再生骨料在透水混凝土中的应用研究

魏学成

(永升建设集团有限公司， 新疆 克拉玛依 834000)

再生骨料在透水混凝土中的应用研究

魏学成

(永升建设集团有限公司， 新疆 克拉玛依 834000)

采用建筑物拆后经破碎处理的再生骨料，替代粗骨料制备了透水混凝土。利用正交试验，考虑集浆体积比、新旧骨料比、水胶比、硅灰掺量四因素对透水性水泥混凝土强度和透水系数的影响，分析了孔隙率与强度和透水系数之间的变化规律，并确定了试验条件下混合料的最佳配合比及对应的透水混凝土透水系数，为再生骨料应用在透水混凝土中奠定理论基础。

再生骨料； 透水混凝土； 强度； 透水系数

0 前言

随着城市化进程的不断加快和旧城改造工程的增多，城市中建筑垃圾的产生数量也在快速增长，这些建筑垃圾随意堆放或填埋不但占用土地资源，而且造成环境污染。据统计，我国每1万m2建筑会产生建筑废弃物500～600 t，但是对这些建筑废弃物的再生利用率只有5%，因此，提高建筑废弃物的资源化利用率，加强对再生骨料和再生混凝土制品技术的研究迫在眉睫。在废弃混凝土中骨料体积约占80%，其优良的力学性能不会因普通混凝土的破坏而受太大影响，因此废弃混凝土中的骨料存在较高的再生利用价值。在国外，新加坡政府在2011年开始允许建筑商使用再生混凝土材料来建造最多20%的建筑物结构，不少新商业及工业建筑项目已开始使用这种材料。

透水混凝土是是一种生态环保型混凝土，其孔隙率较大，能让雨水流入地下，有效补充地下水；同时，是保护自然、维护生态平衡、缓解城市热岛效应的优良铺装材料。将大粒径的再生骨料应用于生态透水混凝土中应用于人行道和景观工程中，不仅有利于人类生存环境的良性发展，在城市水管理与水污染防治等工作上具有特殊的重要意义，并且可以有效缓解砂石短缺问题，达到节能减排，保护生态环境，资源循环利用的目的。关于再生骨料透水混凝土，一些发达国家已经针对其吸声性能[1]和抗碳化性能[2]开展了一系列的研究[3]，近年我国许多学者也开始对再生骨料透水混凝土的强度和透水系数展开研究[4-6]。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

1) 水泥：采用42.5R的普通硅酸盐水泥，其性能检测如表1。

表1 水泥性能检测细度/%密度/(g·cm-3)标准稠度用水量/kg初凝时间/min终凝时间/min安定性(雷氏夹法)抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d43.0726145190合格20.450.05.08.0

2) 外加剂：丰京萘系高效减水剂性能指标如表2。

3) 硅灰：采用成都东蓝星科技发展有限公司产硅灰，SiO2含量>80%，密度2 200 kg/m3。

表2 高效减水剂性能指标外观水泥净浆流度棕褐色W/C=0.29,掺量C×1.0%(基准水泥)≥220密度/(g·cm-3)减水率/%pH值总含碱量/%硫酸钠含量/%氯离子含量(CL)/%1.24≤259±2≤3≤5.0≤0.12

4) 粗骨料： 再生粗骨料采用某拆建建筑物经过机械破碎后得到的旧骨料，原生混凝土强度等级为C40，钻芯取样实测强度为35.3～41 MPa。不含木块、塑料等杂物，经过人工筛分、分级后使用。

具体生产工艺为：将混凝土结构物破碎后，筛分除去废料中的木块等杂物；采用破碎机进行一级破碎处理后清洗，筛分分离骨料；再进行二级破碎和筛分后得到粒径为4.75～9.5 mm的再生骨料。再生粗骨料的表观密度、堆积密度、孔隙率和压碎指标等物理力学性能如表3所示。

表3 再生粗骨料物理性能名称吸水率/%压碎指标/%堆积密度/(g·cm-3)孔隙率/%表观密度/(g·cm-3)再生粗骨料4.6214.61.3843.112.57

试验采用再生粗骨料和新骨料掺合，其物理性能测试结果如表4。

表4 集料物理性能测试结果粒径/mm表观密度/(g·cm-3)松装密度/(g·cm-3)紧装密度/(g·cm-3)紧装空隙率/%松装空隙率/%4.75～9.52.761.411.6340.948.3

1.2 试验方法

对透水性混凝土来说，强度和透水系数是路面设计时的两个主要性能。透水性混凝土强度的试验方法参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。试验采用变水头法测试渗透速度用来表征混凝土的透水性能。研究表明，大粒径骨料对透水混凝土的透水系数及强度发展有利[7，8]，试验采用4.75～9.5 mm的骨料。

采用正交试验，考虑集浆体积比、新旧骨料比、水胶比、硅灰掺量四因素对混凝土抗压强度和透水速度的影响。试件采用碾压成型。正交试验因素水平表如表5所示。

表5 因素水平表水平因素新旧骨料比例(新∶旧)集浆体积比水胶比粉煤灰掺量/%10∶1001.50.320210∶901.70.355315∶851.90.3710420∶802.10.4015

2 试验结果分析及讨论

2.1 正交试验结果分析

正交试验及测试结果分析如表6。

由表中正交分析可知：再生骨料棱角较多、表面粗糙、粒形较差、吸水率大，以不同比例添加在混凝土中时造成强度增大或减小，无一定的规律性。

集浆比是表征水泥混凝土基体中骨料和水泥浆体之间比例的指标。集浆比增大，混凝土中骨料用量相对增大，骨料颗粒之间接触面积增大，但是水泥浆的用量相对减少，包裹在骨料外层的水泥浆厚度较小，此时骨料之间的粘结性变弱，水泥混凝土强度降低；同时基体的孔隙率增大，透水系数增大。因此，集浆体积比是透水混凝土配合比设计时控制强度和透水系数的关键因素。

表中显示，水胶比对再生骨料透水混凝土的强度影响相对较小，随着水胶比的增大，基体的强度先增大后减小，混凝土的合理水胶比范围在0.32～0.40。透水混凝土本身的多孔结构导致其干燥速度较快，保水能力较差。在水泥水化初期，水灰比较小，缺乏足够的水分参与水泥的水化过程，水泥石强度发展较慢，混凝土强度较低；水胶比增大，水泥中的矿物顺利进行水化反应，基体中水化产物数量增加，混凝土的强度较高；当水胶比继续增大时，基体中的多余水分增大引起混凝土孔隙率增大，强度降低。相对于集浆体积比，水胶比对混凝土的强度和透水系数的影响程度较小。

硅灰的微小颗粒加入到混凝土中起到润滑作用，对新拌混凝土来说，改善其和易性，减少泌水和流浆，使混凝土成型更加致密，改善其孔隙率和透水性能。同时，硅灰中含有活性CaO和活性SiO2，能够在水泥水化产物Ca(OH)2的碱性激发作用下发生二次水化反应，改善水泥石的水化产物组成，影响透水混凝土的强度。掺入硅灰后，由于二次水化反应，使混凝土的水化进程变慢，同时透水混凝土的大孔隙结构不利于保水，提供硅灰进一步反应。因此硅灰作为火山灰活性材料对混凝土的强度改善作用并不明显。因此，综合考虑混凝土力学性能和透水性能，粉煤灰的掺量可以控制在5%左右，既不致于导致混凝土强度降低过多也能较有效地改善透水混凝土的工作性。

表6 试验结果正交分析因素水平透水试件密度/(g·cm-3)计算压实空隙率/%透水系数/(mm·s-1)抗折强度/MPa抗压强度/MPa新旧骨料比(新∶旧)0∶1002.0716.710.894.321.410∶902.0616.59.704.316.915∶852.1911.55.204.524.920∶802.1512.77.814.421.9极差1.245.25.690.2 8.00集浆体积比1.52.1710.73.955.025.81.72.1212.78.744.321.71.92.1214.57.794.321.42.12.0418.313.113.816.2极差1.487.69.161.29.6水胶比0.322.0616.911.874.119.00.352.1214.66.534.620.20.372.1513.07.664.524.60.402.1413.07.534.421.3极差0.763.95.340.55.6硅灰掺量 0%2.1712.84.145.024.6 5%2.0915.29.734.220.410%2.0815.910.034.118.915%2.1313.69.694.221.2极差0.093.15.890.95.7

2.2 透水混凝土的透水性

研究表明，透水混凝土的孔隙率与强度和透水系数有较大的相关性[9]，将以上试验数据进行拟合得到图1、图2、图3孔隙率和透水混凝土抗压强度、抗折强度和透水系数之间的变化规律。

通过数据回归可知，透水性混凝土强度、透水系数与孔隙率间呈显著的线性关系，孔隙率增大，混凝土抗压强度和抗折强度降低，透水系数提高。

强度和透水系数是生态透水混凝土的两个重要指标，配合比设计时需要控制再生骨料的用量和孔隙率的设定，使配制的透水混凝土同时满足非承重路面强度和城市路面透水性的要求。设孔隙率为X，透水混凝土的透水系数为Y，给出了混凝土透水系数与孔隙率的回归方程。

图1 孔隙率与混凝土抗压强度关系

图2 孔隙率与透水系数关系

图3 孔隙率与混凝土抗折强度关系

Y=1.08X-7.189

根据本研究的试验结果，拟合出透水系数与孔隙率之间的定量关系式，如图2所示，相关系数R2拟合度可达0.82。图1和图3也给出了孔隙率与强度之间的定量关系式，因此如果能够保证再生骨料和水泥浆体的质量，可以在一定程度上实现对透水混凝土透水系数和强度的预测，为再生骨料在透水性路面的应用提供理论基础。

3 结论

1) 各因素对透水系数的影响效果为：集浆体积比>硅灰掺量>新旧骨料比>水胶比，硅灰掺量、新旧骨料比、水胶比对透水系数的影响差异较小。

2) 各因素对抗折强度的影响效果为：集浆体积比>硅灰掺量>水胶比>新旧骨料比。

3) 各因素对抗压强度的影响效果为：集浆体积比>新旧骨料比>硅灰掺量>水胶比，水胶比和硅灰掺量对抗压强度影响差异较小。

4) 透水性混凝土强度、透水系数与孔隙率间呈显著的线性关系。孔隙率增大，混凝土抗压强度和抗折强度降低，透水系数提高。

5) 在本试验条件下最佳配合比为：集浆体积比1.7，水胶比0.32，粉煤灰掺量5%，旧骨料∶新骨料为85∶15。此时对应的透水系数分别为：8.74、7.66、9.72、5.20 mm/s，具有较好的透水性能。

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2016-10-09

魏学成( 1972-) ，男，研究生，工程师，研究方向: 公路工程。

1008-844X(2017)01-0084-04

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