透水混凝土的耐久性能影响研究进展

高庆力，李 峰，万书金，郭振东

(1.中交路桥建设有限公司，北京 100027；2.中交瑞通建筑工程有限公司，北京 101102；3.沈阳工业大学建筑与土木工程学院，沈阳 110870)

随着城镇化建设的加快，越来越多的不透水硬质化道路将城市覆盖。这种传统的不透水路面的大量建设，导致了一系列的环境问题和生活问题。基于此，透水混凝土拥有的各项特性，使其成为了国家建设重点推广的内容。透水混凝土的应用，可以减少地表径流和城市噪音[1]，改善城市“热岛效应”，同时其具有的透水功能可以有效补充地下水资源，透水混凝土的推广应用具有改善生态环境和节约自然资源的重要意义。

透水混凝土一般由单一级配骨料或间断级配骨料、胶凝材料和水拌合而成，通常不含细骨料或含有较少细骨料，是由胶凝材料包裹骨料形成具有连通孔隙的结构。这种特殊的蜂窝状孔隙结构让其具有透水和储水的功能，但同时也因结构内部具有较多孔隙，导致其强度较低，耐久性能较差，更容易受到外在因素的影响而破坏。所以众多学者研究了不同因素对透水混凝土耐久性能的影响。文章概述了近些年对透水混凝土耐久性能的研究成果，结合现阶段研究成果，对未来的透水混凝土耐久性能方面研究给出了一定建议。

1 抗冻性能研究

目前透水混凝土在我国南方应用较为广泛，在我国华北、西北和东北地区应用较少。透水混凝土受温度变化影响较大，其抗冻性能的优劣是影响其在上述寒冷地区推广的重要因素。

向君正[2]研究了在水冻和盐冻条件下透水混凝土的冻融循环试验，在经过100次冻融循环试验后，透水混凝土在水冻和盐冻条件下抗压强度分别降低16%和23%，除冰盐条件下加重了透水混凝土的冻胀饱和，造成透水混凝土的强度衰减更大；焦凯[3]研究了单掺10%硅灰、复掺10%硅灰和5%粉煤灰的冻融试验，结果表明复掺硅灰和粉煤灰组具有更高的抗冻性能，硫酸盐溶液冻融循环下透水混凝土的强度损失和质量损失最大，氯盐溶液次之，清水溶液下的损失最小；Adil[4]在试验中添加了不同掺量的硅灰，结果表明当硅灰掺量为5%时，透水混凝土在经历100～300次冻融循环后，其质量损失最小，相比空白对照组的抗冻性能有较大提升；Bilal[5]研究表明掺入硅灰、偏高岭土或丁苯乳胶均可提高透水混凝土的抗冻性能，硅灰和偏高岭土提升效果明显；张炯[6]研究添加不同掺量的粉煤灰、乙烯-醋酸乙烯酯乳胶和聚乙烯纤维试验，发现乙烯-醋酸乙烯酯乳胶对抗冻性能的提升效果最好，聚乙烯纤维和粉煤灰同样能够提升抗冻性能，粉煤灰掺量为10%时达到最佳的抗冻性能；吴堃[7]的研究同样验证了掺入10%粉煤灰组的试件可以经受更多次冻融循环，低浓度的硫酸钠溶液对透水混凝土的破坏更为严重；王子[8]的试验结果表明掺入橡胶粉可以有效提高透水混凝土的抗冻性能，当掺入8%的80目橡胶粉时透水混凝土具有最佳的抗冻性能；单景松[9]在研究添加掺量为1.5 kg/m3的聚丙烯纤维透水混凝土试验中发现，掺加聚丙烯纤维能够有效提高透水混凝土的抗冻性能，尤其是对饱和水状态下的透水混凝土抗冻性能提升最为显著；Wu[10]在试验中复掺了42 kg/m3的EVA乳胶和0.7 kg/m3的聚丙烯纤维，结果表明此条件下的透水混凝土在冻融循环过后，质量损失率最小。

2 抗硫酸盐侵蚀性能研究

在我国沿海地区，建筑物受到硫酸盐侵蚀十分严重。为广泛推广透水混凝土的应用，研究其抗硫酸盐侵蚀性能是必要的，有助于提高透水混凝土的使用寿命。

Ramkrishnan[11]在试验中用偏高岭土、粒化高炉矿渣和粉煤灰代替一定量的水泥，结果表明这三种掺料均能提高透水混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，当粒化高炉矿渣掺量为10%、偏高岭土掺量为10%或15%时，在硫酸盐溶液浸泡后的强度损失率较低；王玲玲[12]通过正交试验，发现当水灰比为0.3、高吸水性树脂掺量为0.2%，骨料粒径为15～20 mm时，透水混凝土的耐腐蚀系数可以达到0.893，具有较高的耐腐蚀性能；Gao[13]研究了在经过12次干湿循环试验后，掺入4%的硅灰或8%的细骨料均可以提高透水混凝土的抗酸性液体腐蚀性能。刘肖凡[14]研究了添加聚丙烯仿钢纤维影响透水混凝土性能的试验，发现随着纤维掺量的增加，透水混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能随之增强，这种硬质化的仿钢纤维一定程度上承担了硫酸盐循环中的结晶压力，起到了阻裂和增强的作用；黄美燕[15]在研究硫酸盐腐蚀对透水混凝土强度和透水性能的影响试验中发现，固定腐蚀龄期下，骨料粒径越小其强度损失越大，透水系数则随着腐蚀龄期的延长有增大的趋势；Sahdeo[16]的试验研究表明较大骨料级配的试件在经受硫酸盐侵蚀后，其强度损失较大，混合级配的试件表现出更高的抗硫酸盐侵蚀性能；Sahdeo[17]的研究发现用沥青再生骨料替代部分天然骨料制备得到的透水混凝土，在硫酸盐腐蚀或氯盐腐蚀下的质量和强度损失较大。

3 耐磨性能研究

透水混凝土的孔隙结构导致其耐磨性能相比普通混凝土较差，更容易受到外在因素的影响而造成磨损破坏。通常透水混凝土的耐磨性按照《无机地面材料耐磨性能试验方法》[18]中的规定进行测定。

汪源[19]的试验中研究了在相同粒径下不同等级的透水混凝土中掺入抗冲磨材料，结果表明在掺加8%的抗冲磨材料后，其28 d质量损失率较空白组减少了67.9%，28 d磨坑长度减少了54.16%，有效地提高了透水混凝土的耐磨性能；谢迁[20]在试验中添加80目不同掺量的橡胶粉，结果表明随着橡胶粉掺量的增加，透水混凝土的28 d磨坑长度先降低后增加，当橡胶粉掺量为4%时提高耐磨性能最优；Khankhaje[21]研究发现随着棕榈油燃料灰替换水泥的掺量增大，透水混凝土的耐磨性能逐渐下降；张卫东[22]的研究表明随着水灰比的增大或再生骨料取代率的增加，单位面积上的质量损失会逐渐增大，即说明试件的耐磨性能下降；Ipek[23]的试验中添加了低密度聚乙烯颗粒置换部分天然骨料，结果表明低密度聚乙烯颗粒的掺入减少了透水混凝土的磨损；郭磊[24]对比了天然骨料和再生骨料的耐磨性能，结果表明使用再生骨料的透水混凝土质量磨耗率比天然骨料透水混凝土要高，在再生透水混凝土中添加聚丙烯纤维和碳纤维，结果表明两种纤维均能提高透水混凝土的耐磨性能；Oz[25]在试验中采用浮石(酸性)部分替换石灰岩碎石骨料，结果表明随着浮石含量的增加，透水混凝土的耐磨性能逐渐提高；El-Hassan[26]同样采用再生骨料替换部分天然骨料，结果表明随着再生骨料置换率的增加，透水混凝土的耐磨性能逐渐下降，当掺入部分矿渣替换部分水泥时，可以提高其耐磨性能；Akkaya[27]研究了2～4 mm、4～8 mm和8～16 mm三种不同骨料粒径的透水混凝土磨损试验，结果表明当骨浆比为2时，随着骨料粒径的增大，透水混凝土的磨损性能逐渐下降。

4 结论与展望

a.外掺材料对透水混凝土抗冻性能的影响较为显著，通常掺加矿物掺料、纤维或聚合物类掺料均可提高透水混凝土的抗冻性能，一般情况下外掺材料均存在最佳掺量；冻融溶液的种类、冻融溶液的浓度等对其抗冻性能也有较大影响。

b.添加矿物掺料、纤维和聚合物类掺料通常可以提高透水混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，而用再生骨料替代天然骨料，则会降低其抗硫酸盐侵蚀性能；小粒径骨料的透水混凝土通常具有更高的抗硫酸盐侵蚀性能，大粒径骨料透水混凝土受到硫酸盐侵蚀后其强度和质量损失较大。

c.再生骨料置换天然骨料后，透水混凝土的耐磨性能通常呈下降趋势，外掺其他材料通常可以提高透水混凝土的耐磨性能；骨料级配对耐磨性能同样影响较大，通常小粒径骨料透水混凝土拥有更高的耐磨性能。

d.目前对于透水混凝土的耐久性能主要是研究单因素的影响，实际工程中往往是多因素耦合作用下的影响，未来可以研究多种因素对透水混凝土耐久性能的影响；现阶段研究主要是考虑了经受耐久性试验的强度和质量损失情况，对于透水性能的影响并未考虑，今后在耐久性能的研究中应该考虑其透水功能能否正常使用。