1. 引言
经过高校、科研机构以及透水混凝土生产企业的大量研究，通过调整骨料级配等方法，合理使用外加剂，采用高活性硅灰等技术手段，透水混凝土强度、透水等性能逐步得到提高，应用范围也逐步扩大，从2009年开始我国出台了一系列关于透水混凝土的规范和标准。透水混凝土道路对城市建设具有极大的益处，能够很好解决城市大雨内涝，雨水资源循环利用等问题，是建设海绵城市重要的技术支撑。现代城市的地表多被钢筋混凝土的建筑和硬化路面所覆盖，与天然土壤相比，用普通混凝土铺设的硬化路面缺乏调节地面温度的能力，与城市建筑共同作用，会增加城市的“热岛效应”。据统计，城市年平均气温要比郊区高0.5℃~3℃，在夏季，城市局部地区的气温比郊区高出6℃ [1] [2] [3]。由于透水混凝土的多孔结构，透水混凝土表面的水不仅能够渗到透水混凝土下表面，下表面的水也可以经毛细作用蒸发到透水混凝土表面，从而达到改变混凝土表面温度和湿度的功能 [4] [5]。本文开展了透水混凝土调节温度和湿度性能的研究。
2. 原材料与试验方法
透水混凝土由骨料、水泥、水等组成，通过筛分，如图1所示，采用单粒级的粗骨料作为骨架，严格控制细骨料的用量。本试验中石子粒径选用5~10 mm，通过清洗，如图2所示，含泥量控制在0.5%以内；采用海螺牌32.5复合硅酸盐水泥，掺合料选用硅灰、粉煤灰。经过多次试配后，按表1的配合比将配制好的材料装入塑料盒中(尺寸为636 mm × 425 mm × 254 mm)成型，制备厚度为120 mm透水混凝土板和对比的普通混凝土板，放入温度为20℃ ± 2℃，相对湿度为95%以上的养护室内养护，如图3所示。按相同配合比成型100 mm × 100 mm × 100 mm试块，测试孔隙率、透水率和强度等基本参数。透水率采用了北京耐尔得仪器设备有限公司生产的NELD-PC370混凝土透水系数测定仪进行试验，如图4所示。测试出孔隙率、透水率、强度列在表1。
Table 1. The mixture ratio of concrete
表1. 混凝土的配合比
Figure 3. Curing of pervious concrete block
图3. 透水混凝土试块的养护
Figure 4. Measuring the water permeability by NEELD-PC370
图4. NEELD-PC370测定仪测试透水混凝土透水率
在蓝色塑料盒(尺寸为636 mm × 425 mm × 254 mm)底层铺垫100 mm自然土，含水率为12.7%，模拟土壤结构；将混凝土、普通混凝土块放在土层上面，开展调温、调湿性能的试验，如图5~6所示。使用碘钨灯模拟太阳辐射，可调速风扇模拟自然风；使用风速仪测量风速，温度计测量混凝土表面温度，湿度计测量混凝土表面湿度，如图7所示。
Figure 7. Experimental simulation process of heating and adjusting wind speed
图7. 加温和调风速的试验模拟过程
3. 试验结果与分析
3.1. 混凝土含水量对混凝土调温、调湿性能影响
3.1.1. 混凝土块在风干状态下
使用自然风干状态下混凝土块，模拟无降水情况下透水混凝土调温、调湿性能。风速为0.60 m/s，室内温度19℃。测出不同时间时混凝土表面温度和湿度变化情况，如表2和表3。
Table 2. The change of concrete surface temperature over time (˚C)
表2. 混凝土表面温度随时间的变化(˚C)
Table 3. The change of concrete surface humidity over time (%)
表3. 混凝土表面湿度随时间的变化(%)
从表2，表3可以看到：
1) 在70分钟以内，普通混凝土和透水混凝土表面的温度都逐渐增加，80分钟以后普通混凝土温度稳定在18.5℃，而透水混凝土表面温度却稍微再降低；
2) 普通混凝土在从养护室拿出后，表面相对湿度在65%，10分钟后就稳定在60%；而透水混凝土的湿度，在100分钟内从75%逐渐降低并稳定在62%；
3) 在模拟无降水的情况下，室内温度19℃，30分钟后稳定在透水混凝土与普通混凝土表面温度差在1℃左右，湿度差在2%左右。
由于透水混凝土块具有一系列与外部空气以及下部土壤垫层相连通的多孔结构，垫层土壤中丰富的毛细水通过自然蒸发和光照作用下的蒸腾作用，该过程吸收热量，因而使得混凝土表面温度降低，并在混凝土表面形成具有一定含水的空气层。
3.1.2. 混凝土块在不同含水量和风速状态下
1) 在混凝土表面均匀加水200 ml，碘钨灯功率为500 W，没有风速，测出不同时间时混凝土表面温度和湿度变化情况，如表4和表5。
Table 4. The change of concrete surface temperature over time (˚C)
表4. 混凝土表面温度随时间的变化(˚C)
Table 5. The change of concrete surface humidity over time (%)
表5. 混凝土表面湿度随时间的变化(%)
从表4和表5可以看出：
含水混凝土在加热过程中温度逐渐升高，一小时后，普通混凝土温度升高近20℃，而透水混凝土升高近16℃，说明透水混凝土具有很好的调温功能；
普通混凝土湿度基本处于下降趋势，70分钟后在28%，而透水混凝土80分钟后34%；透水混凝土表面湿度比普通混凝土高6%，说明透水混凝土具有较好的调湿功能。
2) 在混凝土表面均匀加水400 ml，碘钨灯功率为500 W，风速保持0.76 m/s，测出不同时间时混凝土表面温度和湿度变化情况，如表6和表7。
Table 6. The change of concrete surface temperature over time (˚C)
表6. 混凝土表面温度的变化(˚C)
Table 7. The change of concrete surface humidity over time (%)
表7. 混凝土表面湿度的变化(%)
从表6和表7可以看出：一小时后，普通混凝土温度升高近3℃，而透水混凝土温度却略有下降，说明透水混凝土具有很好的调温功能。普通混凝土湿度基本处于下降趋势，一小时累计下降13%，而透水混凝土半小时后基本稳定在32%，湿度仅下降9%；透水混凝土表面湿度比普通混凝土高8%，说明透水混凝土具有较好的调湿功能。
透水混凝土在加热过程中温度逐渐升高，在风的共同作用下，毛细孔中的水蒸发过程加快，因此透水混凝土表面温度开始降低，并能保存一定的湿度；而普通混凝土孔隙率非常小，其毛细现象不明显，因此普通混凝土表面随着加热其温度逐渐升高，湿度逐渐降低。
3) 进一步增加用水量和风速，进行试验。在混凝土表面均匀加水600 ml，室内温度19℃。碘钨灯功率为500 W，风速0.92 m/s。测出不同时间时混凝土表面温度和湿度变化情况，测试结果如表8和表9。
Table 8. The change of concrete surface temperature over time (˚C)
表8. 混凝土表面温度随时间的变化(˚C)
Table 9. The change of concrete surface humidity over time (%)
表9. 混凝土表面湿度随时间的变化(%)
从表8，表9可以看到：
1) 模拟在降雨的情况下，在60分钟以内，普通混凝土和透水混凝土表面的温度都逐渐增加，20分钟以内时增加较快；20分钟以内时湿度快速降低，30分钟后普通混凝土和透水混凝土表面湿度分别稳定在64%、67%；
2) 模拟在降雨的情况下，外界温度在19℃时，透水混凝土与普通混凝土间的温度和湿度有一定的差异，30分钟后透水混凝土与普通混凝土温度差在0.6℃~0.8℃，湿度差在3%。
3.2. 风速对混凝土调温、调湿性能影响
1) 在混凝土表面均匀加水200 ml，碘钨灯2000 W进行加热，风速为0.68 m/s，测出不同时间时混凝土表面温度和湿度变化情况如表10和表11。
Table 10. Effect of wind speed on surface temperature of concrete (˚C)
表10. 风速对混凝土表面温度的影响(˚C)
Table 11. Effect of wind speed on surface humidity of concrete (%)
表11. 风速对混凝土表面湿度的影响(%)
从表10，表11可以看到：在碘钨灯2000 W进行加热，风速为0.68 m/s时，模拟在降雨的情况下，30分钟后稳定普通混凝土升温2.2℃左右，而透水混凝土升温1.6℃左右。透水混凝土比普通混凝土表面温度低2.2℃，湿度高9%。
2) 在混凝土表面均匀加水200 ml，碘钨灯2000 W，风速增加到1.06 m/s，测出不同时间时混凝土表面温度和湿度变化情况，如表12和表13。
Table 12. Effect of wind speed on surface temperature of concrete (˚C)
表12. 风速对混凝土表面温度的影响(˚C)
Table 13. Effect of wind speed on surface humidity of concrete (%)
表13. 风速对混凝土表面湿度的影响(%)
从表12、表13可以看到：模拟在降雨的情况下，30分钟后稳定普通混凝土升温1.2℃左右，湿度下降12%左右。而透水混凝土升温1.3℃左右，湿度下降5%左右。
从表10~13可以综合看到：在混凝土含水量和相同光照情况下，当风速从0.68增加到1.06，增加幅度约56%，水的蒸发加快，有助于降低混凝土表面温度，透水混凝土与普通混凝土的表面温度都约降低1℃；但风速增加，同时也能增加毛细孔水的蒸发，因此风速对湿度影响不明显。
4. 结论
透水混凝土块具有一系列与外部空气以及下部土壤垫层相连通的多孔结构，垫层土壤中丰富的毛细水通过自然蒸发和光照作用下的蒸腾作用使混凝土表面温度降低，并在混凝土表面形成具有一定含水的空气层，因此具有降低混凝土表面温度，增加混凝土湿度的功能，是一种生态环保材料，对缓解城市热岛效应具有重要的作用。
本实验条件下可得出：
1) 在模拟无降水的情况下，室内温度19℃，30分钟后透水混凝土比普通混凝土表面温度低1℃左右，湿度高2%左右；在模拟降水和有风的情况下，透水混凝土表面比普通混凝土温度低1℃~2℃，湿度高3%~9%。说明透水混凝土相对于普通混凝土具有一定的调温和较好的调湿功能。
2) 风速对透水混凝土与普通混凝土的表面温度都有降低作用，但对湿度影响不明显。
在试验过程中，由于受试验仪器限制，试验环境受限，用碘钨灯模拟太阳辐射照射不均匀，用风扇模拟自然风时风速很难控制，得到的数据存在着一定的误差。