再生骨料在透水混凝土中的应用研究

马 啸 姚宇飞 张双艳

(武汉源锦商品混凝土有限公司，湖北 武汉 430000)

随着城市的发展，老旧建筑的拆除正产生着大量的建筑垃圾，建筑垃圾的堆放和填埋不仅浪费了大量的土地资源，还会对河流和土壤造成污染[1，2]。废弃混凝土等建筑垃圾在经过破碎、整形、筛选等加工工序后，得到的再生骨料可取代部分或全部天然骨料用于混凝土的生产，再生骨料的利用对环境保护具有极大的意义，是混凝土行业实现可持续发展的重要途径之一，具有极高的经济和环境效益。

现代城市的发展和建设中，由于路面混凝土的封闭性，自然降水无法渗入土壤，会造成一系列问题，城市地下水位会因此持续降低，城市区域会形成热岛效应，遇到强降水时，甚至会出现严重的内涝。而透水混凝土在路面建设中的使用，可以很好的缓解这一问题，降水可以渗入土壤从而进入自然循环之中，利于改良城市生态环境[3-5]。国家在“海绵城市”的推广建设中，会越来越多的进行透水性铺装。

若能将再生骨料大量的用于透水混凝土的生产，既可消耗掉建筑垃圾，又可解决内涝等问题，实为一举两得，势必取得更好的环境效益，使得城市建设更加的“绿色”。本研究从再生骨料的取代率出发，探究了利用再生骨料生产透水混凝土的可行性。

1 实验原材料

1.1 水泥

实验选用了武汉地区生产的海螺牌普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5 MPa。表观密度为3 080 kg/m3。其余各项指标均满足标准要求。

1.2 外加剂

实验所用外加剂为武汉源锦牌聚羧酸减水剂UJION-PC，固含量为10.2%。

1.3 骨料

骨料包括天然碎石和再生骨料，两种骨料在经过筛选后，都为5 mm～10 mm单粒级，各项检测指标如表1所示。

表1 骨料检测结果

2 实验方法

2.1 配合比设计

配合比的设计参考了CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技术规程，预设样品的孔隙率为20%。若骨料全为天然碎石，则每立方米透水混凝土中，水泥浆体体积Vp=0.432-0.20=0.232 m3。参考上述技术规程，将水灰比设定为W/C=0.30。

其中，mc为每立方米透水混凝土中水泥的用量，kg；ρc为水泥的表观密度，kg/m3；mw为每立方米透水混凝土中水的用量，kg；ρw为水的密度，kg/m3。

计算可得基准配合比，如表2所示。

表2 设计配合比 kg/m3

经过初步适配，全天然骨料时，当外加剂掺量为1.2%，透水混凝土可达到较理想状态，即具有金属光泽，手捏聚拢成团，掉落在地则松散开来，浆体包裹均匀且不会流下。为研究再生骨料取代率对透水混凝土性能的影响，设置了1个对照组和5个实验组，再生骨料在总骨料中所占比例分别为0%，20%，40%，60%，80%，100%。由于天然骨料与再生骨料表观密度和堆积密度都不相同，所以再生骨料的比例为体积分数。各组配合比如表3所示。

表3 实验配合比 kg/m3

2.2 样品制备

透水混凝土有多种拌制工艺，本实验采用了水泥裹石法[6]，按照水、水泥、骨料的顺序投料，研究表明该种方法可提高再生混凝土的抗压强度。在搅拌过程中，对外加剂用量进行了微调，保证每一组的水灰比和出机状态保持一致。搅拌完成后进行试件的制作，试件有两种规格，一种为100 mm立方体试块，用来测量力学性能；另一种为φ100 mm×50 mm，用来测量透水系数。试块在成型时进行加压处理，并保持加压程度都相同，然后将试块置于标准条件下养护28 d。

2.3 数据检测

养护完成后，对试件进行了抗压测试，得到各组数据见表4,其曲线关系见图1～图3。

2.3.1抗压强度

表4 样品检测数据

各组试件的设计孔隙率都相同,可认为抗压强度的不同都是由于再生骨料取代率这一变量所造成。从图1中可以看出，抗压强度随着再生骨料取代率的升高，先降低后升高。当取代率为100%时，强度降低不明显，在取代率为60%时，强度最低。当不同类型的骨料形成透水混凝土的骨架时，会导致浆骨界面和节点的削弱，从而使得强度降低[7]，而当再生骨料取代率为100%时，浆骨界面和节点未被削弱，所以强度又会上升。从测试结果中也可以看出，全再生骨料试件的强度相比于全天然骨料试件下降并不多。

2.3.2透水系数

透水系数测试仪如图4所示，先将φ100 mm×50 mm试件侧面涂抹凡士林进行封闭，再放入铝制底座中进行测试，所测试的数据为水面下降一定高度所用的时间，其物理意义是单位时间内通过透水试块的水量。结果显示透水系数并无一定的规律性，随机性较强，可见各组试件的总孔隙率虽然相同，但其中连通孔隙所占比例差别较大。透水系数的大小随机性较强，与生产的控制密切相关。在测试过程中，观感上各组试件的透水效果均良好，足以满足实际透水铺装的要求。

2.3.3劈裂抗拉强度

各组试件的劈裂抗拉强度基本无太大差别，且与抗压强度并无明显相关性。有研究显示，透水混凝土的劈裂抗拉强度与孔隙率的相关性较高[8]，在本实验中，各组试件孔隙率和骨料体积保持一致，单位体积的透水混凝土内部，骨料间的胶结点数量基本相同，这可能是造成抗拉强度变化不大的原因。

3 分析及结论

1)当骨料全为再生骨料时，强度降低并不明显，在中等取代率时，强度降低反而较多。在生产中，可用再生骨料全取代天然骨料，在取得基本相当强度的情况下，可以大大降低原材料成本。试块在成型时，进行了加压处理，这一措施提高了透水混凝土的密实度[9]，显著的提高了试件的强度，从理论上来说，也会降低孔隙率，从而降低透水系数。2)透水系数取决于试件中连通孔隙的多少[10]。在透水混凝土的结构中，不连通的封闭孔隙对透水能力无贡献，只会起到降低强度的作用，但是在目前已有的生产工艺中，尚无有效降低封闭孔隙比例的方法。在实验结果中的体现就是透水系数随机性较大，无显著规律。在实际生产中，应严格控制透水混凝土的出机状态，防止因过于湿润的水泥浆体引起堵塞，而形成过多的封闭孔隙。3)再生骨料表面的旧有砂浆中，存在着大量的孔隙，其吸水率大大高于天然骨料[11]，在搅拌过程中，会多吸收部分拌和用水，导致参加水化反应的水减少，另一方面，由于透水混凝土孔隙率高，在水化反应过程中，水泥浆体与空气的接触面积非常大，水分蒸发大大加快，由于水灰比本身就较低，可能会导致水泥的水化反应不完全，从而影响强度，这些都有待于进一步研究。

参考文献:

[1] 胡幼奕.建筑废弃混凝土再生利用成为砂石骨料行业的使命[J].混凝土世界,2015(8):22-29.

[2] 宋小瑛.建筑废物的资源化与循环利用迫在眉睫[J].混凝土世界,2013(7)：44-46.

[3] 孟宏睿，陈丽红，薛丽皎.透水混凝土的配制[J].建筑技术，2005，36(1)：29-31.

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[5] 冯月月.多孔海绵水泥混凝土路用性能研究[D].西安：长安大学，2013:1-3.

[6] 王玲玲.制备工艺对再生混凝土耐久性影响研究[J].混凝土，2012(11)：142-144.

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[8] 宋中南，石云兴.透水混凝土及其应用技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[9] 吴 冬，刘 霞，吴小强，等.成型方式和砂率对透水混凝土性能的影响[J].混凝土，2009(5)：100-102.

[10] 张 娜.透水混凝土堵塞机理试验研究[D].济南：山东大学土建与水利学院，2014:3-7.

[11] 霍洪媛.不同强度等级的再生骨料对再生混凝土基本力学性能影响[J].混凝土,2017(2)，60-65.