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展望透水混凝土在建筑材料中的发展前景
摘要：透水混凝土作为新型绿色环保建筑材料，日益受到使用者的青睐。文章对透水混凝土的力学性能、材料性能以及制备应用进行综述研究，展望透水混凝土在建筑材料中的发展前景。
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透水混凝土是一种多孔、轻质、无细骨料的骨架———孔隙结构，在粗骨料表面包裹一层胶结材料相互粘结而成，孔穴均匀分布，通常情况下透水混凝土的孔隙率可达10%～30%，透水系数一般在0.5～1mm/s，是一种绿色环保型高渗透材料[1,2]。与传统混凝土相比，透水混凝土具有优良的透水性和透气性，还可减少噪音污染，对调节城市生态平衡和节约自然资源具有重要作用。近年来，在绿色发展理念的指导下，透水混凝土大量应用于“海绵城市”的建设，取得了显著成效，在应对城市洪涝灾害方面发挥了巨大作用。本文从透水混凝土的力学性能、材料性能以及制备应用方面开展综述研究，探究其发展趋势，为透水混凝土材料的持续健康发展提供一定的建议。
1、力学性能研究
与普通混凝土相比，透水混凝土孔隙率较高，粗骨料之间大多为点式连接，导致其抗压、抗拉和抗弯强度偏低，限制了使用发展。基于此，相关领域学者开展了大量力学性能试验研究，主要体现在透水混凝土的实验制备阶段[3,4,5,6,7]。
水亮亮等[8]通过提高硅灰掺量、砂率和天然骨料替代率增强再生骨料透水混凝土的抗压强度，制备了三组材料试样，结果表明当保水材料掺量过多，试样孔隙率增大，蒸发冷却效果不佳。尹志刚[9]比较研究了不同冻融环境（清水和3.5wt%NaCl溶液）下再生骨料透水混凝土的力学性能，试验结果为氯盐环境中的试件更易劣化，随着冻融次数的增多，试件的单轴抗压强度降低。张勇等[10]通过调整透水混凝土的孔隙率，可以配制C15、C20、C25强度等级的透水混凝土，优化骨料配比可制备C30、透水系数大于0.5mm/s的制品。
徐芬莲等[11]针对C20卵石型透水混凝土，研究了锂渣、硅灰、羟丙基甲基纤维素及水性环氧树脂四种增稠材料对其性能的影响，得出掺入硅灰可明显改善C20卵石型透水混凝土的各项性能。王雅思等[12]对比研究了天然粗骨料和再生粗骨料对制备透水混凝土的性能影响，发现天然粗骨料透水混凝土抗压强度较高，品质高的再生骨料透水混凝土抗压强度和渗透系数较高。陈春等[13]以废弃混凝土骨料制备了再生透水混凝土，对其强度、透水性和耐久性进行了研究，结果表明随着再生骨料的增加，再生透水混凝土的力学性能下降，透水性提高，在再生骨料掺量不变的情况下，再生透水混凝土的强度和透水性随着水灰比的增加而表现出先增后减。
郭磊等[14]研究了聚丙烯纤维和碳纤维不同掺量下透水混凝土的透水性、耐磨性和力学性能，得出纤维量的增加会使透水混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度先增大后减少，质量损失率先减少后增大。王宁等[15]研究了在分别固定水灰比和集料与水泥比的条件下，钢渣透水混凝土强度和透水系数的变化，结果显示集料与水泥比减小，钢渣透水混凝土抗压强度增大；水灰比增加，钢渣透水混凝土透水系数降低。徐德飞[16]进行了以总孔隙率和抗压强度分别为第一、第二设计参数的配合比试验，证明了透水混凝土的强度随着孔隙率的增加、尺寸的增大而下降。莫胜民[17]试验研究了不同掺量的粉煤灰、硅灰对透水混凝土轴压力学性能、拉弯力学性能及透水性能的影响，得出单掺粉煤灰时，透水混凝土的抗压强度随其增加而降低；单掺硅灰可提高透水混凝土的抗压强度却不能提高其抗折强度。
2、材料性能研究
在材料性能方面，诸多学者对透水混凝土的透水性能[18,19,20,21,22]、抗冻性能[23,24,25]及收缩性能[26,27]进行研究，为其实践应用奠定了重要基础。
徐仁崇等[28]试验了四种不同成型方法对透水混凝土材料性能的影响，结果表明采用振动成型法和压力成型法时，随着振动时间和成型压力的增加，制品的抗压强度先增后减，透水系数逐渐降低；插捣成型法可获得较高的透水系数；振压成型法可获得较优的透水性能和抗压强度。孙亮[29]使用了噪音分析仪测试了不同砂率对透水水泥混凝土和透水沥青混凝土的吸声特性，得出两者具有较好的吸声效果，透水沥青混凝土对高频声波的吸收效果随着砂率的增高而增强，而透水水泥混凝土则相反。
刘翠萍[30]分析了砂率、养护条件等因素对透水混凝土收缩性能的影响，增加砂率可明显降低制品的收缩，使用细骨料可有效降低制品的开裂。透水混凝土的塑形和早期收缩对湿度更为敏感。陈代果等[31]探究了不同因素影响下透水混凝土的抗冻性能，结果显示对抗冻性能影响的主次分别为骨料粒径、纤维掺量、水灰比，透水混凝土抗冻性能最优配比是水灰比为0.31、纤维掺量为0.4%、骨料粒径为5～10mm。郑枫等[32]对堵塞颗粒进入透水混凝土内部孔隙造成的堵塞过程进行图像分析，发现随着孔隙率和渗流速度的增加，上层堵塞颗粒逐渐减少，下层堵塞颗粒逐渐增加。王军强[33]通过对三种混凝土进行收缩性和抗冻性研究，得出再生骨料透水混凝土、透水混凝土和普通混凝土的收缩变形依次减小。
李子成等[34]研究出了在透水混凝土中掺入超细粉煤灰和硅灰颗粒可提高其界面过渡层的致密程度。李秋实等[35]对比研究了天然与再生集料对透水混凝土性能的影响，发现掺入再生集料可提高总孔隙率，降低抗压强度。陈潇等[36]研究出随着浆体流动度的增加，透水混凝土的透水系数逐渐降低；当浆体塑形黏度增加，透水混凝土的透水系数逐渐增大。赵剑锋等[37]通过试验研究出随着聚丙烯纤维长度的增大，透水混凝土的抗压强度先增大后减小，抗折强度逐渐增大，掺入聚乙烯醇纤维和玻璃纤维会降低透水混凝土的空隙率和透水系数。
3、制备及应用研究
透水混凝土集料的配比设计及实践应用是实现透水混凝土科学发展的重要一环，相关研究围绕不同的施工工艺开展研究[38,39,40,41,42]。
Nguyen等[43]提出筛网排浆法，得出透水混凝土的最佳水胶比，相比更加科学实用。Yang等[44]研究出了掺入有机聚合物可显著提高透水混凝土的抗压强度，但透水性能不太理想且费用较高。吴克雄等[45]开展了骨料粒径、水灰比、减水剂、增强剂及砂率对混凝土性能的研究，将该成果应用于实践工程，提高了透水混凝土的使用强度。李永庆等[46]介述了工程实践中透水混凝土的配制、生产、施工等环节的控制，确保透水混凝土的设计要求，为海绵城市建设的应用提供了参考。
李伟[47]初步确定了透水混凝土护坡板的形状和厚度，分析了护坡稳定计算采用的方法，探讨了护坡板的施工工艺，为其工程应用提供了理论依据。于永霞[48]研究了滨水区域氯离子对透水混凝土的侵蚀特征，得出氯离子的渗透系数随时间变化而衰减，渗透速度随水灰比的增加而加快，随水化度变大而减小。谢若奇[49]对比研究了透水混凝土基层材料的几种常规制备方法，发现浆体裹石法搅拌、插捣法成型和标准养护法更适合基层材料的制备，并研制出最佳材料配合比。姜德民等[50]对透水混凝土路面砖的配合比、施工工艺及性能进行试验，提出最佳设计方法。
张贤超[51]提出了采用浆体裹石法、标准养护（温度20±2℃，相对湿度95%）的制备工艺可明显改善透水混凝土的基本性能，揭示了水灰比、骨胶比对透水混凝土力学性能和排水性能的影响规律。石从黎等[52]基于人行道改造工程实例，探讨了彩色透水混凝土的制备、生产、运输及施工工艺，为其应用提供了参考。冯翠玲等[53]介述了透水混凝土在杭州市区部分道路、公园广场、停车场的应用。
4、结语
综上所述，国内外有关透水混凝土的研究成果颇多，对透水混凝土的强度、透水性、收缩性、抗冻性等性能做出了大量试验，在实践应用方面也积累了一定经验。总体而言，在材料配制方面，采用建筑废弃物再生集料制备透水混凝土的相关技术研究较少，对再生骨料与天然骨料的掺入对比研究较多；在材料应用方面，透水混凝土多应用于海绵城市建设中的道路、广场、停车场，其他领域应用较少；在试验研究方面，多表现为模拟试验，在实际工程中的现场试验较少，未来可将试验与实际相结合，解决实践工程中具体存在的技术问题。
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2023-12-23我要评论
期刊名称：新型建筑材料
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主管单位：中国新型建材设计研究院
主办单位：中国新型建筑材料工业杭州设计研究院
出版地方：浙江
专业分类：建筑
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国内刊号：33-1078/TU
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2021-05-04
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