透水混凝土在雨洪管理中的应用

透水混凝土在雨洪管理中的应用

0透水混凝土在海绵城市建设中的应用现状施瓦姆施塔特是一种分散的雨水管理模式。与传统的风险管理模式不同，它强调城市中心的雨水资源渗透、过滤、净化、储存、蓄水和缓慢排放。通过城市市政管网和河流，可以控制雨水流量，促进水循环和利用，有效解决城市池塘和洪水等问题。在海绵城市建设试点中,透水混凝土主要被应用在小区轻量级道路、人行道以及城市广场等地方。作为海绵城市建设中最表层的渗透设施,在雨洪管理中发挥着较为重要的作用。透水混凝土是由水泥和水掺配同粒径或间断级配骨料所组成的,并具有一定孔隙率的混合材料。它不含细骨料,是由粗骨料表面包覆一层薄水泥浆,相互粘结而形成的孔穴均匀分布的蜂窝状结构,正是这种多孔蜂窝结构,使其具有了透水、透气和重量轻等特点。但由于透水混凝土属于一种新型的生态材料,在我国大部分地区的应用尚处于起步阶段,没有相对成熟的施工工艺和验收标准,在工程实际应用中也已暴露出很多问题。为了进一步保障海绵城市的建设效果,提高透水混凝土的施工质量,扩大其应用范围,分析阐述透水混凝土施工质量控制要点具有十分重大的意义。1透水铺装工程本项目海绵化改造的对象为21个已建成小区、商业广场和学校等。施工内容主要为对已建小区实施雨、污水分流改造,雨水花园、植草沟、下凹式绿地、透水铺装等低影响开发改造以及小区环境的综合提升;对已建道路实施透水铺装等低影响开发改造,必要的破损修复以及排水组织优化等。其中透水铺装分为透水砖铺装和透水混凝土路面铺装。本项目设计的透水混凝土路面见图1。从下到上依次为150厚16～20mm粒径C25无砂大孔混凝土基层、100厚10mm粒径C25素色强固透水混凝土和60厚4～6mm粒径C25彩色强固透水混凝土面层。在工程前期通过对透水混凝土的试配发现,4～6mm和10mm小粒径透水混凝土强度和透水性都保持较高的合格率,唯有无砂大孔混凝土强度合格率偏低。下文将从无砂大孔透水混凝土的配合比设计、原材料选择以及施工工艺出发,分析其与普通混凝土的差异,并详细阐述相关的施工质量控制要点。2混凝土渗透性技术透水混凝土路面施工工艺流程见图2。3透水混凝土的制备透水混凝土配合比的设计应以保证强度和孔隙率为前提,基本原则为以体积填充法进行试配,具体来说,是以1m3.1水泥浆含量的影响水灰比是透水混凝土最重要的参数之一,不仅影响透水混凝土的强度还影响其透水性能。水灰比过小,水泥浆过于干稠,则混凝土拌合物的和易性太差,不能搅拌均匀,从而导致水泥浆无法充分包裹骨料表面,不利于混凝土强度的提高;反之,若水灰比过大,水泥浆稀液可能更容易渗入骨料间的孔隙,造成透水孔隙部分或全部堵死,既影响透水性能,又不利于强度的提高。根据《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T135-2009的规定,水灰比应通过试验确定,选择范围控制在0.25～0.35之间。具体做法是根据透水混凝土的设计强度和孔隙率,通过改变水灰比试验,获得相同孔隙率下的不同强度,最后再利用作图法或计算法求出满足孔隙率和配置强度要求的水灰比。3.2按级配充填的混凝土多项试验资料分析表明,透水混凝土的骨料级配对其强度和透水性能起着决定性的作用。这是因为骨料粒径越小,比表面积越大,胶结面积也越大,组成结构骨架后其单位体积内各骨料颗粒之间接触点数量越多,骨料受力更均匀,配制的混凝土强度高,而透水性能则会降低。反之,骨料粒径越大,骨料颗粒之间接触点数量越少,骨料间空隙越多,从而使透水性能得以提高,但强度会降低。很显然由单粒径骨料组成的混凝土很难在兼顾强度的同时还拥有较好的透水性能,这也正是本项目前期试配的16～20mm粒径C25无砂大孔混凝土强度合格率偏低的原因。既然单粒径骨料级配无法满足要求,于是开始考虑间断级配,很快联想到了按级配原则构成的三种沥青混合料,由大粒径且单一的骨料形成的混凝土,可以看做是“骨架-空隙结构”,孔隙率高,耐久性较低;而由较多数量的粗骨料与适当的细骨料混合而成的混凝土,可以看做是“骨架-密实结构”,虽然孔隙率较前者低,但强度和耐久性都得到较大的提升。以高等数学理论为依据,详细阐述骨料间断级配的原理以及如何准确运用(见图3)。将3个直径为D的圆球堆成最紧密状态,直径为d的小球只有小于三球之间空隙尺寸,才能填入空隙中。经计算若大小球粒径之比D∶d=3基于以上原理,本项目采用同一配合比(水∶水泥∶骨料=1∶0.3∶5.6)和不同骨料粒径进行了透水混凝土的试配,并分别通过强度、透水系数和孔隙率试验进行了验证。最终确定本项目设计的16～20mm粒径C25无砂大孔混凝土,采用大量16～20mm粒径的粗骨料和少量2.5～5mm粒径的细骨料组成双粒级骨料,按一定比例掺配使用。表1是相同配合比下不同骨料粒径的试验结果。通过以上试验总结出以下结论:由双粒级骨料拌制而成的透水混凝土不仅强度较高,其透水性能也明显优于单粒级骨料。这是因为相比于单粒级骨料而言,由以上两种粒级的骨料相互填充而成的混凝土,孔隙率更小,单位体积内骨料颗粒之间接触点数量较多,骨料受力均匀,故混凝土强度较高。又由于两种粒级的相互填充使得骨料的比表面积减小,水泥用量也随之减少,当水泥浆包裹在骨料的表面后,混凝土内部自然就形成了一定数量的连通孔,所以透水性能也会相对较好。4施工质量的关键环节透水混凝土采用的原材料与普通混凝土大致相同,主要由水泥、水、骨料、外加剂及增强材料等组成。根据这些材料的特性,水泥、外加剂和增强材料在运输和存放时注意进行覆盖和防潮,这是确保施工质量的一个非常关键的环节。(1)透水混凝土所用集料应使用质地坚硬、结构密实、洁净、耐久的碎石(不能采用卵石),为保证透水混凝土的孔隙率,级配应按照CJJ/T135-2009中间断级配碎石的标准,而不能按照《建筑用卵石、碎石》GB/T14685-2011中连续级配碎石的标准。(2)水泥应采用强度等级不小于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。(3)增强剂可提高混凝土的抗压强度和抗折强度,还可以有效地改善透水混凝土后期泛碱现象。但需要注意的是,市场上出现的增强剂质量参差不齐,必须通过试验验证后才可以使用。5混凝土透水施工的质量控制透水混凝土在搅拌、铺筑和振捣等施工工艺上与普通混凝土存在差异。以下从透水混凝土的施工工艺出发详细讲述透水混凝土的施工质量控制要点。5.1水混凝土的配合运输透水混凝土的搅拌必须采用机械搅拌,宜采用强制性搅拌机。由于透水混凝土水灰比较小,初凝时间短,从出厂至作业面运输时间不宜超过30min,以免出现散子现象,影响混凝土的施工质量。透水混凝土的拌制也与普通混凝土有所不同,具体步骤为:(1)先将骨料和50%用水量加入到搅拌机中拌合30s;(2)再加水泥、外加剂和增强剂拌合40s;(3)最后加入剩余50%的用水量拌合50s以上至出料。以上做法的目的是可以先润湿骨料表面,防止水泥浆过稀、过多,从而影响路面透水性能,此外对透水混凝土的强度也有保障。透水混凝土自搅拌机出料后,运至施工现场直至浇筑完成的允许最长时间,应由实验室根据水泥的初凝时间及施工气温确定(见表2)。透水混凝土在运输过程中要防止拌合物发生离析。气温较高时,应注意采取必要的遮盖措施保持拌合物的湿度。5.2凝土可铺合料在浇筑混凝土之前,路基必须先用水湿润,否则透水混凝土被干燥的路基吸水后会快速失去水分,从而减少了骨料间粘结强度。透水混凝土拌合料摊铺时应均匀,摊铺厚度可考虑1.1的松铺系数,这是为了使透水混凝土可以一次铺完,同时又能保证达到规范要求的密实度,避免出现二次铺料,从而影响混凝土施工质量。在施工过程中,要特别注意边角等细部位置,发现缺料时,应及时补料再用人工压实。当透水混凝土路面采用双层设计时,上层混凝土应在下层水泥初凝时间之内铺设,且不宜超过1h,以保证上下面层的结合度。5.3振捣和压实透水混凝土一般采用低频平板振动器振动。必须注意的是,不能使用高频振捣器,或者采用低频振动器时在同一处振动时间过长,否则会使混凝土过于密实而孔隙率降低,影响透水效果。同时高频振捣器或者过振也会使水泥浆液从粗骨料表面离析出来,流入底部后形成一层不透水面,使混凝土失去透水性。透水混凝土振捣完成以后,可采用专用钢制滚筒压实。对局部机械无法振动和压实的部位,应辅以人工作业。透水混凝土压实后,宜采用抹平机械进行收面。必要时,应配合人工拍实和整平。因透水混凝土的表面与普通混凝土有所不同,为水泥浆包裹的细石颗粒,而非水泥砂浆,所以在进行抹平作业时,采用的抹平机械应有足够的功率,当采用抹板时也需要有一定的刚度。5.4抗混合剂的填缝由于透水混凝土孔隙率较大,且路面厚度一般较薄,故路面切缝深度宜为面层厚度的1/2～1/3,且不小于30mm。填缝时,应注意避免使用热流性材料,因为热流性材料在高温下会液化,进而可能渗透到透水混凝土的孔隙中,堵塞孔隙。因此,填缝材料应采用可以定型的橡树塑胶材料等。5.5透水混凝土的保湿由于透水混凝土中存在着大量孔洞,在自然环境下容易失去水分,干燥也快,所以及时进行养护非常重要。尤其应注意早期的保湿养护,避免刚浇筑完成的混凝土中的水分大量蒸发。由于透水混凝土的水灰比较小,早期强度较高,通常其拆模时间会比普通混凝土早,如此其侧面和边缘就会暴露于空气中,应用塑料薄膜或彩条布及时覆盖,以保证混凝土的湿度和确保水泥充分水化。一般情况下透水混凝土路面应在浇筑完成24h以后开始进行洒水养护,洒水时,不宜用压力水枪直接冲洒混凝土表面,以免带走混凝土表面的水泥浆,造成表面强度不足,出现薄弱部位。正确是的做法是采用喷壶自上而下洒水保湿。5.6加强混凝土表面封闭剂的喷涂透水混凝土路面施工的最后一道工序为喷涂面层封闭剂,又称为面层保护剂。主要作用是保护透水混凝土面层,减缓环境的侵蚀。喷涂面层封闭剂之前,应先将面层清理干净,并于一周内将配制好的透明封闭剂均匀地喷涂于混凝土表面。需要注意的是,喷涂面层封闭剂时应防止局部堆集,以免堵塞混凝土孔隙,影响透水效果。6生态文明与生态治理:传统的生态循环模式透水混凝土应