透水混凝土是由膠凝材料、粗骨料、微量（或不含）細骨料、水、外加劑和摻合料按照一定比例拌制而成的一種多孔材料。當膠凝材料為水泥時，稱為水泥透水混凝土，通常簡稱為透水混凝土。由于不含細骨料，或細骨料的比例很少，透水混凝土在硬化以后，其結構中存在較多的孔隙，使其具有良好的滲透性能，不僅能夠防止路面積水，還可以吸聲降噪，緩解城市的“熱島效應”，改善城市熱環境，有效解決普通混凝土所帶來的一系列生態問題。
由于透水混凝土的性能優越，自上個世紀以來，透水混凝土在國際上得到了廣泛的重視與應用。20世紀80年代初，日本在全國推行的“雨水滲透計劃”中，大量應用了透水混凝土；德國自20世紀80年代起，不斷致力于不透水路面的改造，其目標是在2010年把全國90%的城市路面改造為透水路面；中國的透水混凝土研究起步較晚，2008年建成的奧林匹克公園中大量應用了透水混凝土，在2010年的上海世博會中，透水混凝土也被大力推廣。
目前，我國的城鎮化發展迅速，在城市高速發展的同時，也引發了一系列的生態環境問題，其中，水資源的生態危機尤為突出。為了解決水資源的生態問題以及水資源短缺和水安全問題，住房和城鄉建設部、財政部和水利部等有關部門已在全國范圍內的重點城市開展了海綿城市的試點示范工作，并給予中央財政資金支持。在建設海綿城市的過程中，雨水的收集與生態利用是符合可持續發展理念的生態工程，同時也是緩解城市內澇、恢復城市人工消納雨水能力的關鍵。與傳統混凝土相比，透水混凝土具有良好的透水性能，在建設海綿城市的過程中將起到至關重要的作用。本文就透水混凝土的主要性能及其影響因素分別進行歸納總結。
1透水混凝土力學性能及其影響因素
由于混凝土主要承受壓荷載，故在研究透水混凝土的強度時，應主要考慮透水混凝土的抗壓強度和抗折強度。一般來說，透水混凝土的抗壓強度大于透水磚，但小于普通混凝土，一般為20～30MPa，而影響透水混凝土力學性能的因素較為復雜。
1.1骨料
骨料是透水混凝土的主要組成材料，骨料的各種性質對透水混凝土的強度影響很大。
多孔混凝土屬于骨架空隙結構，這種結構的混合料采用開級配，粗集料較多，混凝土的強度來自于彼此之間較大的內摩阻力和水泥膠漿的粘結力。透水混凝土是典型的多孔混凝土，其內部結構的粘聚力較小，因而強度主要依靠內摩擦角[1]。而骨料的形狀對透水混凝土的內摩擦角的影響較大，具體來說，卵石的內摩擦角小于人工破碎的碎石，故以棱角較多的碎石作為骨料的透水混凝土的強度高于以卵石作為骨料的透水混凝土。
骨料的粒徑大小也會影響透水混凝土的強度。骨料的粒徑越小，堆積密度越大，顆粒間的接觸點越多，配制而成的透水混凝土的抗壓強度就越高；反之，骨料的粒徑越大，比表面積越小，所形成的結構中單位體積內骨料顆粒之間的接觸點數量越少，膠結面積越小，抗壓強度就越低。根據Griffith的微裂紋理論[1]，將骨料的界面視為混凝土內部的裂紋，也可以得到相同的結論。
王瑞燕[2]等人指出，根據透水混凝土的抗折破壞斷面，當水泥石強度較高且與集料界面黏結良好時，透水性混凝土抗折破壞主要表現為集料破壞，而集料級配對抗折強度的影響程度并不大。路面用透水混凝土以抗折強度為設計目標，采用單粒徑集料，可以同時保證混凝土的力學性能和透水性能。
砂率同樣會影響透水混凝土的強度，且砂率與強度之間的關系是非線性的，付培江[3]指出，透水混凝土的最佳砂率在12%左右，即當砂率為12%時，透水混凝土的強度達到最大值。當砂率較小時，膠結材的用量相對較多，此時增加砂的用量，骨料表面仍能被充分包裹，顆粒之間仍能形成較強的膠結層，同時，砂用量的增加也提高了混凝土整體的剛度，因此，混凝土的強度得到提高。而當砂率大于最佳砂率時，粗、細骨料顆粒的總表面積較大，膠結材的用量相對較少，不足以在粗細骨料顆粒之間形成足夠厚的膠結層，導致混凝土的強度下降。
對于透水混凝土而言，集料的強度也是影響其性能的重要因素之一。張朝輝[4]分別用不同強度的集料制備透水混凝土，并測試其抗壓強度，結果表明，在配合比及集料粒徑不變的條件下，集料的強度越高，透水混凝土的強度就越高。這是因為，集料的強度越高，試件在受壓時，集料所起的骨架作用越明顯；若集料的強度較低，即使膠結材料的強度很高，透水混凝土的強度也不會顯著增加。這一結論與孫家瑛[5]的試驗結果相吻合。
1.2水灰比與骨灰比
水灰比與骨灰比是對混凝土進行配合比設計時的兩個重要參數，二者決定了透水混凝土各組成材料間的比例關系。孟宏睿[6]分別采用0.30、0.33、0.35的水灰比制備透水混凝土，并測定其抗壓強度，結果表明，當骨料的粒徑相同時，隨著水灰比的降低，用卵石制備的透水混凝土的抗壓強度略有提高，用碎石制備的透水混凝土的抗壓強度先升高后降低，總體來說，在0.3～0.35范圍內，水灰比對透水混凝土的抗壓強度影響不大。蔣正武[7]的研究結果顯示，當水灰比不變，骨灰比分別為64:3、60:3、56:3時，隨著骨灰比的減小，由于骨料周圍的水泥漿膜層的稠度和厚度逐漸增大，透水混凝土的抗壓強度明顯提高。
王培新[8]的研究結果顯示，當水膠比在0.3左右，且骨料的用量為1550kg時，隨著水泥用量的增加，透水混凝土的抗壓強度與抗折強度均升高，但當水泥用量超過400kg/m3后，透水混凝土的抗壓強度和抗折強度的增長率開始下降。此外，水灰比與骨灰比對透水混凝土的孔隙率有很大影響，進而影響透水混凝土的強度。付利彬[9]指出，隨著透水混凝土孔隙率的增大，透水混凝土的抗壓強度、抗折強度和劈裂強度都逐漸降低，而透水混凝土的抗折強度和劈裂強度隨著抗壓強度的增大而升高，其抗壓強度與抗折強度、劈裂強度的比值關系也隨著孔隙率的變化而變化。
1.3硅灰、粉煤灰、礦渣、鋼渣等摻合料
硅灰、粉煤灰、礦渣等礦物摻合料能夠降低混凝土早期的水泥水化放熱，同時，還可以通過火山灰反應，消耗混凝土中對強度不利的Ca(OH)2，產生二次C-S-H，而鋼渣也可以通過自身膠凝性，產生細小的水化產物，填充水泥漿體的孔隙和混凝土的界面過渡區。在混凝土中加入硅灰、粉煤灰、鋼渣等摻合料，不僅可以提高混凝土的后期性能，還能夠消耗工業固廢，節約水泥，具有經濟和環境雙重效益。
李子成[10]的研究結果顯示，當粉煤灰的摻量為0%～30%時，隨著粉煤灰的摻量的增加，透水混凝土7d齡期的抗壓強度逐漸降低，28d齡期的抗壓強度逐漸升高；當鋼渣的摻量為0%～25%時，隨著鋼渣摻量的增加，透水混凝土7d齡期的抗壓強度逐漸降低，28d齡期的抗壓強度先升高后降低，最佳摻量在10%～15%；當粉煤灰與鋼渣復摻，粉煤灰的摻量為15%～20%、鋼渣的摻量為10%～15%時，透水混凝土28d齡期的抗壓強度較高。孟剛[11]的研究結果顯示，當粉煤灰的摻量為0%～50%時，隨著粉煤灰摻量的增加，透水混凝土7d齡期的抗壓強度先升高后降低，在摻量為30%時取得最大值，而28d齡期的抗壓強度逐漸降低。
蔣正武[7]的研究結果顯示，當硅灰的摻量為0%～10%時，隨著硅灰摻量的增加，不加減水劑的透水混凝土的抗壓強度逐漸下降，摻加減水劑的透水混凝土的抗壓強度逐漸升高。這主要是由于，硅灰的顆粒尺寸較小，比表面積較大，在沒有減水劑的情況下，漿體不足以將骨料完全包裹，導致混凝土強度降低；摻加減水劑后，混凝土的和易性提高，漿體與骨料的聯結更緊密，進而混凝土各齡期的抗壓強度升高。黃楊程[12]的研究結果顯示，當硅灰的摻量為6%時，透水混凝土的抗壓強度較高，同時能維持較高的孔隙率，使混凝土具有良好的透水性。
王培新[8]的研究結果顯示，與摻等量的粉煤灰的混凝土相比，摻礦渣的透水混凝土早期的抗壓強度發展較快，且28d齡期的抗壓強度較高，這主要是由于礦渣的粒徑比粉煤灰小，早期活性比粉煤灰大，導致摻礦渣的透水混凝土的早期強度比摻粉煤灰的透水混凝土高。
1.4聚合物
在混凝土中加入聚合物乳液，能夠改善混凝土的和易性，從而提高混凝土的強度。吳紅斌[13]在不同水灰比的透水混凝土中摻加了5%、10%的羧基丁苯乳液（SD622S），試驗結果顯示，當SD622S乳液的摻量為5%時，透水混凝土的抗壓強度最大。蔣正武[7]在透水混凝土中摻加了2%、4%的聚合物乳液，試驗結果顯示，透水混凝土的抗壓強度在聚合物乳液摻量為2%時最高，而當聚合物乳液摻量達到4%時，透水混凝土的抗壓強度略有下降。由此可見，聚合物乳液的摻量存在最佳值。當摻量小于最佳值時，隨著聚合物乳液的摻量的增加，混凝土的和易性增加，從而漿體與骨料間的粘結更加緊密，抗壓強度升高。當摻量超過最佳值后，聚合物乳液將包裹水泥顆粒，阻礙其完全水化，此外，摻加乳液的同時會引入一定量的氣體，導致混凝土的最終強度降低。陳瑜[14]指出，在相同的摻量下，摻加聚合物得到的透水混凝土的抗折強度明顯大于摻加粉煤灰和礦渣的透水混凝土。
除了加入聚合物乳液能夠提高透水混凝土抗壓、抗彎折性能外，加入聚合物纖維，使混凝土的顆粒間的黏結更緊密，同時聚合物纖維也可以承受部分拉應力，從而提高混凝土的抗折強度。滿都拉[15]將粗骨料中30%換成了再生集料，并分別向其中添加0.5%、1.0%、1.5%的聚丙烯纖維，試驗結果表明，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，混凝土的抗彎折強度提高。王永海[16]向混凝土中按體積比例摻入0.1%的聚丙烯纖維，發現雖然聚丙烯纖維對水泥漿體裂縫的發展有一定的束縛限制作用，但摻量過少時對透水混凝土的抗彎拉強度影響不大。
1.5攪拌、成型工藝及養護條件
成型工藝對透水混凝土的各項指標均有顯著影響。目前國內透水混凝土路面的成型工藝主要包括攤平后用輕型碾壓機壓實和攤鋪刮平后振動輥壓整平這兩種方法。
蔣正武[6]分別采用加料法、水泥裹石法對混凝土進行攪拌，結果表明，采用水泥裹石法攪拌的透水混凝土的孔隙率較小，但是抗壓強度大幅提高。邢曉明[17]指出，振動成型工藝的要點在于控制好振動的時間，若振動時間過短，混凝土的內部不緊密，導致混凝土的強度較低；若振動時間過長，會產生沉漿現象，影響透水混凝土的透水系數；此外，由于透水混凝土的孔隙率較大，可能導致水分蒸發過多，引起混凝土產生較大的收縮，所以在混凝土養護的過程中，要保持良好的環境濕度。
吳冬[18]等人分別用手工插搗和機械振搗的方法制備了透水混凝土，從外觀上看，手工插搗制作的試塊的均勻性較好，但密實度差；機械振搗的試塊的密實度好，但下部的漿體比上部多，且振搗時間越長，下部漿體越多；通過對比試驗發現，采用手工插搗10次、機械振搗10s的成型方法，可以使混凝土的強度與孔隙率達到一個比較好的結合點。
徐崇仁[19]等人分別采用插搗成型法、振動成型法、壓力成型法、振壓成型法這四種方法來制備混凝土，當采用振動成型方法時，隨著振動時間的增加，透水混凝土的抗壓強度先增大后減小；當采用壓力成型方法時，隨著成型壓力的增加，透水混凝土的抗壓強度先增大后減小；總的來說，插搗成型法得到的混凝土的抗壓強度較低，而振動成型法和壓力成型法的效果相當，振壓成型法得到的透水混凝土的抗壓強度較大，這與張朝輝[20]的試驗結果類似。
2透水混凝土的透水性能及其影響因素
透水系數反映的是混凝土的排水性能，透水系數越大，單位時間透過混凝土的水越多。它是透水混凝土區別于普通混凝土的評價指標，主要由透水混凝土的有效孔隙率及總孔隙率決定，此外，水自身的性質也會對透水混凝土的透水性能造成影響。
2.1骨料
骨料不僅影響透水混凝土的力學性能，還影響透水混凝土的透水系數。
薛麗皎[21]分別選用不同粒徑及形狀的集料作為透水混凝土的骨料制備透水混凝土，結果表明，透水混凝土的透水系數與骨料的粒徑大小及形狀均有關，隨著骨料粒徑的增大，用碎石和卵石配制的透水混凝土的總孔隙率均有增大，骨料間的接觸點減少，孔洞尺寸增大。由于卵石的接觸點比碎石多，因此卵石的孔隙比碎石少一些。透水混凝土的透水能力主要取決于混凝土內部的連通孔隙，總孔隙率愈大，透水系數愈大，透水性能也就越好。但姜健[22]同時指出此二者并非是線性關系。孟宏睿[6]也得到了相同的結論。
王武祥[23]指出，集料的級配是影響透水混凝土透水性能的關鍵因素，他將不同級配的集料進行混配，得到相同抗壓強度的透水混凝土，但是這些透水混凝土的透水性能卻有顯著差異。此外，李秋實[24]指出，天然集料和再生集料種類的選擇也會影響透水混凝土的透水性能，通常，使用再生集料制備的透水混凝土的總孔隙率高于使用天然集料制備的混凝土的總孔隙率，這是由于，再生集料中不可避免的會含有部分水泥漿體，而這部分水泥漿體自身存在孔隙，而且漿體的密度小于集料，所以使得再生集料的孔隙率較高。Erhan Güneyisi等[25]人也得到了相同的結論。
王培新[8]指出，配制透水混凝土時，加入適量的細集料有利于提高其強度和透水性，但細集料的量不能過多，否則會導致透水混凝土變得密實而失去透水作用，砂率為10%、水泥用量為400kg/m3的透水混凝土的抗壓強度可達34.2MPa、透水系數達1.08mm/s，能夠滿足行業標準CJJ/T135－2009《透水水泥混凝土路面技術規程》中C30強度等級的要求。
2.2水灰比與骨灰比
水灰比與骨灰比共同決定透水混凝土的孔隙率，因此，在骨料的粒徑、種類確定后，水灰比和骨灰比是影響透水混凝土透水率的最重要的因素。
張朝輝[4]通過控制變量法分別研究了水灰比與骨灰比對透水混凝土透水性能的影響，試驗中水泥選用42.5級普通硅酸鹽水泥，集料選用天然集料，灰集比為1:4、水灰比分別為0.24、0.26、0.28、0.30、0.32時，結果顯示，透水混凝土的透水系數隨著水灰比的增加呈現先增加后降低的趨勢，最大值點出現在水灰比為0.30時，這主要是由于，水灰比較低時，水泥顆粒易于結團而堵塞孔隙，使孔隙的連通性變差，導致透水系數降低，而當水灰比超過最佳值后，會產生沉漿現象，導致混凝土的有效孔隙率減少，連通性變差，透水系數下降；當水灰比為0.28，骨灰比分別為1:3、1:4、1:5、1:6、1:8時，隨著灰集比的降低，透水混凝土的透水系數大幅度升高，這是由于水泥用量的增大，導致了集料之間連通的孔隙數量和孔徑均減小，甚至孔隙被堵塞，使孔道變得不連通，從而導致整個骨架透水的通道減少，透水系數降低。蔣正武[7]及王武祥[23]也得到了相似的試驗結果。
孟宏睿[26]指出，判斷水灰比是否合適的方法如下：取一些拌合好的拌合物進行觀察，如果水泥漿在骨料顆粒表面包裹均勻，沒有水泥漿下滴現象，而且顆粒有類似金屬的光澤，則說明水灰比較為合適；并且，無砂透水混凝土的透水性在灰骨比一定的情況下，隨水灰比的增大，透水系數增大，且粒徑小的比粒徑大的混凝土的透水系數略高。王瑞燕[2]指出，合理水膠比的范圍為0.30～0.34。
2.3成型方法
孟宏睿[6]分別采用加壓1MPa、2MPa、3MPa和振搗5s、10s、15s以及每層插搗10次、15次、20次的成型方法制備透水混凝土，結果顯示，采用插搗15次、振搗10s、加壓2MPa的成型方法制備的混凝土28d齡期時透水性能和抗壓強度良好；相比于加壓1MPa和3MPa，加壓2MPa的成型方法得到的透水混凝土強度、透水系數、連通孔隙率更優。
孟剛[11]對比了分別采用靜壓成型與振動成型的試件，結果表示，在相同配合比和養護條件下，振動成型試件的透水系數明顯低于靜壓成型試件的透水系數，但在透水系數的數值上，采用振動成型的方法測得的透水系數均大于1mm/s，滿足目標要求；并分別采用一次加料法及水泥裹石法進行攪拌，結果表明，采用水泥裹石法攪拌有利于改善透水混凝土的透水性。
徐仁崇[19]指出，在采用振動成型法時，要嚴格控制振動時間，以8～12s為宜；采用壓力成型法時，成型壓力宜為60～80kN；而采用振壓結合的方法可以使透水混凝土得到更優的抗壓強度及透水系數。吳冬[18]認為，將手工插搗與機械振搗的方式相結合，以使透水混凝土的透水系數達到要求。
2.4聚合物
李秋實[24]指出，無論選用哪種集料，添加聚合物改性劑都能使透水混凝土的總孔隙略有降低。吳紅斌[13]也指出，在孔隙率變化不大的情況下，透水系數受聚合物的影響較小。
滿都拉[15]在透水混凝土中摻入了聚丙烯纖維，結果顯示，在有效孔隙率為25.1%～25.9%的范圍內，有效孔隙率基本上隨著纖維摻量的增加而呈現降低趨勢，但纖維摻量為0%～1.5%時，對多孔混凝土的有效孔隙率影響有限。
2.5面層結構
為提高透水性混凝土表面的耐磨性，改善裝飾性，降低生產成本，在某些透水性混凝土制品的制作時，可采用上下復合結構[23]。對于此類透水混凝土，面層的配合比及面層的厚度都會影響透水混凝土的透水系數，由于面層料的透水系數大大小于基層的透水系數，因此，面層越厚，透水混凝土的透水系數越小。
2.6溫度
楊剛[27]指出，溫度也是影響透水混凝土透水性能的一個因素，溫度越低，水的動力黏滯系數越大，透水系數越小，以20℃為標準，在溫度為T時的透水系數可按式（1）換算成標準溫度時的透水系數：
3透水混凝土的耐久性能及其影響因素
混凝土的耐久性問題一般可以分為混凝土自身的耐久性問題以及混凝土中鋼筋的耐久性問題兩方面，而透水混凝土一般不與鋼筋一起形成鋼筋混凝土，故這里只討論透水混凝土自身的耐久性問題。
透水混凝土的耐久性能主要是指抗凍融能力及抗鹽腐蝕能力，此外，透水混凝土的收縮問題也將在這里一并討論。
根據1994年修訂的《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》，將試件動彈性模量下降至60%，質量損失到達5%或者凍融至300次作為衡量多孔混凝土的評價標準[28]。吳紅斌[13]的試驗結果顯示，不摻加聚合物的透水性混凝土在經歷120次凍融循環后，其相對動彈模量下降至51.5%，低于60%，而摻加了5%羧基丁苯乳液的混凝土在經歷120次凍融循環后相對動彈性模量為68.6%，透水性混凝土的抗凍融性能在摻入聚合物后得到明顯改善。
孫家瑛[5]以水泥用量為340kg/m3，集灰比為4.5，水灰比為0.3配制出的透水混凝土在80℃下的28d抗壓強度比標準抗壓強度高了7%，干濕循環30次后的抗壓強度較標準抗壓強度高了10%，但透水水泥混凝土凍融循環100次后的抗壓強度是標準抗壓強度的86%，強度損失達到14%，因此，透水混凝土在長期凍融環境下要慎用。
樓俊杰[29]分別用粉煤灰和礦渣代替部分水泥制備混凝土，以Na2SO4和MgSO4的混合溶液作為腐蝕溶液，對透水混凝土進行抗腐蝕性試驗，結果顯示，摻加粉煤灰和礦粉礦渣微粉后，透水性混凝土的抗硫酸鹽腐蝕能力顯著增強，并且摻加粉煤灰的透水性混凝土比摻加礦渣微粉的透水性混凝土的抗硫酸鹽腐蝕能力略強，透水混凝土的強度損失更少。
混凝土的收縮問題也值得關注。付立彬[9]指出，自然養護條件下，在塑性階段，普通混凝土的收縮較無砂透水混凝土的小，且膠結材含量多的無砂透水混凝土的收縮較大；在硬化后階段，普通混凝土的收縮較大，膠結材含量較少的無砂透水混凝土收縮越小。劉翠萍[30]指出，增加砂率可明顯降低塑性階段的水化熱導致的膨脹和在之后的收縮，細骨料的使用對降低透水混凝土的開裂傾向很有益處；在透水混凝土的早期養護條件方面，若在水化硬化初期，進行充分的保濕養護，可以降低其開裂傾向。
4工作性能
新拌混凝土在澆筑時的性能統稱為工作度，一般由流動性、搗實性和粘聚性來表征[1]。一般混凝土的工作度可以通過坍落度法和維勃稠度法來進行測定，但是由于透水混凝土的坍落度小，所以傳統測定坍落度的方法并不適用于透水混凝土。盛燕萍[31]等人以富余漿量比（即富余漿量與混合料總質量的比值）作為透水混凝土工作性的評價指標，而董雨明等人[32]則借鑒日本水泥協會和日本道路公團的稠度評價方法，依據水灰比由小到大的變化，把新拌透水混凝土的狀態相應地分為A～E五個等級，選用C級（試料保持容器形狀，骨料表面有光澤）表征稠度目標值作為工作性能的評價指標。
用水量與水泥漿量是混凝土拌合物最敏感的因素。透水混凝土中由于水泥漿體用量少、水灰比小使其具有較好的黏聚性，無泌水、離析現象，但卻因此降低了流動性[33]。當水泥漿量一定時，砂率過大，骨料的比表面積較大，骨料之間的水泥漿層厚度減少，工作度變差；但砂率過小，砂子不足以填充粗骨料的空隙，水泥漿除了填充細砂間的空隙，還要填充粗骨料之間的空隙，同樣會導致骨料間的水泥漿層厚度減少，工作度下降。因此，砂率存在一個最佳值。付培江[3]認為，最佳砂率為20%。此外，摻有需水量較少的粉煤灰或者磨細礦渣時，拌合物需水量降低，在用水量、水灰比相同時流動性明顯改善，故可以用部分粉煤灰代替部分骨料。
5結語
透水混凝土是一種新的生態型、環保型材料，因其具有顯著的優勢，在國內日益受到人們青睞，并逐步應用于公路道橋中。透水混凝土是一種多組成成分的多相材料，其各項性能及其影響因素較為復雜。我國對于透水混凝土的研究起步較晚，現階段對透水混凝土微觀結構的研究還比較缺乏，今后應深入進行透水混凝土微觀結構的研究，逐步改善透水混凝土的宏觀性能，將透水混凝土大規模應用于現代“海綿城市”中。
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