连亚明，徐仁崇，王伟，石莹，陈裕佳

（1.厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361004；2.厦门天润锦龙建材有限公司，福建 厦门 361027）

聚合物透水混凝土应用关键技术※

连亚明1,2，徐仁崇1,2，王伟1,2，石莹1,2，陈裕佳1,2

（1.厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361004；2.厦门天润锦龙建材有限公司，福建 厦门 361027）

本文概述了聚合物透水混凝土在生产、施工和应用方面的关键技术，探讨了聚合物的种类、用量，集料类型、级配和养护龄期对聚合物透水混凝土强度和透水性能的影响，阐明相关质量控制要点，为其今后应用推广提供经验参考。

聚合物透水混凝土；性能影响；生产施工；应用关键技术

0 前言

近年来，国家大力推进海绵城市建设，透水混凝土因具有良好的视觉效应和环保效应而日益受到人们的重视。作为新型环保道路材料，透水混凝土具有较大的孔隙率和较为适宜的强度，良好的渗透性能可以促进地表多余水分回归地下，改善城市水循环；适宜的强度使其广泛应用于城市人行道路建设，美化城市市容，有效解决了普通混凝土所带来的系列生态问题。

海绵城市道路新建或道路改建中的透水路面主要采用透水砖或透水混凝土，聚合物透水混凝土则更多的应用于景观道路、公园广场等。聚合物透水混凝土是以高分子聚合物为胶结材料，靠高分子聚合物聚合固化将骨料胶结而成的多孔混凝土[1]。聚合物树脂具有优良的韧性，结合透水混凝土的孔隙结构，使聚合物路面面层具有良好的吸震性能和吸音减噪效果，但硬化后较脆，耐冲击性能差，且容易老化，力学性能存在不足，且生产成本较高，导致其在透水铺装领域中的应用受到限制。因此，为了确保工程质量、加强其推广应用，必须重视其在生产和施工过程中的质量控制。

1 聚合物透水混凝土的应用

由于聚合物树脂透明，透水聚合物面层可通过设计、调配，展现出天然石的本色，色彩多样、艺术效果丰富，具有良好的装饰效果，增加了城市的美观性。因此，聚合物透水混凝土常被用于公园道路、社区广场、景观小道等路面铺装领域[2]。同时，由于其可塑性强，亦被用于普通路面及透水水泥混凝土路面修补等领域。

2 聚合物透水混凝土性能影响因素分析

聚合物透水混凝土由集料和聚合物胶粘剂构成，强度和透水系数的影响因素是其配合比设计的关键。胶粘剂用量、碎石粒径及形状、养护龄期等因素均会对其强度和透水性能产生影响，其中聚合物胶粘剂用量起着关键性作用[3]。

2.1 聚合物种类的影响

聚合物种类繁多，透水混凝土所选用的聚合物胶粘剂应具有物理强度高、固化速度适中、固化收缩率低等特点，在考虑经济成本的同时还应兼顾其环保性。在集料与聚合物胶粘剂混合的过程中，聚合物胶粘剂会与空气发生氧化反应而固化，逐渐将集料胶结成一个整体，固化完全后则具有较高的强度。相关试验[3-4]表明，胶粘剂种类对聚合物透水混凝土透水系数影响较小，从抗压强度、透水系数、耐候性、环保性能考虑，聚合物透水混凝土宜采用聚氨酯类胶黏剂。实际应用中一般采用无溶剂多元醇组合料和无溶剂异氰酸酯组合料合成的聚氨酯树脂。

2.2 聚合物用量的影响

采用 5～10mm 骨料，制备聚氨酯树脂掺量为 4%、6%、8%、10%、12% 的聚合物透水混凝土，将多元醇组合料、异氰酸酯组合料以 1:1 的比例搅拌混匀，再倒入骨料中搅拌至均匀。采用网篮法分别测定试件孔隙率，成型100mm×100mm×100mm 试件，测定其 3d 抗压强度，试件成型方法参照 DB3502/Z5 006－2015《透水水泥混凝土应用技术规程》进行，抗压强度方法参照 GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，混凝土配合比及试验结果见见表 1、图 1。

表1 聚合物透水混凝土配合比及试验结果

图1 聚氨酯掺量对孔隙率、抗压强度的影响

图1显示了聚氨酯掺量对聚合物透水混凝土孔隙率和抗压强度的影响。由图可知，随着聚氨酯用量的增加，孔隙率逐渐下降。当聚氨酯的掺量超过 8% 时，孔隙率低于 17.5%，已出现封闭孔隙的现象。可见，当聚氨酯用量过大时，会造成透水性能的损失，同时还会提高整体的成本。因此，聚氨酯掺量不宜大于 8%，适宜掺量为 6%～8%。随着聚合物用量的增加，混凝土抗压强度逐渐增大，但强度增长趋势趋于平缓。当聚氨酯掺量超过 10.0% 时，强度几乎没有明显增长。

聚合物透水混凝土类似于在紧密堆积的骨料中填入聚合物树脂，因此随着聚合物树脂用量的增加，骨料的孔隙逐渐被聚合物填充，导致孔隙率逐渐减低。聚合物透水混凝土强度主要依靠碎石间的相互嵌挤和聚合物胶黏剂的黏结强度提供[5-6]。当聚合物树脂用量较小时，不足以覆盖碎石表面，导致混合料间的粘附性较差、强度较低，随着聚合物树脂用量的增加强度逐渐增大；当聚合物树脂用量过多时，多余的树脂在重力作用下向下流淌，对强度贡献不大，不仅造成成本浪费，还大大降低了透水性。

2.3 石子类型的影响

聚合物透水混凝土可采用碎石或卵石，集料要求洁净、坚硬、无杂质、不宜含有较多针片状颗粒，以确保其质量及较为合理的级配[7]。为了保证较好的透水性能，现阶段通常采用单级配碎石施工，粒径较为适宜，通常选择花岗岩或大理石生产的碎石，这样既能保证所要求的透水性，又能保证所要求的抗压强度。聚合物透水体系中，当聚合物树脂用量增加到一定程度后，多余的树脂因孔隙有限受重力作用而集中在混凝土结构外部时，对强度贡献不大，此时试件破坏多因碎石被压碎，强度在很大程度上取决于碎石本身的特性。

2.3.1 碎石级配的影响

采用粒径为 5～10mm、10～20mm 的单粒级和 5～20mm连续粒级的碎石，研究石子级配对聚合物透水混凝土 3d 抗压强度的影响。其中聚合物掺量为 6%，配合比及试验结果见表2。

表2 配合比及试验结果

由表 2 可知，随着碎石粒径的增大，抗压强度减小，连续粒级碎石的混凝土抗压强度高于单级配碎石。可见，合理的碎石级配有利于提高混凝土的强度，碎石级配越合理，聚合物树脂可接触的内表面积越大，混凝土抗压强度就越大。目前工程中常用的碎石粒径为 3～5mm、4～8mm、5～10mm。

2.4 养护龄期的影响

采用石子粒径 5～10mm，石子用量 1620kg/m3，聚氨酯树脂掺量 6.0%，测定不同养护龄期的聚合物透水混凝土的抗压抗折强度，试验结果见表 3 与图 2。

表3 试验结果

图2 龄期对抗压抗折强度的影响规律

图2 显示了养护龄期对聚合物透水混凝土抗压和抗折强度的影响。由图可知：随着龄期的增加，混凝土强度不断增长，前期强度增长迅速，3d 抗压强度达到了 28d 强度的 90%以上；后期强度增长则趋于缓慢，3d 至 28d 龄期抗压强度仅增加了 0.5MPa。这是由于聚合物混凝土通过树脂的氧化作用形成强度，而树脂在空气中氧化速度较快；另一方面，聚合物混凝土空隙率大，使空气流动性增强，加快了固化反应速度，进而缩短了强度形成时间[8]，室温下可将 1d 作为聚氨酯碎石透水路面的养护期。

3 施工工艺

3.1 施工准备

施工前应进行技术交底，落实施工中技术要点及注意事项。确保施工设备能够正常运转，保证骨料的清洁干燥，有粉尘或湿润的骨料应进行除尘或干燥处理后才能使用，检查聚合物胶粘剂存储情况，确保没有变质。

3.2 生产

因聚合物透水混凝土施工较为环保且精细，施工速度较为缓慢，因此一般采用现场拌制的方式生产。拌制时，采用立式磨盘搅拌机进行搅拌，将计量好的集料倒入搅拌机内搅拌，再加入聚合物树脂进行搅拌，搅拌时间约 3min，判断聚合物树脂是否均匀的包裹集料，若包裹性较差或树脂量过剩，可通过添加适量聚合物胶粘剂或集料进行调整。聚合物胶粘剂采用即配即用的方式，最佳胶粘剂掺量为6.0%～8.0%。

3.3 运输

应根据施工进度来选配合理的运输设备，现场施工时，一般使用方型板式斗车。推行过程中应平稳推进，避免不必要的颠簸，防止聚合物树脂应外力作用而过度析出。如图 3所示。

图3 聚氨酯透水混凝土生产与运输

3.4 摊铺、收边、抹光

运至铺设区域后，先由人工用刮尺刮至初始平顺。摊铺厚度应考虑其松铺系数，松铺系数宜选取 1.1，透水路面施工过程中应注重补料环节，缺料处需安排专人进行补料抹平。摊铺完约 10min 后，用表面抹光机进行压实与收面。而对于表面抹光机无法抹平的区域（路沿石衔接处），可由人工抹平收面，人工收面时应以压实为主[9-10]。因聚氨酯胶粘剂固化速度与温度成正比，正常施工温度下（25～40℃），聚合物透水混凝土可施工时间不宜超过 25min。图 4 为现场施工图。

图4 聚氨酯透水混凝土摊铺工艺

3.5 养护与维护

施工合格后，即开始养护，通常自然养护 24h 即可。养护期间应避免重物直接作用于施工部位以防止强度受损；同时应保持孔隙内清洁，不被泥土、油污等污染。日常使用中，为延长道路使用寿命，要做到预防与治理相结合，安排专门养护人员定期清理污染物。定期使用高压水枪冲洗或采用压缩空气冲刷孔隙。当透水路面出现裂缝或碎石脱落等现象时，必须及时修补。

3.6 质量控制关键

（1）由于水影响聚合物胶粘剂硬化后的强度，应严格控制可能引入水的环节。如：应严格把控细集料，使其在使用前充分干燥；禁止在雨天和基层表面潮湿未完全干燥时进行透水路面施工。

（2）由于聚合物固化时间有限，聚合物透水混凝土施工应根据施工速率合理控制生产速度，做到随用随配，对于超过使用时间的应禁止使用。

（3）聚合物透水混凝土施工要求美观、规整，为了避免表面不平整，在抹光平整过程中应及时补料。

（4）施工应做到连续作业，避免产生较多的施工冷接缝；当不可避免时，应做到规则，保证整体的美观、划一。

（5）聚合物透水混凝土一般常温下养护，养护时间一般为 24h，养护期间要采取保护措施，防止重物、泥土、油污、水分等因素对其质量造成不利影响。

4 结语

聚合物透水路面作为新型的特色功能路面铺装技术，美观、防滑、环保、快捷是其最主要的优点，同时它为解决城市内涝问题和建设海绵城市提供了一个有效可行的方案，随着环保、节能理念的不断推进其未来具有良好的发展空间，该工艺将在城市道路建设领域创造良好的经济效益和社会效益。

[1] 董祥，何培玲，李磊．道路透水路面及其铺面材料研究[J].四川建筑科学研究，2010(2):219-222.

[2] 邵洪涛，汪国平．聚氨酯碎石透水路面的结构设计与配方调节[J]．化工新型材料，2015(6)：247-250.

[3] 邵洪涛，汪国平，李学东．高透水聚氨酯无溶剂地坪的设计与开发[J]．涂料工业，2014(5)：43-47.

[4] 张勇林. 聚合物透水混凝土抗压强度和透水性能研究[J]. 福建建材，2016(7)：7-9.

[5] 李汝凯，王火明，周刚．聚氨酯碎石透水路面胶水用量试验研究[J]．公路工程，2015(4)：105-108.

[6] 王火明，李汝凯，王秀，等．多孔隙聚氨酯碎石混合料强度及路用性能[J]．中国公路学报，2014(10)：43-47.

[7] 薛飞，赵维林，崔艳玲. 聚氨酯碎石混合料强度特性研究[J]．河南建材，2015(4)：43-45，48.

[8] 李汝凯，王火明，周刚．多孔隙聚氨酯碎石混合料强度及影响因素试验研究[J]．中外公路，2015(2)：244-247.

[9] 许周聪，王火明，李汝凯，等．聚氨酯碎石混合料透水路面施工工艺与质量控制[J]．公路交通技术，2015(6)：5-8，17.

[10] 芦瑾韬．聚氨酯碎石混合料透水路面施工工艺与质量控制[J]．南北桥，2009(12)：7.

The application key technology of polymers pervious concrete

Lian Yaming1,2, Xu Renchong1,2, Wang wei1,2, Shi Ying1,2, Chen Yujia1,2
(1.Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., Fujian Xiamen 361004; 2.Xiamen Tianrunjinlong building materials Co., Ltd., Fujian XiaMen 361027)

This paper summarizes the key technology of Polymers Pervious Concrete's production,construction and application and analyzes the influence factors of permeable coefficient on the strength and discusses. And it introduces construction technology and quality control methods to accumulate experiences for Polymers Pervious Concrete of polyurethane macadam pavement in the future．

polymers pervious concrete; performance impact; construction technology; the application key technology

连亚明，男，助理工程师。

厦门海沧区科技计划资助项目（350205Z20161020）

［通讯地址］福建省厦门市海沧区东孚镇凤美四路 39 号（361004）