預拌透水混凝土制備技術與施工工藝

透水混凝土是由粗骨料及其表面均勻包裹的水泥和增強料混合的膠結料漿相互粘結，并經水化硬化后形成的具有孔穴均勻分布、連續(xù)孔隙結構的蜂窩狀混凝土，其最大的特點是含有較高的連通孔隙，具有良好的透氣性和透水性，用于鋪筑道路、廣場、人行道路等，能夠擴大城市的透水、透氣面積，增加行人、行車的舒適性和安全性，減少交通噪聲，減輕城市內澇，對調節(jié)城市空氣的溫度和濕度、維持地下土壤的水位和生態(tài)平衡具有重要的作用。

 

 

 

目前國內對常規(guī)現(xiàn)拌透水混凝土及其性能的影響因素做了大量研究，而對透水混凝土預拌化生產及其施工工藝方面研究較少。預拌透水混凝土的特點是集中拌制、商品化供應、將透水混凝土從備料、拌制到運輸的一系列環(huán)節(jié)，從傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場分離出來，成為一種商品，是透水混凝土生產及施工技術發(fā)展的必然趨勢。本文基于某廠區(qū)內透水混凝土試驗路段工程進行預拌化生產及其施工工藝研究，研究影響透水混凝土預拌化生產和施工的重要因素———坍落度，探索預拌透水混凝土施工的主要過程，為透水混凝土預拌化生產以及施工提供技術參數。

 

 

 

拌合物流動性是影響透水混凝土預拌化生產的重要因素，預拌透水混凝土的施工必須要有合適的流動性。透水混凝土流動性指標可以用坍落度表示，這一坍落度不是指新拌透水混凝土出機時的坍落度，而是指透水混凝土拌合物送達工地后澆筑時的坍落度。因此，對運輸過程中拌合物的坍落度損失必須要有充分的估計，并以此為依據，確定出機時透水混凝土的坍落度、坍落度損失控制指標、凝結時間等性能，確保到達工地后透水混凝土拌合物的性能滿足施工要求。

 

 

 

水泥的水化過程是熟料礦物與水的反應過程，在這一過程中，熟料礦物、水及水化產物形成了均勻的漿體體系且具有一定的流動性[5]。同時，由于水化產物形成并逐漸增多，使得固相增多，固體粒子相互聯(lián)結，液相減少，新拌透水混凝土的流動性逐漸減小。新拌透水混凝土的坍落度損失與水泥的水化過程有著密切的關系。水泥的水化速度越快，透水混凝土拌合物的坍落度損失也就越大。而水化速度的快慢可以通過其強度增長速度表現(xiàn)出來，在相同條件下，水泥越細，水化速度越快，強度增長速度越快，因而水泥越細，透水混凝土拌合物的坍落度損失也就越大。

 

 

 

骨料占透水混凝土質量的80%左右，骨料性能對透水混凝土性能的影響很大。通常情況下，骨料不與水反應，但它可以吸附水分子。在不受任何限制時，水分子可以自由運動，表現(xiàn)出液體性質；當水分子吸附到骨料顆粒表面后，水分子的運動受到骨料的限制，從而表現(xiàn)出固體性質。由于骨料表面吸附了一定量的水，被吸附的水表現(xiàn)為固體性質，相應的具有液體性質的水減少，拌合物的流動性隨之減小。因此，骨料對水的吸附作用會導致新拌透水混凝土的坍落度損失。

 

 

 

骨料對透水混凝土拌合物坍落度損失的影響與吸水速率有關。如果吸水速率過快，吸水過程在攪拌階段就已經基本完成，透水混凝土拌制后，骨料不表現(xiàn)出明顯的吸水作用，因而也就不表現(xiàn)出明顯的坍落度損失。這一類型的骨料僅僅影響混拌制時的用水量，而不影響新拌透水混凝土的坍落度損失。如果骨料的吸水速率較快，主要集中在拌和物出機至運送到施工現(xiàn)場，則會顯著影響透水混凝土拌合物的坍落度損失。如果骨料的吸水速度很慢，在拌制后的數小時內僅吸附少量的水，大部分水是在以后的一個較長時間內吸附，這一類型的骨料不僅不影響透水混凝土的拌制用水量，而且對拌合物坍落度損失的影響也不大。

 

 

 

采用42.5級普通硅酸鹽水泥，5～10mm碎石，江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產的聚羧酸型減水劑，按m(水泥)∶m(粗骨料)∶m(水)=420∶1620∶105的比例制備透水混凝土，環(huán)境溫度為20℃，通過調整減水劑摻量來控制透水混凝土拌合物的初始坍落度，減水劑摻量分別為水泥質量的0.3%、0.6%和0.9%，研究坍落度經時損失變化。

 

 

 

摻入減水劑可以顯著降低水泥漿體的屈服應力和粘度，因而可以增大新拌透水混凝土的流動性，或者在保持流動性不變的情況下減少用水量[10]。但是，減水劑降低水泥漿體的屈服應力和粘度的作用常常隨時間有較大的變化。圖1表明，隨著時間的延長，這種作用明顯削弱，從而使透水混凝土拌合物的流動性迅速減小，導致新拌混凝土產生較大的坍落度損失。

 

 

 

另外，由于透水混凝土僅使用單一級配且粒徑較大的粗骨料，新拌透水混凝土漿體的流動性對減水劑，特別是摻入高效減水劑后較為敏感，在減水劑摻量稍高一些時，拌合物漿體流動度增大的同時容易和骨料離析，砌體底部會產生如圖2所示的漏漿、堵孔現(xiàn)象，從而影響透水混凝土的透水效果。

 

 

 

為了提高透水混凝土拌合物的流動性，確保實現(xiàn)預拌化生產，同時保證拌合物骨料具有一定的掛漿能力，試驗采用了江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供的PRC透水混凝土增強劑，研究其對拌和物流動性的影響，采用與1.3相同的基礎配合比，分別摻入10kg/m3的PRC增強劑或水泥質量1%的聚羧酸型減水劑。

 

 

 

摻入聚羧酸型減水劑時，透水混凝土拌合物隨著時間的延長，坍落度逐漸減小且坍落度損失逐漸增大，拌合物出機至100min時坍落度由160mm降低到40mm，坍落度損失約75%，尤其在60~100min時，坍落度從110mm降低到40mm，坍落度損失幅度最大；而摻PRC增強劑的透水混凝土拌合物初始坍落度較添加聚羧酸型減水劑的增大且坍落度損失較慢，從攪拌出鍋到120min后坍落度從200mm降低到170mm，坍落度損失僅為15%，在1～2h后仍然能滿足運輸及施工需要。

 

 

可以看出，拌合物成型后再倒出時，砌塊底部未出現(xiàn)漏漿和堵孔的現(xiàn)象，說明該增強劑提高拌合物坍落度的同時還使骨料具有較高的掛漿性能。

 

 

 

綜合上述分析可知，水泥的水化速率、骨料對水的吸附性能對透水混凝土拌合物的坍落度具有一定的影響。減水劑可以顯著增大新拌透水混凝土的坍落度，但也會導致新拌透水混凝土產生較大的坍落度損失，透水混凝土拌合物坍落度對減水劑尤其是高效減水劑較敏感，若減水劑摻量稍大則會使?jié){體與骨料離析，產生砌體底部堵孔現(xiàn)象。PRC增強劑能夠有效提高拌合物坍落度，且使拌合物在2h以內具有較小的坍落度損失，同時還可使骨料具有較高的掛漿性能。

 

 

 

將預拌透水混凝土制備及施工方法應用于某工程試驗路段，該路段為人行道用透水混凝土路段，道路寬3m，長約30m，總鋪裝面積約100m2。設計要求為：30cm級配碎石底層+20cm透水混凝土基層，強度等級C20+10cm彩色透水混凝土面層，強度等級C30，且2層透水混凝土的透水系數均大于0.5mm/s。

 

 

 

使用上述42.5級普通硅酸鹽水泥；骨料(石)采用5～10mm和10～20mm單一粒級碎石，分別用于鋪設面層和基層透水混凝土，骨料壓碎值指標為9.2%，緊密堆積密度分別為1654、1633kg/m3，嚴格控制石子的針片狀含量＜15%；增強劑使用江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供的PRC型透水混凝土增強劑；顏料使用上海一品氧化鐵無機顏料；罩面劑使用雙丙聚氨酯罩面劑。經計算和試驗確定配合比如表3所示。

 

 

 

透水混凝土施工工藝流程分別為：(1)路基整平，路基壓實度應大于90%；(2)碎石墊層鋪設：級配碎石鋪裝宜采用連續(xù)級配碎石、礫石，最大粒徑不宜超過37.5mm，并進行壓實；(3)模板支護：基層與面層應分別進行支護；(4)拌制和運輸：采用預拌透水混凝土生產模式，確保混凝土質量穩(wěn)定；(5)基層鋪設：透水混凝土運輸至攤鋪現(xiàn)場后，立即使用鋁刮尺刮平，再用振平機分2～3次往返壓實，最后用抹平機抹平，邊角部位采用人工進行壓實，可養(yǎng)護7d后或立即進行面層鋪設；(6)面層鋪設：施工方法與基層相同，但平整度要求更高，且不同顏色的透水混凝土面層應分開攪拌；(7)覆膜養(yǎng)護：應在彩色面層混凝土終凝后立即進行覆膜養(yǎng)護，次日灑水養(yǎng)護至7d；(8)罩面劑噴涂：應采用無氣噴涂機將雙丙聚氨酯罩面劑噴涂于表面，噴涂用量為3～5m2/kg。

 

 

 

應用過程中，PRC增強劑的作用突出：(1)保證了采用普通混凝土的生產方式進行透水混凝土生產；(2)保證了透水混凝土的黏聚性和流動性，使預拌透水混凝土成為可能；(3)可保證運輸時間2h左右仍可進行施工。

 

 

 

 

為了保證透水混凝土工程的正常施工，并保證施工質量，建議采用預拌化生產的透水混凝土供應商做好以下工作：

(1)反復試驗并充分驗證不同種類及標號的水泥在不同配合比及不同運輸溫度條件下坍落度的經時損失規(guī)律。

(2)透水混凝土骨料占組分比率大，對水的吸附作用會導致新拌透水混凝土的坍落度損失，應對使用的粗骨料的吸水性能做好充分試驗研究。

(3)摻入減水劑或增強劑來調整透水混凝土流動性能時應控制好摻量，且需驗證減水劑或增強劑與水泥的適應性關系。

(4)根據運輸距離和城市的交通情況充分估計透水混凝土從供應商到施工工地的運輸時間，供應商應根據自身情況確定一個預拌透水混凝土的供應范圍。