浅论天然与再生集料透水混凝土的对比

沈晨 王加存

摘 要： 文章探讨了天然和再生集料透水混凝土的对比。在方法上使用天然集料或再生集料，制备透水混凝土;测试天然和再生集料透水混凝土的总孔隙率、抗压强度和抗弯强度;在混凝土材料中加入聚合物改性剂，分析其对混凝土总孔隙率、抗压强度和抗弯强度的影响;最终得出再生集料和聚合物改性剂能够改善透水混凝土的透水性和强度的结论。

关键词： 天然集料;再生集料;透水混凝土;对比

一、 引言

近年来，将建筑和拆迁废物中的废旧混凝土进行回收利用，不仅能够解决天然集料短缺的问题，还能减少对废旧混凝土的处理成本。目前，建筑和拆迁废物中的再生集料可作为天然集料的替代品，用于混凝土的胶结。混凝土的再生工艺较为简单，主要包括混凝土的破坏、拆除和破碎成一定粒径等过程。研究表明，废弃混凝土的回收利用具有十分显著的技术和经济优势。

再生集料透水混凝土具有总孔隙率高和透水性强的特点，透水混凝土具有水渗透、水排除和水保留的作用，是一种新型的环保材料，可用于需要减少水流失或增加水渗透的路面。透水混凝土中粗集料所占的比重较大，基本不含细集料，因此，大的集料颗粒在水泥浆体的裹覆下黏接下能够形成大量的孔隙，从而发挥排水和渗透的效果。透水混凝土的孔隙率主要取决于集料的粒径，也受聚合物改良剂等外加因素的影响。透水混凝土已被用于减少径流水量和改善道路路面的排水效果等方面。该研究对天然集料和再生集料透水混凝的透水性能和抗压能力进行研究，以期为透水性和强度良好的透水混凝土的开发提供依据。

二、实验部分

（一）实验材料

实验中制备混凝土的天然集料是花岗岩破碎颗粒，再生集料是建筑废物中的混凝土颗粒，水泥是硅酸盐水泥，聚合物改性剂是乳胶（Latex）和丁苯橡胶类可再分散性聚合物粉末（RPP），集料和改性剂的物理特性见表1和表2。

（二）混合比例

透水混凝土由水泥、水和集料组成，为了提高其强度，添加Latex或RPP，多次试验得到了透水混凝土的最佳配合比，见表3。

（三）混凝土试样的制备

根据混凝土标准试验方法，在室温环境下制备混凝土，分别将其制备成φ100mm×200mm的圆柱形试件、150mm×150mm×150mm的立方体试件和100mm×100mm×400mm的立方体试件，制备完成后在室温下养护1天。

（四）混凝土性能测定

1. 总孔隙率和渗透系数测定

利用φ100mm×200mm的透水混凝土试件测定总孔隙率，试件总孔隙率的计算公式为A=1-（M2-M1）/ρ/V×100 % ，其中，M1是透水混凝土試件的原始重量，M2是试件先后在水肿浸泡和空气中干燥24h的质量，ρ为水的密度，V为试件的体积。

同样的，利用φ100mm×200mm的透水混凝土试件测定其渗透系数，透水混凝土渗透系数的计算公式为Kr=H/h×Q/A/（t2-t1），其中H为试件长度，h为水头差，Q为t1到t2试件内试件排出的水量，A为试件的底面积。

2. 抗压和抗弯强度测定

分别利用150mm×150mm×150mm和100mm×100mm×400mm的立方体透水混凝土试件对其抗压强度和弯拉强度进行测定。

三、结果与讨论

（一）总孔隙率

未添加改性剂的天然和再生透水混凝土的总孔隙率以及添加改性剂的再生和天然集料透水混凝土的总孔隙率见表4。未添加改性剂时，再生集料透水混凝土的总孔隙率比天然集料透水混凝土高，原因是，再生集料中除含有混凝土集料外，还含有水泥浆体等物质，一方面，再生集料的密度较低，另一方面，再生集料的粒径较大，因此造成集料与水泥浆体之间的黏接不紧密，同时也造成集料颗粒之间的网络连接不仅，从而增加了其孔隙率。添加改性剂时，再生集料和天然集料透水混凝土的总孔隙率均有所降低，再生集料透水混凝土的总孔隙率高于天然集料透水混凝土，且再生集料透水混凝土总孔隙率降低的程度略低于天然集料透水混凝土，其原因可能是再生集料的粒径较低、表面较粗糙，在水泥浆体的作用下，集料颗粒之间的黏接不紧密、孔隙较多。

（二）渗透系数

添加或未添加改性剂的再生和天然集料透水混凝土的渗透系数见表5。再生集料透水混凝土的渗透系数比天然集料透水混凝土高。加入聚合物改性剂后，再生集料透水混凝土和天然集料透水混凝土的渗透系数均有所降低，但均在2.4～3.7cm/s之间，可满足一般路面的排水要求。

（三）抗压强度

未添加改性剂的再生和天然集料透水混凝土以及添加改性剂的再生和天然集料透水混凝土的抗压强度见表6。再生集料透水混凝土的抗压强度比天然集料透水混凝土低，其原因在于，再生集料的粒径较大，能够降低集料和水泥浆体之间的黏接程度，同时也能减弱集料与集料颗粒之间的网络连接，增加混凝土中的孔隙的量，从而降低了其抵抗外界压力的能力。研究表明，透水混凝土抵抗压力的能力与其孔隙的量密切相关，其孔隙率高，则抗压能力低，孔隙率低，则抗压能力高，因此，添加改性剂后，改性剂有助于水泥浆体与集料颗粒之间的黏接，同时能够改善集料颗粒本身之间的网络结构，在一定程度上降低透水混凝土中孔隙的量，进而增加其抗压能力。

（四）抗弯拉强度

未添加改性剂的再生或天然集料透水混凝土以及添加改性剂的再生或天然集料透水混凝土的抗弯拉强度见表7。再生集料透水混凝土的抗弯拉强度比天然集料混凝土低，但聚合物改性剂的使用能够明显增强其抗弯拉强度，其原因可能是，在集料和水泥浆体等的掺和过程中，聚合物改性剂网络的形成能够与水泥/集料网络相互渗透，从而改善透水混凝土的内部网络结构，增强其弯拉强度。

四、 结论

再生集料混凝土的总孔隙率和渗透系数高于天然集料混凝土，使用聚合物改性剂时，两种混凝土的总孔隙率和渗透系数均有所降低。再生集料透水混凝土的抗压强度和抗弯拉强度均低于天然集料，而添加改性剂能够明显改善其抗压强度和抗弯拉强度。因此，使用再生集料和聚合物改性剂可增强透水混凝土的排水性能，同时改善其抗压强度和抗弯拉强度，获得符合要求的透水混凝土。

参考文献：

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作者简介：  沈晨，王加存，南京博丰混凝土有限公司。