生态型透水混凝土物理力学性能研究进展.pdf

0前言 随着国民经济发展,城镇化建设加快,交通基 础设施建设日益完善,越来越多的自然透水地面及 路面被不透水材料所覆盖1。 传统的不透水路面越 来越多,对自然环境的影响越来越严重,一方面阻 碍了雨水向地下的渗透, 导致地下水补给减少,同 时会导致路面雨水径流量加大,形成积水并溶解和 带走路面的污染物,加剧雨水的污染,为了保护地 下水环境,雨水不可直接排入自然水体中,必然需 要建造大量的蓄水库及净化厂2;另一方面,会形成 城市“热岛效应”,城市居民必然需要额外运行冷却 设备等来降温,但此举会增加用电量及二氧化碳的 排放,不利于环境保护3;其它还会造成雨天行车 “漂滑”、“飞溅”、“夜间眩光”等不利影响。 鉴于此, 国内外学者从结构功能、经济性及生态性等角度出 发,提出了透水混凝土。 透水混凝土是一种特殊的生态混凝土,选用合 理级配的粗骨料,没有或少许细骨料,利用胶凝材 料将粗骨料胶结成多孔的、内部孔隙相连通的混凝 土,具有透气透水、轻质、强度偏低等特点4。 为了进 一步拓宽透水混凝土的使用范围,解决透水混凝土 自身存在的强度偏低等问题,国内外专家学者进行 了大量的研究,同时为了帮助设计人员、工程师及 规划人员等深入了解透水混凝土,本文简要总结了 近年来透水混凝土的力学性能、 透水及抗堵塞性 能、抗冻融耐久性、耐磨性及净水性能等方面的主 要研究成果,并给出了相应的建议。 1透水混凝土基本力学性能研究 由于透水混凝土孔隙率较大,且骨料之间大多 为点连接,导致透水混凝土抗压强度、抗拉强度及 抗弯强度偏低,限制了使用范围。 鉴于此,近年来国 内外学者开展了大量研究。 Jayanta 等5研究了粗骨料种类及粒径对透水混 凝土孔隙比、抗压强度等性能的影响。 骨料 a 由粒 径为 1012mm 的玄武岩石子和粒径为 6.510mm 的碎石按重量 14 混合而成, 骨料 b 为粒径为 12 16.5mm 和 6.510mm 的玄武岩石子按重量 23 混合 而成。 试验结果表明,骨料 a 的透水混凝土孔隙比 为 28.3%,骨料 b 粒径较大,其孔隙比为 34.3%;骨 料 a 的透水混凝土 7d、21d、28d 的立方体抗压强度 分别为 8.7MPa、13.1MPa 和 14.5MPa,骨料 b 的立方 生态型透水混凝土物理力学性能研究进展 张卫东 1,王成武1,陆 路 2,顾文虎1,彭宁波1 （1. 淮阴工学院建筑工程学院,淮安 223001;2.大连理工大学建设工程学部,116000） 摘要:为了缓解城市环境问题,促进人类生存环境的良性发展,透水混凝土逐渐被关注并被用作低交通量道 路的路面材料。 本文简要总结了近年来透水混凝土在基本力学性能、透水及抗堵塞性能、抗冻融耐久性、耐磨性及 净水性能等方面的主要研究进展,综合分析了目前透水混凝土研究中的不足之处,并对该领域的发展趋势提出了 一定的建议和意见。 关键词:透水混凝土；环境；性能；发展趋势 Abstract: In order to alleviate the problem of urban environment, to promote the benign development of human living environment, pervious concrete is gradually being concerned and used as pavement material for low-volumn roads.The main research progress of basic mechanical properties, water permeability and anti clogging performance, freezing and thawing durability, abrasion performance and water purification performance of pervious concrete in recent years are sum- maried briefly, the deficiency of the current research on pervious concrete is analyzed comprehensively, and the develop- ment trend of the field is proposed. Key words: Pervious concrete; Environment; Performance; Development trend 中图分类号:TU528.01文献标识码:C文章编号:1000-4637(2017)02-17-08 基金项目：住建部科学技术项目（2016-k4-083）;江苏省高校 “青蓝工程”优秀骨干教师基金项目;固体废弃物再生利用技 术重点实验室基金项目（HAP201302）;淮安市科技计划基金 项目（HAS2014021-3）。 2017 年第 2 期混 凝 土 与 水 泥 制 品2017 No.2 2 月CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTSFebruary 17- 万方数据 体抗压强度依次 6.9MPa、10.2MPa、11.5MPa,表明透 水混凝土抗压强度随着龄期的增长而增加,且同时 表明骨料 a 透水混凝土抗压强度始终高于骨料 b, 约为其 1.26 倍,主要是孔隙比越大越不利于其强度 的增长。 Gneyisi E 等 6 开展了再生骨料取代率（0、 25%、50%、75%、100%）、水灰比（0.27、0.32）及砂石 与水泥比（3.70、5.75）等对透水再生混凝土干密度、 孔隙率、 抗压强度及劈裂抗拉强度影响的试验研 究。 试验结果表明,透水再生混凝土的干密度约为 普通混凝土干密度的 70%80%,并随再生骨料取代 率的增加而下降,主要原因是再生骨料的密度低于 天然骨料;同等取代率条件下水灰比为 0.27 试件的 干密度均高于水灰比为 0.32 的试件,主要原因是透 水混凝土孔隙率较大, 且水灰比越大水泥含量越 小;孔隙比同样也受再生骨料取代率及水灰比的影 响,具体表现为水灰比为 0.27 条件下随着取代率的 增加孔隙比由 21.3%上升到 23.4%, 而水灰比为 0.32 的试件孔隙率则由 22.4%上升到 25.3%; 抗压 强度及劈裂抗拉强度均随再生骨料取代率的增加 而下降, 水灰比为 0.27 的试件抗压强度由 20.0 下 降 到 13.9MPa, 劈 裂 抗 拉 强 度 由 1.29 下 降 到 1.04MPa, 同条件下劈裂抗拉强度约为抗压强度的 6.45%7.80%,略低于普通混凝土的拉压比;水灰比 对透水再生混凝土强度影响趋势同普通混凝土。 Medhani R 等7以保证透水混凝土透水性能及 抗弯强度为前提, 以获取最大抗压强度为目标,开 展了五种配合比及三种压实法对透水混凝土力学 性能影响的试验研究,并明确了最佳的配合比和压 实法。 试验结果表明,最优配合比为水泥粉煤灰石 子砂水高效减水剂固化剂为 29.648.52208.8 5.56130.220.11,采用此配合比并用普氏压实法制 作的试件抗压强度最大,约为 24.13MPa。 Longhi M 等8研究了三种水泥（普通水泥、石灰 岩水泥、纳米水泥）对同一配合比下透水混凝土基 本力学性能的影响。 结果表明,使用这三种水泥制 作的透水混凝土 7d 抗压强度分别为 21.7MPa、 22.2MPa、26.4MPa,28d 抗压强度分别为 24.4MPa、 24.5MPa、27.0MPa。 可见,透水混凝土抗压强度随着 龄期的增长而增加,但增加速率与水泥种类有一定 关系,采用前两种水泥的透水混凝土抗压强度基本 接近,但均低于纳米水泥的抗压强度;三种水泥制 作的透水混凝土 28d 抗折强度大体一致,但纳米水 泥的抗折强度最大,而石灰岩水泥的最小。 Chindaprasirt P 等9研究了废弃轻骨料（蒸压加 气混凝土砌块）、细骨料（砂、粉煤灰）的掺入对再生 轻质透水混凝土密度、孔隙比、抗压强度、劈裂强度 及抗弯强度的影响。 研究结果表明,普通再生轻质 透水混凝土的密度约为 775kg/m3, 随着细骨料的掺 入,密度呈上升趋势;孔隙比随着细骨料掺量的提 高而下降,当细骨料掺量为 30%时,孔隙比约为基 准再生轻质透水混凝土（无粉煤灰或细砂）的 70%, 其中粉煤灰对孔隙比影响相对于细砂而言较为显 著; 再生轻质透水混凝土的抗压强度约 1.9 4.1MPa, 劈裂强度约 0.460.79MPa, 抗弯强度约 0.731.14MPa, 三种强度均随着细骨料的掺入而增 加,28d 时抗压强度、劈裂强度及抗弯强度最高分别 增加了 116%、72%及 56%,其中掺入粉煤灰后强度 提高更为明显。 通过试验数据分析发现,再生轻质 透水混凝土抗压强度与劈裂强度、抗压强度与抗弯 强度之间的关系不再遵循 ACI 318 中推荐的公式, 并给出了修正公式（1）、（2）： fst=0.38 fc() 0.50 （1） fr=0.56 fc() 0.50 （2） 式中： fc 为再生轻质透水混凝土抗压强度, MPa;fst为再生轻质透水混凝土抗折强度,MPa;fr为 再生轻质透水混凝土抗弯强度,MPa。 Joshaghani A 等10利用田口方法开展了透水混 凝土密度、孔隙率及抗压强度的试验研究,进一步 确定影响透水混凝土物理力学性能的影响因素。 研 究结果表明,随着骨料粒径的增大,透水混凝土的 孔隙率随之增大,抗压强度随之下降,即孔隙率增 大导致抗压强度下降。 通过比较分析,发现影响抗 压强度最关键的因素是水泥浆的含量。 Ibrahim H A 等11研究了棕榈油熟料取代率（0 100%）对水灰比为 0.3 的透水混凝土物理力学性能 的影响。 试验结果表明, 当棕榈油熟料取代率由 0 上升到 100%时, 抗压强度则从 9.52MPa 逐渐下降 到 3.43MPa,密度也随之下降,最高损失约为 65%; 孔隙率则随着取代率的增加而增加;综合分析各项 性能后建议 25%取代率为最佳取代率。 Chang J J 等12开展了电弧熔炉钢渣和碱矿渣水 泥对透水混凝土物理力学性能影响的研究,发现采 用碱矿渣水泥的透水混凝土的抗压强度高于采用 硅酸盐水泥的透水混凝土,用电弧熔炉钢渣和碱矿 渣水泥制作的试件 28d 抗压强度均超过 35MPa,且 透水系数达到工程要求。 Zhong R 等13研究了透水混凝土内部孔隙特征 对其抗压强度的影响,发现影响抗压强度的主要影 2017 年第 2 期混凝土与水泥制品总第 250 期 18- 万方数据 响参数有总体孔隙率、骨料粒径、平均孔隙尺寸,其 中总体孔隙率和骨料粒径比较容易控制,平均孔隙 尺寸较难把握;提出了一种线性路径函数来建立孔 隙尺寸,并利用图像分析法加以验证;并结合孔隙 分布情况提出了一个关于应力-应变关系的半经验 公式。 Wu M H 等14开展了水灰比、骨料粒径及焚烧 底灰（取代级配砂岩）对透水混凝土砖力学性能的 影响, 发现 11 种配合比的透水混凝土砖的抗压强 度均超过了传统红砖,其中水灰比为 0.55 时抗压强 度普遍较高;透水混凝土砖透水系数低于传统透水 混凝土但满足路用透水砖渗透系数的要求。 Brake N A 等15对切口三点弯曲透水混凝土试 件进行了抗弯强度及尺寸效应试验研究。 研究结果 表明,抗弯强度尺寸效应明显,可利用 Bazant 尺寸 效应律反推出试件的抗拉强度,且具有较好的相关 性; 分析发现抗拉强度及断裂能尺寸效应不明显; 通过修正 Bazant 的尺寸效应律 SEL 可分析其抗弯 强度随尺寸的变化关系。 Zhong R 等16针对中高强度透水混凝土的压缩 性能进行了相应的研究,基于 27 组试验数据,验证 了现有混凝土抗压强度计算模型的有效性,对比分 析后基于现有方程的基础之上综合考虑了基准透 水混凝土强度、骨胶比及骨料粒径等影响因素后提 出了适用于透水混凝土的扩展方程。 Zaetang Y 等17开展废弃粉煤灰及底灰对透水 混凝土物理力学性能影响的试验研究。 具体做法为 利用底灰取代部分天然骨料、粉煤灰取代部分硅酸 盐水泥并采用高温养护,同时使用 NaOH 激发废弃 粉煤灰的胶凝作用。 试验结果显示,随着粉煤灰取 代率的提高透水混凝土抗压强度随之下降;养护温 度为 90C 时对强度的影响较大, 此养护温度下透 水混凝土密度约 14661502kg/m3,抗压强度约 5.6 8.7MPa。 Giustozzi F18研究了聚合物对透水混凝土抗压 强度、抗弯强度、孔隙率及变形等性能的影响。 研究 结果显示,聚合物对透水混凝土的相关物理力学性 能影响不一,可以提高透水混凝土的压实度及力学 性能, 对孔隙率及透水性能没有实质性的影响,但 会延缓水泥水化, 影响早期抗压强度。 除此之外, Giustozzi F 还研究了四种类型的聚合物对透水混凝 土物理力学性能的影响,认为不可忽视聚合物类型 的影响。 Maniarasan S K 等19研究了 10 组配合比下透水 再生混凝土的抗压强度、抗拉强度及抗弯强度。 具 体配合比中考虑了粗骨料的粒径范围（1012.5mm, 1920mm）、 细骨料取代粗骨料的百分率 （5%、 10%）、粉煤灰取代水泥的百分率（10%、20%）及粗 骨料的形状。 通过对试验数据的整理分析,探讨了 各变化参数对透水混凝土各物理力学性能的影响, 并给出了各强度间的关系式。 Barnhouse P W20为了解决大孔隙透水再生混 凝土的孔隙率较大及再生骨料力学性能偏低等问 题,提出了添加细砂或 TiO2的解决措施,进行了透 水再生混凝土物理力学性能试验研究,并评估了再 生骨料对其抗压强度的影响程度。 试验结果显示, 再生骨料取代天然骨料后,透水再生混凝土的抗压 强度等力学性能指标下降不明显,但对其它物理性 能影响较为显著;大孔隙透水再生混凝土力学性能 的主要影响因素与传统透水混凝土的不一致,不是 主要取决于单位密度、孔隙率及骨料类型等,而主 要由骨料之间的黏合强度决定;相同水胶比等条件 下,添加 7%的细砂或 2.5%的 TiO2时,大孔隙透水 再生混凝土的抗压强度分别提高 19%和 7%, 当同 时添加上述两者添加剂时, 其抗压强度提高了 28%。 Sata V 等 21 研究了不同水胶比 （0.19、0.22 及 0.25） 下高钙粉煤灰的取代率 （取代水泥百分率 10%、20%及 30%）及骨料粒径尺寸对透水混凝土抗 压强度、抗弯强度及耐磨性能的影响。 研究结果显 示,随着高钙粉煤灰取代率的提高,透水再生混凝 土的抗压强度及抗弯强度均随之下降,但下降幅度 较轻微,其中 28d 最低抗压强度达到基准混凝土强 度的 85%;骨料粒径对透水混凝土的力学性能影响 较大,大粒径骨料的透水混凝土抗压强度及抗弯强 度均高于小粒径骨料的透水混凝土。 刘肖凡等22通过正交试验方法分析比较了水灰 比、骨料粒径、刚性纤维体积掺量及乳液体积掺量 对透水混凝土抗压强度的影响。 研究结果表明,上 述四因素对抗压强度的影响程度从大到小依次为 水灰比、骨料粒径、乳液掺量和刚性纤维掺量,最佳 水灰比为 0.3。 高润东等23研究了低品质活性掺合料（单掺硅 粉、单掺粉煤灰及双掺硅粉粉煤灰）取代部分水泥、 水泥强度等级对透水混凝土胶结层、基本力学性能 的影响。 试验结果表明,水泥强度等级提高后,透水 混凝土的抗压强度及抗折强度分别提高约 47.4%及 44.7%; 采用低品质活性掺合料取代低强度水泥后 透水混凝土强度均有所提高,且比提高水泥等级效 果明显, 抗压强度及抗折强度最高可分别达到 张卫东,王成武,陆路,等生态型透水混凝土物理力学性能研究进展 19- 万方数据 图 1多孔沥青混凝土透水系数与孔隙率关系 图 2透水混凝土透水系数与孔隙率关系 112.1%和 56.9%; 但从力学性能角度考虑单掺低品 质硅粉效果最佳,最佳质量取代率约为 6%,单掺低 品质粉煤灰效果最差,双掺效果处于两者之间。 2透水及抗堵塞性能研究 A.L.Guruji 等24研究了水灰比为 0.3 条件下骨 料种类及粒径对透水混凝土透水性能影响的研究。 研究结果表明,利用粒径 2.3610mm 粗砂作为粗骨 料制成的透水混凝土透水率最高, 约为 0.113cm/s; 利用粒径 4.7512.5mm 粗砂制成的透水混凝土透水 率略低,约为 0.087cm/s;而粒径为 4.7520mm 粗骨 料制成的透水混凝土透水率最低,仅为 0.079cm/s。 Fwa T F 等25利用常水头试验,开展了不同堵塞 阶段透水混凝土与多孔沥青混凝土的透水及抗堵 塞性能研究,两种多孔混凝土均设计了四个目标孔 隙率（10%、15%、20%、25%）。 通过监控渗透系数的 变化来间接反映不同堵塞情况下各自的抗堵塞性 能,试验结果表明,渗透系数随着孔隙率的增加呈 指数增长（如图 1、图 2 所示）。 通过对相同孔隙率下的渗透系数进行比较发 现,所有孔隙率下透水混凝土的渗透系数及抗堵塞 性能均优于多孔沥青混凝土,且随孔隙率的增大差 距有所增大,如 10%孔隙率时两者相差 0.781mm/s, 到 25%孔隙率相差上升到 5.978mm/s。 通过堵塞测试研究发现,随着堵塞循环次数的 增加,透水混凝土及多孔沥青混凝土的渗透系数均 随之呈指数下降关系,且体现出孔隙率越大下降趋 势越明显的趋势。 综合分析,该文作者认为孔隙率 超过 20%后两种路面材料均可以获得较好的渗透 性能及抗堵塞性能。 Lund M S M 等26研究了不同冻融工况、不同冻 融循环次数对透水混凝土渗透性能的影响。 试验结 果表明,渗流系数与冻融工况、冻融循环次数关系 不明显,和非冻融工况下的影响因素相类似,所有 试件的渗透系数与透水混凝土孔隙比关系密切,随 着孔隙比的增大, 渗流系数从 177cm/h 上升到 2478cm/h, 拟合出的关系曲线显示出渗流系数随透 水混凝土孔隙比的增加呈指数增长趋势。 Longhi M 等8通过渗透性试验研究发现水泥种 类对透水混凝土的渗透性能影响较大,在该文作者 考虑的三种水泥中,发现采用纳米水泥制作的试件 透水系数最高,约为 9.9cm/min,而采用普通水泥和 石灰岩水泥制作的试件透水系数较低,仅为前者的 72.7%、47.5%。 Gneyisi E 等27研究发现透水再生混凝土透水 系数与孔隙率、水灰比、砂石与水泥比及再生骨料 取代率关系密切,透水系数随着孔隙比增长呈现指 数增长关系;不同水灰比下透水再生混凝土透水系 数均随再生取代率增加而增加,其中水灰比为 0.27 及 0.32 的透水普通混凝土的透水系数分别为 5.6 及 8.3mm/s, 再生骨料取代率逐渐提高到 100%时, 透水系数分别提高了 33.9%及 54.2%; 透水系数随 砂石与水泥比增加呈现出增大的趋势,具体原因为 Gneyisi E 认为砂石与水泥比越小, 在砂石量保持 不变的情况下,水泥含量越多会提高包裹在砂石表 面的水泥砂浆厚度, 从而填充了骨料之间的空隙, 进而降低了试件的透水性能。 Chindaprasirt P 等9研究了细骨料（砂、粉煤灰） 的掺入对再生轻质透水混凝土透水性能的影响。 其 研究结果表明,透水系数随细骨料掺入的提高而下 降,当细骨料的掺入为 30%时,透水系数约为基准 再生轻质透水混凝土（无粉煤灰或细砂）的 18%,其 中细砂对透水系数影响显著于粉煤灰;关于透水系 数与孔隙比间的研究结果与大多学者类似,其随孔 k=0.3001e0.1305P R2=0.8648 12 10 8 6 4 2 0 0510152025 孔隙率 P/% k=0.5024e0.1324P R2=0.9219 0510152025 孔隙率 P/% 20 16 12 8 4 0 2017 年第 2 期混凝土与水泥制品总第 250 期 20- 万方数据 隙比的增加呈指数增长关系。 Kim Y J 等28研究了粉煤灰、纤维及轮胎碎片对 透水混凝土渗透性能的影响。 研究结果表明,轮胎 碎片的掺入降低了透水混凝土的渗透性能且有堵 塞孔洞的趋势;掺入纤维后透水混凝土的承重能力 及渗透速率均得到提高,且渗透速率的提高度与纤 维的几何形状关系密切;瞬时活载的作用会明显降 低透水混凝土的渗流系数、 渗透速率及雷诺数,其 中对掺入粉煤灰的透水混凝土影响尤为明显;基于 可靠度理论,利用线性回归方法提出了透水混凝土 渗透速率的预测公式。 Barnhouse P W29通过对大孔隙透水再生混凝 土渗透性试验数据分析, 发现 Carman-Kozeny 方程 不适用于预测大孔隙透水再生混凝土的渗透率,通 过基于 Carman-Kozeny 方程提出了适用于计算大孔 隙透水再生混凝土的渗透率分析模型。 刘肖凡等22通过试验比较分析了水灰比、骨料 粒径、刚性纤维体积掺量（0、0.2%、0.4%）及乳液体 积掺量对透水混凝土透水性能的影响。 对比分析后 发现影响程度从小到大依次为骨料粒径、 乳液掺 量、水灰比及刚性纤维掺量。 高润东等23通过试验研究探讨了活性掺合料种 类对透水混凝土透水系数的影响。 发现掺入活性掺 合料后透水混凝土的孔隙率及透水系数均有所下 降,但孔隙率均不低于 20%,其中单掺硅粉下降最 小,其他依次为单掺粉煤灰、双掺硅粉及粉煤灰。 3抗冻耐久性研究 Lund M S M 等26通过试验研究,开展了水灰比 为 0.29、胶石比为 0.23、砂石比为 0.093 的透水混凝 土在不同工况下的抗冻融性能研究。 为了模拟室外 环境,设计了四种工况（工况 1：纯水中冻融;工况 2：3%NaCl 溶液中冻融;工况 3：干燥状态下冻结,纯 水中融化;工况 4：干燥状态下冻结,3%NaCl 溶液中 融化), 每种工况的冻融温度区间为-2025,24h 为一个循环,循环次数设计了 0、24、56 次。 试验结 果表明,24 个冻融循环后, 干燥状态下在水中融化 的试件破坏轻微, 而在 NaCl 溶液中融化的表面大 面积破坏,其中孔隙率为 9.8%时后者工况下质量损 失约为前者的 7 倍多, 孔隙率为 15.6%时后者工况 下质量损失约为前者的 4 倍多;56 次冻融循环后, 工况 2 情况下孔隙率为 15.6%的试件质量损失最 大,最高高达 17.3%,均值约为 12.8%;试验表明孔 隙率较大的试件在相同工况下经历相同冻融循环 次数后其质量损失更大,破坏更为严重;同时,试验 研究表明不同冻融工况下透水混凝土立方体抗压 强度都随冻融循环次数上升而下降,但氯离子环境 下冻融损伤下降程度没有纯水环境下明显。 Anderson I 等30通过排水状态下慢速冻融循环 试验（一天一个冻融循环,共计 100 天）来模拟野外 自然环境, 研究了粉煤灰取代率 （0、10%、20%及 30%）及 NaCl 溶液浓度（0、2%、4%、8%及 12%）等对 冻融环境下粉煤灰透水混凝土抗冻耐久性能的影 响。 不同 NaCl 溶液浓度条件下, 粉煤灰取代率为 10%和 20%时其可提高透水混凝土抗冻融耐久性 能,但取代率为 30%时其冻融破坏程度超过了基准 透水混凝土（粉煤灰取代率为 0）,可见粉煤灰取代 率对抗冻融耐久性能影响较大,且不与粉煤灰取代 率呈正比例关系;NaCl 溶液浓度对透水混凝土抗冻 融耐久性能影响也比较显著, 其中 NaCl 溶液浓度 为 2%、4%、8%时试件的冻融破坏较为严重,但纯水 及 NaCl 溶液浓度 12%条件下所有试件的冻融破坏 均相对较为轻微。 Wu H 等31通过对比试验比较分析了外加剂（引 气剂、乙烯-醋酸乙烯乳胶、聚丙烯纤维）、使用环境 （实验室环境、室外自然环境）等因素对透水混凝土 抗冻融耐久性能的影响。 试验研究显示,合理添加 引气剂可以有效提高透水混凝土的强度及抗冻融 耐久性,即使透水混凝土的孔隙率很大,效果也比 较明显;添加乙烯-醋酸乙烯乳胶（EVA）后透水混 凝土抗冻融耐久性能更优,主要是由于 EVA 的存在 可以有效提高骨料之间的界面连接性能;添加不同 长度的聚丙烯纤维后,透水混凝土抗冻融性能得到 明显提高;探究了冻融状态下透水混凝土力学性能 退化机理,对比分析室外取芯和实验室养护的透水 混凝土的物理力学性能,发现自然冻融环境下透水 混凝土的力学性能及抗冻融耐久性明显偏低,通过 分析比较,建立了两环境间的力学及抗冻融性能的 关系,并给出了相应的修正系数。 4耐磨性能研究 Gneyisi 等27通过试验研究发现透水再生混凝 土耐磨性能与水灰比、再生骨料取代率两者关系密 切,当再生骨料取代率从 0 逐渐提高到 100%,水灰 比为 0.27 的透水再生混凝土磨耗深度由 1.23 上升 到 1.62mm, 而水灰比为 0.32 时则由 1.44 上升到 1.83mm,表明试件耐磨性能随着再生骨料取代率及 水灰比的提高呈下降趋势。 Longhi M 等8研究了水泥品种、龄期对同一配 合比下透水混凝土耐磨性能的影响。 通过对试验数 据分析,发现随着龄期的增长,采用普通水泥、石灰 岩水泥及纳米水泥配制的透水混凝土耐磨性能均 张卫东,王成武,陆路,等生态型透水混凝土物理力学性能研究进展 21- 万方数据 图 3净水效果图 有所提高,7d 时采用纳米水泥的透水混凝土试件的 耐磨性能明显优于采用普通水泥和石灰岩水泥的 试件,该文认为纳米水泥中的纳米二氧化硅提高了 早期水泥浆与骨料间过渡区的黏结强度,导致其具 有更好的耐磨性能,但 28d 后采用普通水泥的透水 混凝土试件的耐磨性能最佳。 Chindaprasirt P 等9研究了细骨料（砂、粉煤灰） 的掺入对再生轻质透水混凝土耐磨性能的影响。 研 究结果表明,细砂掺入量低于 20%时其对再生轻质 透水混凝土的耐磨性能影响较小,损失重量都约为 11.211.3g,掺入 30%时耐磨性能有较大的提高,损 失质量仅为 9.9g, 但同掺量条件下粉煤灰更有利于 提高试件的耐磨性能,且随掺入量增加而提高。 Zaetang Y 等32研究了两种再生骨料（废弃混凝 土块体、废弃混凝土粗骨料）对透水混凝土耐磨性 能的影响,其中再生骨料取代天然骨料的质量取代 率为 0、20%、40%、60%、80%及 100%。 研究结果表 明,当利用废弃混凝土粗骨料时,所有取代率下试 件的抗磨性能均提高, 但利用废弃混凝土块体时, 当取代率提高到20%以后, 试件的耐磨性能才有所 提高;具体原因作者认为虽然再生骨料强度低于天 然骨料,但再生骨料表面的粗糙度及孔隙率的提高 有助于增加骨料之间的黏结性能。 Sata V 等33研究了高钙粉煤灰取代率对透水混 凝土耐磨性能的影响,发现由于高钙粉煤灰的火山 灰性质及其填充作用,所有水灰比下透水混凝土的 耐磨性能均随粉煤灰取代率的增加而提高。 5生态性能研究 Jayanta 等5研究了骨料组成对透水混凝土净水 性能的影响,实验中将透水混凝土作为过滤体。 具 体将原先浊度为 400NTU 的浑浊水分别倒入两种骨 料（骨料 a、骨料 b）制成的透水混凝土中,净水效果 如图 3 所示。 试验表明,通过类型一透水混凝土后 期浊度下降为 300NTU,而类型二为 360NTU,表明 孔隙比略低的类型一透水混凝土具备更优越的净 水性能。 Chindaprasirt P 等9研究了细骨料（砂、粉煤灰） 对再生轻质透水混凝土导热系数的影响。 其研究结 果显示基准再生轻质透水混凝土的导热系数约为 0.15W/（m K）,随着细骨料的掺入量的增加,导热系 数均有所增加, 其中掺入细砂的导热系数处于 0.170.27W/（m K） 之间, 而掺入粉煤灰的则处于 0.200.22W/（m K）之间,并给出了导热系数与密度 之间的关系式（5）： T=0.0053e0.0043（D）（5） 式中：T导热系数,W/（m K）;D密度, kg/m3。 Chang J J 等12通过试验研究,探讨了电弧熔炉 钢渣和碱矿渣水泥对透水混凝土抗滑及吸声性能 影响。 利用摆式仪测试后发现采用碱矿渣水泥的试 件的抗滑性能有所降低,但掺入电弧熔炉钢渣的试 件抗滑性能有所提高;利用弧熔炉钢渣和碱矿渣水 泥制作的透水混凝土针对低频噪音（125250Hz）有 较好的吸声性能, 其中当低频噪音为 125Hz 时,透 水混凝土 （孔洞填充率 90%, 骨料粒径 0.24 0.48cm）的吸声系数最高可达 0.94。 Soto-Prez L 等34为了有效提高透水混凝土的 除污性能,掺入废弃粉煤灰及纳米氧化铁并进行了 透水混凝土配合比设计。 配合比 A 中水胶比（W/B） 36%、废弃粉煤灰胶比（FA/B）35%、纳米氧化铁胶比 （NI/B）6%,减水剂胶比（WR/B）1.2%时抗压强度及 透水系数分别为 22.8MPa、5.6mm/s, 配合比 B 中水 胶比（W/B）32%、废弃粉煤灰胶比（FA/B）10%、纳米 氧化铁胶比（NI/B）0.5%,减水剂胶比（WR/B）0.8%时 抗压强度及透水系数分别为 21.4MPa、7.6mm/s。 研 究表明,配合比 A、B 的粪便大肠杆菌去除率分别为 72.4%、77.9%,去磷率分别为 49.8%、40.5%,结合力 学性能研究,Soto-Prez L 认为废弃粉煤灰可被利 用制作清洁型透水混凝土。 6结语 透水混凝土有助于维护生态平衡,缓解城市热 岛效应,开始被运用在低交通量路面,但其使用量 较低,主要是由于目前关于其力学性能及耐久性等 方面认识还不够深入,相关研究理论需要进一步完 善。 通过整理分析近年来该领域的相关研究成果, 发现一些不足并提出相应的建议,具体如下： （1）关于透水混凝土静力下基本力学性能研究 较多,也提出了一些影响透水混凝土抗压、抗折等 2017 年第 2 期混凝土与水泥制品总第 250 期 22- 万方数据 强度的影响因素,但没有形成统一的数学模型及相 互之间的关系式,关于动荷载下透水混凝土的力学 性能仍需要进一步深入研究。 （2）目前关于透水混凝土的耐久性、耐磨性能 等已经开展,但大多在实验室条件下进行,且大多 未考虑其他因素的综合影响,此方面还需要进一步 开展研究。 （3）目前,研究表明透水混凝土抗压强度受到 透水性能及孔隙率的制约,且目前影响透水混凝土 使用范围的主要原因是抗压强度偏低,故需继续开 展在透水率满足工程应用前提下的抗压强度最优 化研究。 （4）关于透水混凝土净水除污、降噪等方面的 研究较少, 结合其物理力学性能的研究较为鲜见, 需要进一步开展及完善,减少雨水回灌对地下水水 质等的影响。 参考文献: 1 Yang J, Jiang G. 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Cement 采用骆马 湖砂,混凝土坍落度 1h 损失 70mm。 （2）对比分析了骆马湖砂和南京河砂的含泥量、 泥块含量,细度模数,饱和面干吸水率及砂中的泥 对净浆和砂浆的影响。 （3）试验了复配聚丙烯酸钠、季铵盐类聚合物 M 和腐殖酸钠的混凝土坍落度保持能力,在减水剂 掺量为胶材用量的 1.4%、 聚丙烯酸钠掺量为 0.3% 或季铵盐类聚合物 M 的掺量为 0.4%时, 混凝土坍 落度具有较好的保持能力,1h 几乎不损失, 掺加腐 殖酸钠后,混凝土坍落度损失变快。 （4）测试了掺加聚丙烯酸钠和季铵盐类聚合物 M 后的混凝土抗压强度及含气量,掺加聚丙烯酸钠 的混凝土 28d 抗压强度达到 44.1MPa, 含气量为 2.7%;掺加季铵盐类聚合物 M 的混凝土 28d 抗压强 度达到 45.7 MPa,含气量为 2.9%。 参考文献: 1 李海君.砂对混凝土性能的影响J.粉煤灰,2013(5):36-39. 2 朱柯,程玉雷.机制砂对砂浆性能影响研究J.四川建材, 2012(4):33-35. 3 张金.水泥类型和砂对高性能混凝土的性能影响及开裂风 险分析D.杭州:浙江大学,2014. 4 毕化泗,孙延庆,汤乐丰,等.砂对应用聚羧酸的商品混凝土 的性能影响J.广东建材,2012(9):7-9. 5 朱柯,程玉雷.机制砂对砂浆性能影响研究J.四川建材, 2012(4):33-35. 6 陈振江,赵学波,穆文俊.新型油井粘土分散剂聚丙烯酸钠 的制备及分散性能研究J.精细石油化工,1998(3):10-13. 7 刘来宝,谭克锋,张捷.聚丙烯酸钠陶瓷料浆分散剂的研制 及分散机理探讨J.硅酸盐通报,2005(2):91-94. 8 王寿武,邓应淼,周雪婷,等.聚丙烯酸钠的合成及性能研究 J.精细石油化工进展,2010,11(5):42-44. 9 曾令可,戴武斌,税安泽,等.陶瓷减水剂的运用及发展现状 J.中国陶瓷,2008,44(9):7-10. 10 潘蕾,孙晓然.多功能陶瓷添加剂及腐植酸钠应用J.江苏 陶瓷,2005,38(5):31-34. 11 鲁红升,郭斐.低聚季铵盐型黏土稳定剂的合成与性能评 价量J.精细石油化工,2012,29(5):11-13. 收稿日期:2016-11-21 作者简介:王高明（1982-）,男,工程师。 联系电话E-mail: aritwgm （上接第 23 页） on recent research and development in core disciplines of engi- neering. Vadodara,Gujarat, 2015: 1-3. 25 Fwa T F, Lim E, Tan K H. Comparison of Permeability and Clogging Characteristics of Porous Asphalt and Pervious Con- crete Pavement Materials J. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2015(11): 72-80. 26 Lund M S M, Hansen K K, Hertz K D. Experimental Study of Properties of Pervious Concrete used for Bridge Superstruc- t