谈建筑垃圾再生混合骨料配制透水性混凝土

李 鑫 徐学庆 谭 凯 张国莲

(1.新汶矿业集团翟镇煤矿，山东泰安 271204;2.兖州矿业集团杨村煤矿，山东 济宁 272118)

随着我国城市化和工业化的高速发展，城市建设及拆迁改造不可避免要产生大量的建筑垃圾，建筑垃圾简单的堆放处理不仅占用土地，而且污染环境。另外随着城市建设，地表逐渐被各种不透水或透水性极差的场地和路面所覆盖，使得城市可透水区域减小，地下水得不到及时补充，人为的破坏了城市水平衡系统。本文以此为背景进行了相关研究，拟在寻求建筑垃圾再生混合骨料配制透水性混凝土方案的可行性。

1 我国建筑垃圾产生现状

建筑垃圾是指人们在从事拆迁、建设、装修、修缮等建筑业的生产活动中产生的渣土、废旧混凝土、废旧砖石以及其他废弃物的统称［1］。随着我国城市化和工业化的发展，城市建设及拆迁改造要产生大量的建筑垃圾。据不完全统计，截至2013年中国建筑垃圾产生总量约为30亿t～35亿t，且每年以数亿吨的速度增长，如不能及时处理，不仅占用大量土地而且污染环境，影响社会可持续发展。经研究分析不同结构类型的建筑所产生的垃圾基本组分是一致的［3］，见表1，它们是建筑垃圾资源化利用的主要对象。

表1 建筑垃圾质量组分表 %

2 再生混合骨料概述

目前，相对于传统的再生骨料提出了再生混合骨料概念。再生骨料是由建筑垃圾中筛拣回收出来的废混凝土块经机械破碎筛分而得来，其组成成分相对单一。而再生混合骨料则是包含了废混凝土块、碎砖石、碎瓦片、碎瓷砖、少量沥青以及塑料等其他杂质的再生骨料，其所用的原材料主要为统一回收的建筑垃圾，经简单处理或不处理破碎后即可得到［4］。因再生骨料组成成分较为单一，国内学者对其研究较多且取得了丰富的成果，例如，用再生骨料制成再生混凝土柱［5］、再生混凝土梁［6］，甚至框架［7］。而对于再生混合骨料，由于其组成成分较为复杂，各组成成分之间的物理力学性质相差较大，混凝土中各组分配合比对其性能的影响也具有较大差异，因此还需加大对其研究的力度。

3 透水性混凝土的透水性形成机理

透水性混凝土是指空隙率为15%～25%的混凝土，也称作无砂混凝土，其由特定级配的骨料、胶凝材料(水泥)、水(可含外加剂和掺和料)等按特定比例经特殊工艺制成的，内部含有大量贯通性孔隙的蜂窝状混凝土制品。透水性混凝土大致可看作由三部分组成:粗骨料形成的骨架、胶凝材料形成的胶结层及它们之间的孔隙，如图1所示。透水性混凝土的透水性能有很多影响因素，其中孔隙率是影响透水性混凝土透水性能最重要的指标之一。在水灰比适宜，骨料粒径和制作工艺相同的情况下，孔隙率大的混凝土试件透水性能相对较好。在透水性混凝土中，其内部所含的空隙主要有三种形式:连续空隙、半开半闭空隙、完全闭合空隙，其中透水性能的实现主要是靠连续空隙。

图1 透水性混凝土结构模型示意图

4 再生混合骨料用于透水性混凝土的可行性研究

高渗透性是透水性混凝土的主要特点，这就对孔隙率提出了较高要求，但其作为一种混凝土制品必须满足其对抗压强度和抗拉强度的要求。通过对图1透水性混凝土结构模型的研究，提出透水性混凝土的配合比设计应以孔隙率计算的配合比设计为基础，在满足强度和透水系数两项指标的同时，尽可能使粗骨料间具有足够的连通空隙。为研究建筑垃圾再生混合骨料配制透水性混凝土的可行性，下面通过实验对不同配合比下配制的透水性混凝土的强度及透水性进行研究。

4.1 试验方案

基于对混凝土理论分析和大量实验数据处理的基础上，透水性混凝土配合比选定设计的主要参数及其范围分别为:水灰比(0.40，0.35，0.30)，骨灰比(4.5，4.0，3.5)，砂率(20%，15%，10%)，以此三个因素为基础进行正交试验，测定不同配比下透水性混凝土试件的抗压强度、劈裂抗拉强度及透水系数。实验所采用的再生混合骨料由山东某建材公司提供，由回收的各种建筑垃圾直接通过机械破碎而来，其所含的成分为:细骨料0 mm～5 mm、粗骨料5 mm～10 mm;试验所用的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥;所用的添加剂为高效减水剂;拌合水为普通自来水。

4.2 试验方法

试验所用的混凝土拌和物均通过人工搅拌的方式制备，且按照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物理性能试验方法标准操作。本试验所制备的试件均为100 mm的立方体试件，成型方法采用“静压成型法”，制作完成24 h后拆模，并在试件标准养护条件(温度20℃±2℃、相对湿度在95%以上)下养护至28 d期龄，然后再进行测试。抗压强度和劈裂抗拉强度测试按照GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准操作，所用压力机型号为XL.04-NYL-2000C，其最大试验力为2 000 kN。透水系数测定方法借鉴日本混凝土工学协会推荐的大孔混凝土透水性试验方法，试验采用定水头的方法，并根据达西定律测量透水性混凝土的透水系数，设计的实验装置如图2所示。

图2 透水试验装置示意图

4.3 试验结果分析

每组试验均采用5个试件进行测试，取其均值作为最终结果。测得不同水灰比、不同骨灰比及不同砂率条件下，再生混合骨料透水性混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度以及透水系数见表2。由表2可知，由此再生混合骨料制成的透水性混凝土的抗压强度比较低，远小于普通C30混凝土的抗压强度，其最小抗压强度为11.2 MPa，最大抗压强度 20.6 MPa，主要集中在 10 MPa～20 MPa，而普通C30混凝土的抗压强度为30 MPa左右;再生混合骨料制成的透水性混凝土的劈裂抗拉强度与普通C30混凝土的劈裂抗拉强度相差不大，均在2 MPa左右;透水系数在1.50 cm/s左右。

表2 再生混合骨料透水性混凝土试验结果一览表

试验研究用此地区建筑垃圾直接破碎而来的再生混合骨料制成的透水性混凝土具有一定的抗拉强度和较强的透水性，但因其抗压强度较小，目前还不能直接运用于结构中，且在一定程度上还不能满足道路地砖或铺路砖的使用要求，但可作为庭院地砖使用。当配合比为水灰比0.4、骨灰比3.5、砂率20%的情况下，混凝土的抗压强度可达到20.6 MPa，基本可达到路面砖合格品对力学性能的要求，此时透水系数可达到1.45 cm/s，具有较好的透水性能，按此配合比制作的混凝土产品可取得较好的效益。

5 结语

1)用山东某建材公司所生产的再生混合骨料替代天然骨料制成的透水性混凝土具有较低的抗压强度，主要集中在10 MPa～20 MPa之间，远小于普通C30混凝土的抗压强度;劈裂抗拉强度与普通C30混凝土的强度相当，均在2 MPa左右;透水系数在1.50 cm/s左右。2)当配合比为水灰比0.4、骨灰比3.5、砂率20%时，透水性混凝土的抗压强度可达到20.6 MPa，基本可达到路面砖合格品对力学性能的要求，此时透水系数可达到1.45 cm/s，具有较好的透水性能，按此配合比制作的混凝土产品可取得较好的环境效益和经济效益。

［1］林志伟.基于综合利用建筑垃圾再生骨料混凝土的研究［D］.昆明:昆明理工大学，2007:1-16.

［2］王志尧，曹 辰.废弃混凝土作为再生骨料和掺和料的利用研究［J］.广东建材，2011(4):19-23.

［3］杜 婷，李惠强，郭太平，等.废弃混凝土再生骨料应用的经济性分析［J］.新型建筑材料，2006(6):30-33.

［4］王金城.浅谈再生混凝土的研究现状和展望［J］.山西建筑，2009，35(15):141-143.

［5］张宏达，肖建庄.基于现有规范的再生混凝土柱安全性评价［A］.首届全国再生混凝土研究与应用学术交流会［C］.2008:18-19.

［6］肖建庄，雷 斌.再生混凝土梁抗弯刚度计算公式的研究［A］.首届全国再生混凝土研究与应用学术交流会［C］.2008:18-19.

［7］肖建庄，朱晓晖，刘 琼.再生混凝土框架节点受力性能仿真分析［A］.首届全国再生混凝土研究与应用学术交流会［C］.2008:18-19.