第1章 透水混凝土简介1.1 透水混凝土的历史背景透水混凝土的研究应用始于100多年前，据vMMalhortra记载：1852年英国在 建造工程中由于缺少细骨料，开发了不含细骨料的混凝土，即透水混凝土。美国在 20 世纪60年代就开始了对普通混凝土及透水性混凝土配合比设计方法的研究。1995年， 南伊利诺伊大学的 Nader Ghafoorim 阐述了不含细骨料混凝土的概要。提出了透水混凝 土这一概念，讨论了透水混凝土作为铺路材料的使用技巧，对其物理力学性质及状态， 特别是对冲击加固法进行了探讨研究，讨论了加固时的能量、效果、调配、制造时的技 术等对硬化后混凝土的物理力学性能所产生的影响；并且还在磨耗性及抗冻性方面进行 了阐述。在日本，为了解决因抽取地下水而引起地基下沉等问题，在20世纪70年代后 期提出了“雨水的地下还原政策”，着手开发透水性混凝土铺装，并应用于实际工程。 从那时起透水混凝土逐渐被人们所关注1。1.2 透水混凝土的概念透水混凝土是由粗骨料、水泥和水及添加物拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不 含细骨料，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、透水和重量轻等特点2。1.3 透水混凝土的结构透水混凝土主要组成材料为水、水泥、集料及其他增强材料。透水混凝土集料采用 骨架空隙型级配，水泥净浆或加入少量细集料或增强材料的砂浆薄层包裹在骨料颗 粒表面形成骨料颗粒间胶结层，骨料颗粒通过硬化的水泥（砂）浆薄层堆聚形成多孔“拱 架”结构，其内部存在着大量连通孔隙，且多为直径超过1mm的大孔。透水混凝土的透 水透气性能取决于其内部的连通孔隙率及孔径大小；力学强度取决于集料强度、胶结层 强度、胶结层与集料的界面黏结质量和黏结点数量、集料颗粒相互嵌挤形成的“拱架” 结构的质量；表面粗糙度主要取决于集料粒径大小3。聚体胶皓层骨料透水混凝土结构示意图14透水混凝土的种类到目前为止，用于道路铺装和地面的透水性混凝土主要有三种类型。141水泥透水性混凝土这是以硅酸盐类水泥为胶凝材料、采用单一粒级的粗骨料，不用或少用细骨料配制 的无砂、多孔混凝土。该种混凝土一般采用较高强度的水泥，骨灰比为3.0-4.0,水灰 比为0.3-0.35。混凝土拌合物较干硬，采用加压振动成形，形成具有连通孔隙的混凝 土。硬化后的混凝土内部通常含有20%左右的连通孔隙，相应的表观密度低于普通混凝 土，通常为1 700-2 200 kg/皿。抗压强度可达15-35 MPa,抗折强度可达3-5 MPa， 透水系数为1-15mm/ s。1.4.2高分子透水性混凝土这是采用单一粒级的粗骨料，以沥青或高分子树脂为胶结材料配制的透水性混凝 土。与水泥透水性混凝土相比，该种混凝土强度较高，但成本也高。同时由于有机胶 凝材料耐热性较差，在日光大气因素作用下容易老化，其性能受温度影响较大，尤其 是温度升高时，容易软化流淌，使透水性受到影响。因此，在保证空隙的前提下， 抗老化、热稳定性就是保证质量的关键。1.4.3 烧结透水性制品以废弃的瓷砖、长石、高岭土、粘土等矿物的粒状物和浆体拌合， 压制成坯体， 经 高温煅烧而成，具有多孔结构的块体材料。该类透水性材料强度高， 耐磨性好， 耐久 性优良， 但烧结过程需要消耗能量，成本较高， 适用于用量较小的园林、广场、景观 道路铺装部位。1.5 透水混凝土的生产工艺透水混凝土的投料顺序采用先将水泥、掺合料、骨料投入搅拌机进行搅拌lmin,再 加入外加剂和一半的水量搅拌lmin,最后投入剩余水量，搅拌均匀后出机，出机速度慢 于普通混凝土,适用于混凝土搅拌运输车运输。透水混凝土拌合物中水泥浆的稠度大, 石子用量多，为了使水泥浆能够均匀地包裹在骨料上，搅拌时间不宜低于 3min4。透水混凝土生产工1.6 透水混凝土的优越性透水凝土具有其独特的优越性，比一般混凝土更具有代表性。我们从比较中不难看出。透水混凝土与一般混凝土的比较比较项目透水混凝土普通混凝土排水透水性排水性和透水性好，能实现自由排水自身多孔性，过滤效果好不具备透水性，只能通过排水管渠实现 排水无过滤性能，不能降低暴雨对城市水体 的污染蓄水性能充分利用雷雨降水，增大地 表相对湿度，补充地下水资源， 发挥透水性路基的“蓄水池” 功能没有蓄水功能，硬化的地面使天降雨水 不能够直接渗透入地面而被转化为地下 水。环境效应能调节城市地表空间的湿度、 温度等气候条件，能使地面与 空气进行热量与温度的交换 具有吸声降噪的特点没有改善环境的功能，产生热岛现象吸声差，不能有效防治噪声污染第2章 透水混凝土的发展现状2.1 透水混凝土在国内外的发展2.1.1 国内发展状况世界上一些发达国家对透水混凝土研究和应用已有近 30 年的历史。1979 年，在美 国佛罗里达州 saraaota 地区的一座教堂附近，首次使用无砂多孔混凝土建了停车场， 并获得透水性混凝土的专利，随后，美国的新墨西哥州和犹他州将无细集料混凝土作为 路面面层材料用于停车区路段。德国从 20 世纪 80 年代起就致力于不透水路面的改造， 其目标是在 2010 年把全国城市 90的路面改造为透水路面。德国南部的弗莱堡是当今 著名的生态城市，10 多年前，弗莱堡提出了建生态城市的规划，彻底拆除城市所有的硬 化地面（公路除外），代之以多种形式的透水地面，结果使弗莱堡的地下水位逐渐回升， 植被能完全脱离人工浇灌而郁郁葱葱。由于透水地面能通透“地气”，因而感到地面夏 天凉爽、冬天暖和；雨季透水、冬季易化雪（不结冰）；能吸附粉尘并减少扬尘污染等， 大大提高了环境的舒适度。日本是资源缺乏的国家，因此特别重视水资源和生态环境保护。在20世纪80年代 初，日本就在全国推行了“雨水渗透计划”，即：从理论研究到应用开发、从原材料品 质到设计方法、从施工工艺到设备选型、从技术规范到法律法规都开展了一系列工作。 日本混凝土协会在19941995年设立了“生态混凝土研究委员会”，以多孔混凝土为主 要课题进行研究并取得了大量的成果，且在国内多个城市推广应用。目前，日本国内各 种车用道路（包括高速公路）、步行道、各种广场和体育设施场地、公园和公共绿地等都 广泛采用了透水混凝土。从2001年至今，凡是新的市政建设和改造翻修项目全都应用 了透水工程材料7。2.1.2国外发展状况本世纪初，我国相继开展透水混凝土的应用。杭州市除运河治污工程外，从 2005 年开始在城市市政建设中大规模推广使用透水工程材料。据不完全统计，至2007年杭 州市铺设透水混凝土面积达30万m2。北京市仅在奥运场馆建设中铺装透水工程材料达 10多万m2。在奥运公园水环境设计思路的讨论会上，一位专家提出，奥运公园最重要的 设计之一，应是让地面具有很好的雨水回渗功能。上海在新建改建公园中积极推广透水 材料铺装，2010年举办的上海世博会工程、特奥会训练基地建设大量采用透水混凝土铺 装。建设部也在大力推广透水混凝土材料，这标志着城市建设逐步走出硬化的误区，向 人们展示一种全新的，具有环境、生态、水资源保护功能的地面铺设7。2.2透水混凝土在工程中的应用及优越性能的体现2.2.1透水混凝土在路面工程中的应用及体现国家体育场“鸟巢”工程的湖边西路道路工程从南一路至辛店村，面积达9700多 m2,用透水混凝土铺设。透水混凝土在国家体育场“鸟巢”工程的湖边西路道路得到了 较大面积的成功应用。经过权威部门检测，达到了 C20混凝土设计标号的强度，透水系 数达到6. 2 mm/s，孔隙率达到28%，抗冻融大于50。2.2.2 透水混凝土在园林绿化工程中的应用及体现透水混凝土经过压模、压印、压花，成为一种防水、防滑、防腐的绿色环保地面装 饰材料。它是在未干的水泥地面上加上一层彩色强化料（起装饰和强化混凝土作用）及着 色脱模粉（起二次着色和脱模作用），然后用专用的模具在水泥地面上压印。在混凝土表 层依靠彩色强化料、着色脱模粉、专用成型模、专业工具以及环保养护剂，在铺设混凝 土时能在其表面层上创造出逼真的大理石、石板、瓦片、砖石、岩石、卵石等自然效果 的地面材料工艺。经过这些装饰的混凝土能使水泥地面永久地呈现各种色泽、图案和质 感，逼真地模拟自然的材质和纹理，随心所欲地勾划各类图案，而且愈久弥新，使人们 轻松地实现建筑物与人文环境，自然环境和谐相处，融为一体的理想8。2.2.3 透水混凝土在城市排水防涝中的应用及体现2007 年 7 月中下旬，重庆、济南和武汉等城市先后遭受特大暴雨袭击，主城区出现 大面积积水，导致交通严重受阻、市民出行艰难，并给人民生命财产带来巨大损失。究 其原因，除了降雨强度巨大、城市地下排水管网排涝标准设计较低和城市排水系统年久 失修、排洪泄洪能力不足等外，城市化速度加快而城市透水能力不断减弱也可以认为是 一个重要的因素。广州市市政园林局为了解决“水浸街”难题，首次在旧城区进行“透 水性路面材料”的应用研究。市政部门选择了中山七路陈家祠北侧、康王北路西侧的龙 源社区内一段约 260m 长的道路作为实验路段。经过测算，该路面每平米一分钟就能吸 收 270 升左右的水，而广州雨量也不过100 毫升分钟，铺装后，路面积水会一部分直 接渗透入地下，一部分从排水系统收集，可以协助城市排水系统有效排涝。因此，透水 性混凝土路面的铺设能大大缓解排水管道网的压力，从而减少雨水浸街9。2.3 影响透水混凝土性能的因素2.3.1 水灰比水灰比既影响混凝土的强度，又影响其透水性。透水混凝土的水灰比一般随着水泥 用量的增加而减少，但只是在一个较小的范围内波动。对确定的某一级配骨料的水泥用 量，有一最佳水灰比，此时透水混凝土才会具有最大的抗压强度。当水灰比小于这一最 佳值时，水泥浆难以均匀地包裹所有的骨料颗粒，工作度变差，达不到适当的密实度， 不利于强度的提高。反之，如果水灰比过大，易产生离析，水泥浆会从骨料颗粒上淌下， 形成不均匀的混凝土组织，既不利透水，也不利于强度的提高6。2.3.2 胶结材料透水混凝土性能在不同强度胶结材料的影响条件下，透水混凝土强度随着水泥石强 度的增加而提高。与普通混凝土相似，透水混凝土形成强度主要靠胶结材料的强度，胶 结材料强度增加，透水混凝土的强度当然随之增大。2.3.3 骨灰比多孔透水混凝土的抗压强度主要由粗骨料之间的咬合摩擦力以及骨料与水泥浆体 的粘结强度决定。水泥浆体的抗压强度主要由水灰比决定，在一定水灰比下。水泥用量 的增大使得界面厚度增大，粘结面积以及粘结点的数量增加，从而提高了它的抗压强度。 另外，随着水泥用量的增大，骨料颗粒之间的粘结状况可能会发生变化，由原来通过水 泥浆体的点接触粘结发展为通过水泥浆体的面接触粘结，从而使得多孔透水混凝土的抗 压强度增加。随着水泥用量的增大，粗骨料之间原来连通的孔隙会逐渐减小变得不连通， 整个骨架透水的通道减少而使其透水系数降低。又因水泥浆体的流变性比较大，水泥用 量的增大将使其更趋于采用填充骨料之间空隙的方式来构成结构；因此使得多孔透水混 凝土的空隙率及透水系数显著下降6。2.3.4 搅拌工艺由于透水混凝土水泥浆较少，微量或无细集料，在成型时若采用机械振捣的方式， 将使水泥浆聚集到底部，使混凝土底部封闭，失去透水能力。故可采用轻型击实的方法， 显然开始时随着锤击次数的增加，强度及体密度逐渐增大，减小了内部的空隙。但当锤 击次数达到一定程度以后，透水混凝土已基本密实了。这时强度及体积密度也不会有明 显变化。2.4 透水混凝土在发展中存在的问题及建议2.4.1 透水混凝土在发展中存在的问题（1）透水性混凝土虽然具有良好的透水性，但力学性能与普通混凝土相比有所下 降。（