路用透水性混凝土研究现状与发展趋势

路用透水性混凝土研究现状与发展趋势 摘要首先从再生骨料品质与掺量、水胶比、透水性混凝土成型工艺与养护机制及矿物掺合料等影响因素方面总结了透水性混凝土抗压强度与透水性能研究进展,指出再生骨料品质与掺量和水胶比是影响再生透水混凝土强度和透水性的主要因素。然后对疲劳荷载与硫酸盐腐蚀作用下透水性再生混凝土路用性能研究成果进行了评述,认为疲劳荷载与硫酸盐侵蚀都加剧了再生透水性混凝土的耐久性失效。Z后提出了路用透水性再生混凝土性能研究尚需解决的关键科学问题,包括多因素耦合作用下透水性再生混凝土性能变化规律与失效机理,基于性能的设计方法等。 

    据保守估计，我国废弃混凝土年均产量1亿t左右[1]，除了极少数低层次被再生利用于路基基层等非承重结构外，绝大部分被填埋或堆放，既污染环境，又浪费资源。与此同时，我国年均混凝土生产量达15亿~20亿m3，砂石骨料需求量超过100亿吨[1]。砂石的过度开采已造成山体滑坡、河床改道，破坏了骨料原生地生态环境的可持续发展，我国的骨料（河砂、卵石）在有些地区已枯竭。寻找可替代的骨料来源、对废弃混凝土的处理与处置以及对环境可持续发展的关注，引发了对废弃混凝土再生利用研究的热潮。其中，以废弃混凝土为再生骨料取代骨料制备路用生态透水性再生混凝土更是引起学术界与工程界的广泛兴趣[2-4]。

    透水混凝土习惯上也称无砂混凝土、多孔混凝土、多孔连续绿化混凝土、大孔混凝土等。美国混凝土协会与日本混凝土协会分别将其描述为“一种由水泥结合而成的开放级配混凝土”和“拥有20%以上连通孔隙的混凝土”，中国建筑科学研究院则定义为“由水泥、粗集料和水拌和而成的无砂混凝土”。

    相对于传统的路面硬化铺装，透水性混凝土道路的铺设带来了很多优点[5-8]:

    (1)透水性铺装地面能够使雨水迅速渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时的补充，并且能够有效减轻降雨季节道路排水系统的负担。

    (2)透水性混凝土路面不仅可以吸收表面的水分，由于表面空隙较大，可以有效吸收车辆行驶时产生的噪音，降低城市交通的噪声污染，,改善车辆行驶以及行人行走的舒适性与性。

    (3)透水性地面由于自身一系列与外部空气及下部透水垫层相连通的多孔构造，在降雨过后，透水性地面下垫层土壤中丰富的毛细水通过自然蒸发和太阳辐射作用下的蒸腾作用使地表的温度降低，从而能够有效地缓解城市的“热岛效应”。

    将废弃混凝土再生利用以制备路用生态透水性再生混凝土，一方面可以发挥透水性混凝土的生态环保效应，另一方面可以变废为宝，节省骨料资源，对于改善城市环境和维护生态平衡等都具有重大的现实意义。

    本文首先从透水性再生混凝土的基本性能-强度与透水性入手，考虑再生粗骨料品质与掺量、水胶比、成型工艺与养护机制以及矿物掺合料等主要影响因素，归纳总结了国内外相关研究成果；然后从路用透水性再生混凝土实际工作状态出发，评述了疲劳荷载与硫酸盐侵蚀作用下的研究现状；Z后提出了上述方面发展领域尚待解决的一些关键科学问题。

1 透水性再生混凝土强度与透水性

1.1 再生粗骨料品质与掺量及规格

    再生粗骨料与石子的本质区别在于其表面吸附了大量的水泥砂浆，加之生产过程中产生的众多内部微裂纹与累积损伤，导致与石子相比，再生粗骨料具有密度低、孔隙率与吸水率高、压碎值大等显著劣势。再生粗骨料的品质与掺量成为影响透水性再生混凝土性能的主要因素。再生粗骨料的品质越低，掺量越大，透水性再生混凝土的强度也越低。

    Rizvi Rabiah等[9]研究了再生粗骨料取代率为15%、30%、50%、100%条件下透水性再生混凝土的性能，发现随着取代率的提高，抗压强度逐渐降低，孔隙率与渗透性增大，在取代率为50%时抗压强度和透水系数都较为理想。

    曹玉书等[10]将再生碎砖和再生废弃混凝土粗骨料按照100：0；70：30；50：50；30：70；0：100进行混合制备透水性再生混凝土。结果表明：随着再生骨料掺量的增大，透水混凝土抗压强度呈指数形式增长，透水性变化较小，证明骨料品质越高，所制备的透水性混凝土性能越佳。

    薛东杰[11]采用水泥浆体外掺硅粉的方式来改善再生粗骨料的表面状态从而达到强化再生骨料的效果，试验结果表明水泥浆体外掺硅粉改性的粗骨料制备再生透水混凝土强度可达28.8MPa，透水系数10mm/s左右，可以满足工程需要。

    再生粗骨料的级配情况直接会影响透水性混凝土的强度和透水性以及一些其它的性能，粗骨料粒径愈小,骨料堆积颗粒间的接触点愈多,配制的透水性混凝土的强度越高,透水性能就越差，反之亦然。从强度与透水性综合考虑，采用5-10mm的单粒级比10-20mm与16-31.5mm效果好[12-13]，适当增加2.36-4.75mm粒径的比例，可在透水性满足要求的前提下获得较高的强度。

1.2 水胶比

    水胶比对透水性再生混凝土强度和透水系数的影响至关重要[14]。水胶比过低，浆体不能与骨料充分粘结，成型困难，导致透水性再生混凝土强度较差；而水胶比过高，粗骨料表面的水泥浆体厚度减薄，水泥强度下降，造成骨料间粘结强度下降而使透水混凝土强度降低。透水性再生混凝土适宜水胶比一般在0.28-0.32之间[15-19]。

    Pang Gai-Fei等[20]研究了水胶比在高温加热的条件下对性能的影响。实验主要采用高低两种水胶比（W/B为0.255和0.586），探讨了透水混凝土抗压强度和断裂能力。结果表明：低水胶比在无高温加热的条件下，抗压强度和断裂能力明显比高水胶比优越。然而在高温加热时，再生透水混凝土性能低水胶比却比高水胶比低。

    Saeid Hesami等[21]研究0.27、0.33和0.4三种水胶比对掺加稻壳灰和纤维透水混凝土的影响，通过收缩实验得到一个明显的趋势，水胶比在0.33时透水混凝土的力学性能达到Z好。

    朱平华等[22]研究颜料、水胶比、矿渣、粉煤灰和纤维对再生透水混凝土的抗压强度、弯拉强度和透水系数的影响，指出水胶比是影响路用透水型生态再生混凝土性能的Z主要、Z显著因素。陈春红[23]和孙家英[24]也得出相同结论。