北京某重點工程，總建設(shè)用地面積108633.561m2，主要包括主樓、配套管理用房、觀景廣場及門衛(wèi)房。其中配套管理房周邊及廣場西側(cè)路面均為透水路面，面積約8000m2。該工程對透水混凝土路面設(shè)計要求為透水層厚度為150mm，透水混凝土設(shè)計強(qiáng)度為C30，表觀平整，透水系數(shù)≥1mm/s。

本文采用填充理論和體積法，以實際工程為基礎(chǔ)，開展C30透水混凝土配合比設(shè)計。根據(jù)項目設(shè)計要求和DB11/T 775—2010《透水混凝土路面技術(shù)規(guī)程》有關(guān)規(guī)定，建議施工方將厚度150mm的路面分為兩層，透水結(jié)構(gòu)層為100mm，透水面層50mm，分兩道工序進(jìn)行攤鋪施工。首先要結(jié)合實際生產(chǎn)確定原材料，通過多組試驗，研究配合比中各參數(shù)變化對透水混凝土強(qiáng)度及透水系數(shù)的影響，最后針對該工程要求進(jìn)行最終的配合比設(shè)計和計算。

水泥：選用質(zhì)量穩(wěn)定、強(qiáng)度較高的北京金隅北水P·O 42.5水泥，其物理力學(xué)性能見表1。骨料：選用級配良好的威克碎石及玄武巖質(zhì)骨料，其技術(shù)指標(biāo)見表2。外加劑：選用河北合眾建材有限公司的HZ-2標(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸高性能減水劑，減水率31%，含固量14.10%。其他原材料：硅灰、膠粉和纖維素醚等。

表 1   水泥的物理力學(xué)性能

表 2   骨料的物理性能

3.1 骨料粒徑對透水混凝土性能的影響

配合比中其他組成材料一定，水灰比取0.25，水泥用量為400kg/m3，外加劑用量為4.5kg/m3，采用4組不同粒徑的骨料進(jìn)行預(yù)拌，考察骨料粒徑對透水混凝土性能的影響，結(jié)果見表3。表3可知，當(dāng)配合比中其他組成材料一定時，隨著骨料粒徑的增加，混凝土的孔隙率逐漸增大，抗壓強(qiáng)度先增大后減小，骨料粒徑在5～10mm時，混凝土抗壓強(qiáng)度最高，透水系數(shù)隨著骨料粒徑的增大而增大。

3.2 水灰比及水泥用量對透水混凝土性能的影響

其他材料保持固定，粗骨料選擇5～10mm，外加劑4.5kg/m3，水泥400kg/m3，采用4組不同水膠比，觀察透水混凝土的強(qiáng)度和透水系數(shù)，結(jié)果見表4。由表4可知，隨著水膠比的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)均逐漸降低。

水灰比取0.25，采用不同水泥用量，觀察透水混凝土的強(qiáng)度和透水系數(shù)，結(jié)果見表5。由表5可知，隨著水泥用量的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，透水系數(shù)逐漸降低。

3.3 硅灰對透水混凝土性能的影響

選擇水泥用量400kg/m3，水灰比0.25，骨料5～10mm，外加劑4.0kg/m3，分別添加不同量的硅灰，觀察透水混凝土的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見表6。由表6可知，隨著硅灰用量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸增大。

3.4 提高混凝土施工性的原材料

為了提高透水混凝土現(xiàn)場施工性，選取膠粉和纖維素醚作為研究混凝土施工性的材料，配合比為水泥400kg/m3，水灰比0.25，骨料5～10mm，結(jié)果見表7。

由表7可知，（1）隨著膠粉摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本不變，透水混凝土黏聚性有所增加，分析原因是膠粉本身沒有活性，但是可以增加水泥漿的粘性，能夠提高施工性；（2）隨著纖維素醚摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本不變；試驗發(fā)現(xiàn)，添加纖維素醚之后與之前相比，透水混凝土不易被風(fēng)干，保水性大大提高，分析原因是由于纖維素醚分子上的羥基和醚鍵上的氧原子會與水分子締合成氫鍵，使游離水變成結(jié)合水，從而起到很好的保水作用；水分子與纖維素醚分子鏈間的相互擴(kuò)散作用使水分子得以進(jìn)入纖維素醚大分子鏈內(nèi)部，并受到較強(qiáng)的約束力，從而形成自由水，纏繞水，提高了水泥漿的保水性；纖維素醚改善新拌水泥漿體的流變性能、多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和滲透壓力或纖維素醚的成膜性能阻礙了水的擴(kuò)散。

表 7   膠粉及纖維素醚對混凝土性能的影響

本部分通過對骨料、水泥用量、水膠比、硅灰、膠粉等材料進(jìn)行試驗，得出影響透水混凝土性能的主要因素和范圍，確定了本次施工的原材料種類，為配合比計算提供了依據(jù)。

（1）透水結(jié)構(gòu)層配合比設(shè)計與計算：透水結(jié)構(gòu)層主要起承受荷載作用，設(shè)計透水混凝土強(qiáng)度＞30MPa，透水系數(shù)＞1mm/s，本方案采用填充理論及體積法[3]，通過多組試驗，若空隙率設(shè)計低，則透水系數(shù)無法達(dá)到，若空隙率設(shè)計較高，則抗壓強(qiáng)度無法達(dá)到30MPa，最終設(shè)定空隙率P=18%。透水混凝土的體積為各種材料體積與空隙體積之和，則：

（2）面層配合比設(shè)計計算：摻加膠粉和纖維素醚，膠粉和纖維素醚不計入膠材總量，玄武巖骨料表觀密度為2800kg/m3，膠粉摻量10kg/m3，纖維素醚為膠材的0.01%，按上述計算方法，得出配合比見表9。

使用攪拌站強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，本工程控制計量設(shè)備動態(tài)偏差，水泥和水計量偏差為＜1%，砂石計量偏差＜2%，保證了配比的精準(zhǔn)。經(jīng)多次試驗，使用混凝土罐車運輸透水混凝土難度較大，罐車減速機(jī)容易燒壞，為了提高效率和保證透水混凝土狀態(tài)，使用縫隙封閉較好的翻斗車進(jìn)行運輸，并且用不透風(fēng)塑料膜覆蓋嚴(yán)密，防止風(fēng)干影響粘結(jié)強(qiáng)度。

在施工現(xiàn)場制作試塊，考慮實際施工情況，本試驗通過模擬施工單位1t壓路機(jī)前后壓輥與地面的接觸面積換算成型時的壓力為2.25kN，受壓時間約10s，完成試塊制作。透水混凝土狀態(tài)的控制為在出機(jī)時以不流漿為最佳狀態(tài)，到場以手攥成團(tuán)為最佳效果，現(xiàn)場施工分層攤鋪，結(jié)構(gòu)層攤鋪刮平后，用1t重壓路機(jī)碾壓2遍，保證了整體密實度。兩層透水混凝土攤鋪時間間隔0.5h，保證了下層不凝結(jié)，與上層粘結(jié)較好。面層攤鋪時，嚴(yán)格控制平整度，用磨光機(jī)抹平，并不時噴灑水霧，保持面層濕潤，確保了玄武巖小顆粒粘結(jié)牢固。待透水混凝土完全施工結(jié)束，為達(dá)到濕度保持的養(yǎng)護(hù)目的，需要采用塑料薄膜對其進(jìn)行覆蓋，通常養(yǎng)護(hù)時間需保證在14d以上，其強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)前不可通車使用[5]。

通過前期的原材料選用、試驗及配合比計算等工作，成功配制并順利澆筑了強(qiáng)度等級C30，透水系數(shù)1.0以上的透水混凝土。通過第三方試驗室檢測，透水結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度為36.4MPa，面層強(qiáng)度為34.8MPa，透水系數(shù)分別為4.23mm/s、4.09mm/s，其強(qiáng)度和性能均符合設(shè)計與施工要求，并得到了施工單位和建設(shè)單位的一致認(rèn)可。

（1）隨著骨料粒徑的增加，混凝土的孔隙率增大，抗壓強(qiáng)度先增大后減小，在骨料粒徑5～10mm時，混凝土抗壓強(qiáng)度最高，透水系數(shù)隨著骨料粒徑的增大而增大。

（2）隨著水膠比的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)均逐漸降低。隨著水泥用量和硅灰用量的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，但水泥用量增大透水系數(shù)會逐漸降低。

（3）當(dāng)水膠比為0.25，硅灰摻量為水泥用量的6%，外加劑摻量為1.3%，孔隙率為18%，石子粒徑分別為2.5～5.0mm和5.0～10.0mm時，透水混凝土的強(qiáng)度均可以達(dá)到C30強(qiáng)度等級，透水系數(shù)均可超過4.0mm/s。

（4）透水混凝土中由于石子表面漿體較薄，容易風(fēng)干，添加膠粉和纖維素醚材料增加透水混凝土的松軟度、黏聚性和保水性，對于施工環(huán)節(jié)，很有必要。

（5）透水混凝土工程施工方法對透水混凝土的面層美觀性、強(qiáng)度和透水系數(shù)會有較大影響，通過精細(xì)控制，能夠配制出透水結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度36.4MPa，面層強(qiáng)度34.8MPa，透水系數(shù)分別為4.23mm/s和4.09mm/s的設(shè)計要求，在面層磨光時達(dá)到石子與石子連接、表面平整為最佳狀態(tài)，防止后期車輛碾壓導(dǎo)致石子掉落等情況的發(fā)生。