本文从硅灰、粉煤灰的掺量、两者的复配等方面探讨硅灰和粉煤灰对透水性混凝土的强度、透水性和抗冻性等性能的影响。实验结果表明，复掺硅灰和粉煤灰能大幅度提高透水性混凝土的强度，28天抗压强度可达35.5MPa，透水系数为2.06mm/s。
关键词：硅灰 粉煤灰 透水性混凝土 性能
一、前言
透水性混凝土是一种新型环保性混凝土，它具有较大的孔隙率，能将雨水迅速渗入地表，同时将水流中的污染微粒沉淀下来，起到净化水质的作用;透水性混凝土能吸声降噪，增加车辆行驶及路人行走的安全性和舒适性;透水性混凝土的多孔性质，能储存水分、蒸发降温及生物降解。总而言之，透水性混凝土能有效降低城市排水压力，使环境更干净、清凉和舒适[1]。
透水性混凝土的多孔性具有很好的环保作用，但也使它的机械强度大大下降。为了提高其强度同时保证有良好的透水性能，本人进行了大量的试验研究。试验表明，要想获得强度高、透水性好的混凝土，应以下几个方面考虑：
1)集料粒径为小于5mm;(实验已证明)
2)适宜的水灰比，从而使新拌混合物具有良好的流动性;
3)掺入外加剂，低水灰比，降低水泥石中的孔隙率;
4)适宜的成型方法，压制、夯实或插捣成型;(实验已证明)
5)掺入矿物细掺料，改善新拌混凝土的和易性，提高水泥石的强度，提高集料的水泥石过渡区的强度。
即在宏观上尽量达到一定孔隙率下的最紧密堆积，在微观上参照高性能混凝土的微观结构特点，采用矿物细掺料改善透水性混凝土的微观结构从而提高它的整体强度。本文从硅灰、粉煤灰的掺量、两者的复配等方面探讨硅灰和粉煤灰对透水性混凝土的强度、透水性和抗冻性等性能的影响。石家庄地坪
二、实验研究
1.原材料
(1)水泥425普通硅酸盐水泥
(2)集料2.36mm～4.75mm的石英石(3)硅灰(SF：silica fume)比表面积为2528m2/kg，细度1.0μm
(4)粉煤灰(FA：fly ash)比表面积为590m2/kg;
(5)外加剂蜜胺脂高效减水剂，其掺入量为水泥的0.7%硅灰和煤粉灰的化学组成见表1。
2.试件制备和养护
将原料按设计的配比称量，将水泥和矿物细掺料混合均匀再与骨料混合搅拌，水和减水剂，搅拌均匀。将混合好的料称量装入钢模，以3MPa的压力加压成型，闭模养护3小时后拆模，在标准条件下养护至7天或28天龄期。
3.性能测试
(1)抗压强度和抗折强度
按照JC446-2000测定试件的抗压强度和抗折强度。结果以5个试件的平均值表示。
(2)透水系数
本文参照资料[2]
制作的简易透水仪(图略)，按变水位的方法
测定透水系数。试验前，先将泥状的蜡糊在试件的四周，将透水仪套在试件的上面，然后用蜡封住透水仪的外面透水仪与试件之间的接缝，向透水仪中加水至一定的高度后，停止加水，从刻度160mm起计时，至0mm为止。
(3)抗冻性
抗冻性试验按照建材行业标准《混凝土路面砖》JC446-2000规定的抗冻性试验方法进行。
三、试验结果与分析
1.矿物细掺料对透水性混凝土工作性、强度和透水性的影响
实验设计了空白样，硅灰的掺量从5%到20%，粉煤灰的掺量从10%到40%，还设计了两者的复配，实验配比和结果见表2。在搅拌时发现，掺入矿物细掺料的新拌混凝土的粘骤性较好，水灰比小范围的变化对拌合物的流动性没有较大的影响，即矿物细掺料使新拌混凝土对水灰比的变化敏感度大幅度降低，这种性能对透水性混凝土的新拌混合物来说是难能可贵的。透水性混凝土中没掺细砂，孔隙率较大，空白样的水灰比小的变化就能引起混合物流动度较大的变化，水灰比很难控制，所以掺入矿物细掺料能明显改善透水性混凝土新拌混合物的工作性，从制作工艺上看，掺入矿物细掺料是很成功的，这对批量生产也是非常有利的。
表2 矿物细掺料对透水性混凝土性能的影响
硅灰(SF)的掺入量对透水性混凝土的影响如图1所示，当硅灰量为0%时，透水性混凝土的7天抗压强度15.7MPa，28天抗压强度为26.5MPa，硅灰掺量为5%时，强度有较大上升，掺量从5%增加到20%，强度的增长趋势变得缓慢，7天抗压强度从23.1MPa增长到27.0MPa，28天抗压强度从33.8MPa到36.2MPa，可见当掺量大于5%时，再增加硅灰的掺量并不能使透水性混凝土的抗压强度大幅度增加，而且透水系数随着硅灰掺量的增加而急剧下降。
粉煤灰(Fa)的掺入量对透水性混凝土的影响如图2所示，从图中可看出，粉煤灰的掺量从0%增加到20%，透水性混凝土的7天和28天抗压强度均呈上升趋势，在20%的地方有个峰值，掺量再增加时，强度开始下降，这与普通混凝土不同，普通混凝土的强度随着粉煤灰的掺量增大而减小，尤其是早期强度，减小的幅度较大。
分析其原因，掺入粉煤灰的透水性混凝土有很好的粘聚性，在成型过程中水泥浆体不容易流淌到试件底部，拌合物的均匀性很好，水泥浆体也比较厚，所以当掺量不大于20%时，透水性混凝土的早期强度也较大，此外粉煤灰由于颗粒较细，起到微填充的作用，加上粉煤灰的二次水化使它后期对混凝土的贡献很大，所以表现为整个龄期强度均较大。当粉煤灰的掺量超过20%，粉煤灰的水化进行较慢，水泥浆中存在大量没有水化的粉煤灰，浆体中水泥的量比较少，水泥石强度的大幅下降使之成为薄弱环节，从而导致透水性混凝土的整体抗压强度下降。28天透水系数是随着粉煤灰掺量的增大而减小，粉煤灰的存在使浆体厚度增大且使浆体中的孔隙减少，部分水流的通道被堵塞导致透水性有所下降。
从表2中还可看出，15%粉煤灰与5%硅灰复配的透水性混凝土的28抗压强度为35.5MPa，比单掺硅灰抗压强度增大了5%，透水系数为2.06mm/s。硅灰和粉煤灰和水泥的比表面积分别为2536m2/kg、591m2/kg和399m2/kg，粒径各不相同，水泥颗粒较大，粉煤灰填充在水泥空隙中，硅灰再填充在水泥与粉煤灰的空隙中，这微填充作用将会使水泥石的结构非常致密[3]。结果表明，这种微填充作用能够在透水性混凝土中很好的发挥出来。
2.矿物细掺料对透水性混凝土抗冻性的影响
试件水化28天后进行抗冻性实验，冻融循环后观察表面，没有缺棱掉角现象，无任何破损。从表4可看出，四种配比的透水性混凝土的抗压强度下降均没有超过20%。掺硅灰的A2和复掺的A4的抗折强度下降率没有达到20%，其它的均超过20%。可见掺入硅灰能大提高透水性混凝土的抗冻性。
实验室进行的冻融循环温度变化剧烈，对透水性混凝土的破坏力较大，有资料表明[4]，透水性混凝土同样的试件在实验进行冻融和放在室外进行冻融的情况相差很大，前者破损程度较大，而放在室外的试件却没有明显的破损现象。因此掺粉煤灰的透水性混凝土的实际应用前景还是比较乐观的，尤其是在气候暖和的南方。合物的粘骤性，另一方面因为粉煤灰和硅灰均是粒径很小的玻璃珠状颗粒，滚珠作用能提高新拌混合物的流动性，从而使混合物在低水灰比的情况下仍能保持良好的流动性，所以在宏观上良好的流动性可以使集料达到最紧密堆积，减少了无用的孔隙;在微出观上，矿物细掺料的微填充作用使水泥石的结构更致密，硅灰能与水泥水化产生的氢氧化钙反应生成C-S-H凝胶，提高集料与水泥石过渡区强度;此外，掺入矿物细掺料降低了水灰比，减少了多余水分带入的孔隙，这对提高水泥石的强度也起了一定的作用。实验表明，在其它条件合适，集料达到了最紧密堆积，那么提高水泥石的强度能明显地提高透水性混凝土的整体强度，同时还能提高耐久性。
四、结论
1.硅灰的掺量为水泥的5%可获得综合性能较好的透水性混凝土，其28天抗压强度为33.8MPa，透水系数为2.36m.s-1。
2.粉煤灰的掺量为20%时，透水性混凝土的综合性能较好，其28天抗压强度为32.5MPa，透水系数为1.50m.s-1。
3.复合掺料(5%SF+15%FA)可使透水性混凝土的28天抗压强度提高到35.5MPa，透水系数为2.06mm/s。
4.掺入矿物细掺料能改善透水性混凝土的新拌混合物的工作性，提高强度，其中掺硅灰能提高抗冻性。
:由于城市的发展,城市下垫面原有的自然环境不断被建筑物及非透水性硬化地面所取代,城市地面的硬化形成“人造沙漠”、“热岛效能”等一系列问题。而解决这些问题的一个有效途径就是城市地面的透水性铺装。本文在引介透水性铺装的概念、方法以及国内外应用情况的基础上，着重分析了透水性铺装对改善城市生态环境方面的功能，对其前景进行了展望，关对目前存在的问题进行了分析。
关键词：透水性铺装;“沙漠化”城市;治“沙”实践
0 引言
广义的城市下垫面包括市区建筑物、构筑物和地面铺装。城市地区作为人口高度密度聚居和高强度生产经营活动地区，造成其下垫面的特殊性质。由于城市的发展，城市下垫面原有的自然环境如农田。牧场等发生根本的变化，建筑物、构造物高度集中，以水泥、沥青、砖石、陶瓦和金属板坚硬密实、干燥而不透水的建筑材料，代替了原有疏松和植物覆盖的土壤或空旷的荒地。因此，城市化重要特征之一，就是原有的天然植被不断被建筑物及非透水性硬化地面所取代，从而改变了自然土壤植被及下垫层的天然可渗透属性，这种改变是城市一系列环境问题的根源之一。透水性铺装生态环境方面的优势，包括改善城市热、光环境、涵养地下水、水体净化、发送铺装地表土壤生态环境、吸声降噪、提高交通安全及城市防洪等生态环境效益。城市传统不透水硬化地面铺装，呼唤生态回归――透水性铺装。
1 透水性铺装
所谓透水性铺装，就是由透水性混凝土经工艺和模具成型的混凝土制品，然后再将它们铺装在透水性路基上。透水性混凝土分为两类：一类是将透水性混合料直接摊铺在地基本，形成透水性混凝土制品铺装，即把透水混凝土制品铺装在透水性地基上。
透水性混凝土路面按胶结材的不同，可分为水泥透水性混凝土路面和高分子透水性混凝土路面。水泥透水性混凝土路面多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。该种透水性混凝土成本低，制作简单，耐久性好。这种混凝土强度较高，但成本也高。同时由于有机胶凝材料耐候性差，在大气作用下容易老化，且温度敏感度较高，所以当温度升高时，容易软化流淌，使透水性受到影响。
2、“沙漠化”的现代都市
在城市建设中，都市的广场、街道、人行道、初会活动场地、停车场等地面用花岗岩、大理石、釉面砖、水泥和沥青等不透水材料进行铺设覆盖，使得现代都市正在形成一个“人造沙漠”，给城市的生活环境带来极大的负面影响，其主要表现在以下方面。
2.1 阻断雨水直接补充地下水的途径
传统铺装的不透水性，阻断了雨水直接补充地下水的途径，使大部分降水通过城市排水系统管网排走。加之城市地下水的过量抽取，使城市的地下水位不断下降，从而进一步加重城市的干旱、缺水以及地面沉陷等问题。
2.2 导致或加重城市洪涝灾害
硬化地面完全阻止了雨水直接渗透入地，使城市一遇暴雨就形成大量的地面径流，当其超过城市管网的排水能力时，容易导致洪涝灾害。而且路面积水，还使行车产生“漂滑”、“飞溅”、：夜间眩光“等现在，给行人和车辆行驶带来不便。
2.3 加剧城市“热岛效应”和空气污染
硬化地面阻隔了地表的散热功能，还大量反射、保存、并随后释放太阳的辐射热，极大地增加了城市的“热岛效应”，同时也不利于缓解来自路面交通产生的噪音污染。另一方面，硬化地面使地面水分快速蒸发，使地表更为干燥，致使空气中的悬浮颗粒物难以沉降，从而加剧空气污染状况。
2.4 破坏城市的地面生态，影响植被的健康生长
传统不透水、不透气的细密辅设，由于阻断了地下与地表水和空气的交流，水分和空气难以达到植物根部，最终导致树根窒息脱水死亡。
3、透水性辅装的生态功能
3.1 透水性辅装有利于保护地下水资源
传统辅装片面强调硬化地面的防水防渗性能，严重影响雨水的有效利用，并产生二次污染。地下水源主要借助雨水得到补充，目前世界城市供水很大程度上依靠地下水，亚洲约 10 亿-12 亿人依靠地下水生活。透水性辅装的推广及应用，是有效利用雨水资源的重要途径。城市市区硬化地面占城市区域面积很大的比例，因而用透水性地面代替不透水硬化地面，可以有效缓解硬化地面对城市地下水资源的负面影响。
3.2 透水性辅设能够吸声降噪
从吸声降噪方面来说，透水性地面辅装凭借其特有的多孔吸声结构发挥作用。当声波打在表面上时，声波引起小孔或间隙中的空气运动，紧靠孔壁表面的空气运动速度较慢，由于摩擦和空气运动的粘滞阻力，一部分声能就转变为热能，从而使声波衰减;此外，小孔中空气和孔壁的热交换引起的热损失，也能使声能衰减。另一方面，汽车轮胎行驶在多孔透水性路面上时，由于轮胎花纹空气爆破及泵吸噪声的强度的降低，使汽车行驶噪声降低。上述两方面的综合作用使透水性辅装具有显著的吸声降噪效能。
3.3 透水性辅装有利于改善城市地表土壤生态环境
不透水辅装严重的破坏了城市市区地表土壤的动植物生存环境，改变了大自然原有的生态平衡。包括城市建筑、道路等设施在内的城市下垫层代替了大自然原有的林、绿地和田野，形成了“城市荒漠”，野生动植物应逐渐失去其赖以生存的环境而不断减少以致濒临灭绝。联合国环境计划署制定的《人类环境宣言》和《生物多样公约》，正是针对上述危机而提出的世界范围的生态保护法。透水性辅装兼有良好的透水性及保湿性，它既兼顾了人类动对于硬化地面的使用要求，又能通过自身性能接近天然坪和土壤地面的生态优势，以便减轻城市非透水性硬化的对大自然的破坏程度。透水性辅装地面四周的动植物及微生物的生存空间得到有效的保护，因而很好地体现了“与环共生”的可持续发展理念。
3.4 透水性辅装有利于城市防涝
我国城市基础设施发展严重滞后的状态，使得暴雨时城市排水设施不能有效满足排水及防洪的要求。而透水性辅装地面由于自身良好的透水渗水能力，能有效的缓解城市排水系统的泄洪压力，径流曲线平缓，其峰值较低，并且流量是缓升缓降，这对于城市防洪无疑是有利的。因此，辅装透水性地面不失为城市广场防涝的积极措施。 |
