裹层过快干硬或流坠堵孔。因而获得厚度更加均匀、稳定的包裹层。骨料颗粒间既能良好粘结，而又不会流坠堵孔。这部分被吸附的水虽处表层也不易挥发，这种吸附是物理作用，在后序固化期间会缓慢释放出来供水泥继续水化用。喷洒增稠剂与未喷洒增稠剂的几组平行试体的连续孔隙率对比见图6
。
图6 两种不同拌和方式的试体连续孔隙率
喷洒增稠剂与未喷洒增稠剂的几组平行试体的体积孔
隙率对比见图7
。
图7 两种不同拌和方式的试体体积孔隙率
图6与图7表明，同一试体在不改变配比用料及加料顺序等成型条件下，包裹层喷洒增稠剂后，体积孔隙率相对未喷洒增稠剂的试体有一定的降低，利于强度及耐久性的提升，同时连续孔隙率相比表面未喷洒增稠剂的试体则有显著提高，利于透水功能的提升。
5 影响品质的工艺因素
适宜的连续孔隙率可以保证强度与透水系数的平衡统一。孔隙分布的匀质性是保证强度与良好透水系数的关键。工程中常出现因浆料局部偏多或偏稀，铺筑或成型后包裹在表层的浆料因自重下坠，引起试体下部过于密实，上部较为空虚，引致孔隙分布不均，甚至底部封堵，虽有较高的体积孔隙率，也不会产生良好的整体透水效果。控制孔隙分布的匀质性可以从以下方面着手。
5.1 拌合水加入方式
拌和用水宜分次加入或在原料混合均匀后在持续搅拌
的状态下徐徐加入。应避免一次性或少次多量加入造成局部因加入拌和水过多引致局部浆料过稀，相应部位过于密实，而其他部位因拌合水加入相对偏少导致该处过于“空虚”酥松，从而产生孔隙分布不均。
5.2 浆料的粘度控制
浆料出锅粘度偏大易导致包裹层干硬，影响骨料间的粘结，降低成型后试件强度，而粘度偏小易导致包裹浆料流变下坠，引致堵孔甚至封堵，进而减小透水系数。实际生产时，除通过塌落度进行精确控制外，也可辅以目视对出锅浆料的粘度进行初步判定。适宜的粘度是能保证浆料粘而不流、粘而不坠、足而不封、匀而不堵，既能保证骨料颗粒间的适度接触粘结，又能保证骨料颗粒间适宜孔隙，筑就良好的透水通道，成型后的基体从而能获得强度与透水功能的良好统一。
6 性能测试
将上述试件按GB/T 50081-2002、CJJ/T 135-2009标准进行性能测试，结果见表2，
所测性能满足相关要求。
图8
孔隙率测试
图9
抗压强度测试
图10 抗压曲线
新型建材 一款高品质透水混凝土的研制
表2 测试结果
项目弯拉强度
(C30,MPa)
抗压强度
（C30,MPa)
连续空
隙率
(%)
透水系数
(15℃,mm/s)
抗冻性(%)
（25次冻
融循环后质
量损失率）
耐磨
性
(mm)
结果 3.832.612.0 2.6 3.727标准
要求
≥3.5≥30》10≥0.5≤5≤30
7 代表工程
深圳布吉市政沿河工程见图11和图12。
8 结语
高品质透水混凝土兼具透水功能、强度、耐久性的平衡统一。适宜的细集料及单方水泥用量是保证骨
料颗粒间充分粘结及适宜孔隙通透的物质基础。缓凝剂、增稠剂的合理应用是保证骨料颗粒间经时有效粘结的辅助条件。铺筑成型时加水方式、适宜粘度的控制在工艺上保证了浆料分
布、包裹的匀质性。统筹兼顾好材料、工艺等多方因素才能生产出高品质透水混凝土，更好地服务于海绵城市建设。
参考文献
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（上接第151页）
图4 控制系统流程图
4 总结
图11 透水测试
图12 代表工程
本设计实现了一套智能大棚控制系统，该系统能够根据大棚内种植植物类型实时调整环境参数，以便提供更加适宜的生长环境，提高生产质量和生产效率，为进一步实现大棚作物的智能化培育提供了参
考依据。该系统还有进一步提升的空间，如一些控制目标存在非线性特征，因此利用无模型自适应控制技术或者模糊控制技术能更好实现控制效果，此外，系统可以加入无线功能模块，以便实现远程的监测与控制。
参考文献
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