新曼联(北京)工程材料技术研究院是从事新型建筑材料和工程材料的研究开发、生产销售及施工服务于一体的高新技术企业。主营业务为灌浆材料、特性砂浆、结构加固材料、砼外加剂、防水防腐材料等。
透水混凝土配比设计要点
3.1 设计原则
满足强度和透水率(透水系数)的要求;满足面层的美观性和耐磨性的要求。
3.2 透水混凝土配合比设计调整
根据强度指标确定合理的水灰比和水泥用量、胶结增强剂掺量。
根据透水率指标确定合理的骨料粒径和用量及水泥浆的体积。
根据透水混凝土的水泥等粉料的用量确定彩色颜料的掺加量。
为了便于掌握和分析,一般采用体积法进行计算,透水混凝土的透水系数与抗压强度是决定其性能的关键指标,因而配比设计时需综合兼顾这两个指标。对于C25及以上透水混凝土,一般采用水灰比不大于0.4,灰骨比0.4左右,随着骨料粒径及水泥性能的不同,配合比也相应变化,施工前必须通过试验验证后才能确定合理的材料配比。
原材料选用的质量控制要点
透水混凝土基本材料组成为:洁净的粗骨料、高标号水泥、胶结增强剂、面层保护剂、彩色颜料、水等几种材料。由于透水混凝土主要是依靠粗骨料表面的包裹料浆局部相互粘结,骨料之间形成相互连通的均匀孔隙,为保证混凝土摊铺后表面平整美观,孔隙小而均匀,同时骨料颗粒之间胶结牢固,故粗骨料一般采用单级配石子,粒径一般4~7或10~16,要求外观规整,无棱角,针片状颗粒的含量应小于1%,含泥量不大于0.5%,压碎值小于15%;为保证透水混凝土的孔隙率(20%以上)和抗压强度(C20~C30),一般采用PO42.5以上标号的水泥进行拌制,要求水泥三天抗压强度应大于27.0MPa以上,28天抗压强度达到50.0MPa以上。为提高透水混凝土道路的抗折强度,还要掺加水泥质量2%左右的胶结增强剂。试验表明,掺加胶结增强剂后,透水混凝土的抗压强度一般可以提高20%左右,抗折强度可以提高30%以上,同时还可以有效改善透水混凝土的后期泛碱现象,需要注意的是,市场上的胶结增强剂质量参差不齐,必须通过试验进行验证才可以应用;对于彩色颜料的选用和掺量,应通过试验验证其搅拌分散性和耐磨性,应优先选用耐候性好的无机类颜料;面层保护剂的选用应重点考虑耐磨性和抗老化性能,一般选用氟碳树脂类材料。
搅拌生产控制要点
为保证透水混凝土孔隙的均匀性,要求材料入机后必须搅拌均匀,拌合物中不能有粘团和骨浆分离现象。要求采用强制式搅拌机进行搅拌,每次搅拌的容量应与施工速度保持一致,搅拌开始到摊铺结束的时间间隔不宜超过30分钟,以免影响浆料的正常粘结和硬化。此外,应根据配合比要求设定好每盘材料投料数量,计量要准确,不可仅凭目测加料,必须每盘计量并记录。当骨料含水时应进行配合比调整,以确保透水混凝土浆体的数量和稠度符合设计要求。
为确保透水混凝土的透水系数,拌制时对混凝土加水量应严格控制,太干影响骨料粘结,太稀造成骨料裹浆困难同时浆料积底堵塞孔隙。一般是先把50%左右的用水量、骨料投入搅拌机搅拌60s左右,然后添加外加剂水泥等材料再搅拌30s左右,后,将剩余水量加入搅拌40s左右即可,拌制好的透水混凝土应该是手握成团,手松团散,骨料裹浆均匀无流淌,浆体表面泛有光泽。当设计要求是彩色面层时,为节约成本,一般采取分层施工的方法进行施工,首先拌制底层原色透水混凝土,骨料可以采用10~16的稍大骨料以提高混凝土的透水率和强度,可以不掺颜料,摊铺后迅速滚压1~2遍,随后进行面层彩色混凝土的拌制,确保在底层初凝之前进行面层彩色透水混凝土的摊铺。为增加面层透水混凝土的平整性和美观度,面层一般采用4~7的小骨料进行拌制,同时为防止底层与面层透水混凝土产生混杂而影响色彩效果,一般需采用不同的搅拌设备分别进行搅拌和运输。
透水混凝土路面的效应
3.1 削减地表径流
相对于不透水路面,透水混凝土路面可以雨水的入渗量,使城市地表径流系数减小,雨水汇流速度减慢,从而使城市降雨径流总量减少、径流洪峰延后,使洪水过程线从之前的峰高坡陡改变为峰低坡缓,对于防止城市内涝有着举足轻重的作用[7]。
3.2 补充地下水并**水质
地下水是城市供水水源的重要补充,而降雨又是地下水的重要来源,但是不透水路面却阻断了降雨下渗,使得大部分降雨通过城市排水管网排出,造成地下水得不到有效的补充,使地下水水位不断降低,形成了地质学上的“漏斗型”地下水位,进而引发地面下降,沿海地区还会导致海水倒灌。另外,地表径流过程中会携带大量污染物,其进入自然水体后,必定会加重自然水体的污染程度。而透水混凝土路面通过自身与地面下垫层相连通的渗水路径使径流渗入下部土壤,以维持地下水水位稳定,防止水位下降,从而避免了由于地下水位下降而引发的地面下降的问题。通过下渗,路面径流污染也可以得到削减,Tennis等[8]通过2项实验研究表明透水混凝土有很高的污染物去除率,弗吉尼亚州[9]的污染物去除率达到了82%,而马里兰州的污染物去除率高达95%。可见,透水混凝土路面对于补充地下水和**水质起到了重要作用。
3.3 改善生态环境
城市不透水路面铺装破坏了原有的自然生物环境,而透水混凝土路面铺装因具有良好的渗水性及保湿性,既兼顾了人类活动对于硬化地面的使用要求,又能通过自身性能接近草坪和土壤地面的生态优势,减轻了对大自然的破坏程度,使透水混凝土路面以下的动植物及微生物的生存环境得到有效的保护。
3.4 改善城市热环境
透水混凝土路面由于具有与外部空气及下部透水垫层相连通的多孔构造,其地面下垫层土壤中丰富的毛细水通过自然蒸发和蒸腾作用能够使地表的温度降低[10],从而有效地缓解了“热岛效应”。
3.5 吸声降噪
根据Hendrickx的研究,透水混凝土路有显著的吸声降噪作用[11]。由于透水混凝土特有的多孔结构,当声波打在其表面时,声波引起小孔或间隙内的空气运动,紧靠孔壁表面的空气运动速度较慢,在摩擦力和空气运动粘滞阻力的作用下,一部分声能转变为热能,从而使声波衰减;此外,小孔中空气和孔壁的热交换引起的热损失,也能使声能衰减。
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