采用再生混凝土骨料和再生砖瓦骨料制备的 透水混凝土力学性能对比研究

张力，张燕刚，石云兴，张林

（南京标美生态环境科技有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

随着国家基础设施的发展以及大面积既有建筑的改造，废弃混凝土和废弃砖瓦逐渐增多，不仅造成粉尘污染，而且占用了大量的城市空间，使城市环境恶化。天然骨料是一种不可再生的资源，且随着建筑业的发展，出现了供不应求的局面。

采用再生骨料制备透水混凝土，不仅能实现建筑垃圾的资源化利用，还可缓解天然砂砾的缺乏，保护不可再生资源。再生骨料透水混凝土具有显著的经济效益和社会效益，对国家发展具有深远的意义。

1 研究主要内容

本文主要研究再生混凝土骨料透水混凝土和再生砖瓦骨料透水混凝土的物理力学性能。所使用原材料主要为水泥、再生混凝土骨料、再生砖瓦骨料、外加剂、减水剂和水。研究内容包括四项内容：（1）水泥用量对再生骨料透水混凝土抗压强度的影响；（2）水灰比对再生骨料透水混凝土抗压强度的影响；（3）再生骨料透水混凝土 7d 龄期和 28d 龄期抗压强度比值研究。

2 试验原材料与试验方法

2.1 试验原材料

（1）水泥：钧牌 P·O42.5 级水泥，其物理力学性能如表 1 所示。

表1 水泥物理力学性能

（2）再生混凝土骨料：粒径 5～16mm，骨料特征见表 2，骨料形貌见图 1。

图1 再生混凝土骨料

（3）再生砖瓦骨料：粒径 5～16mm，骨料特征见表 2，骨料形貌见图 2。

表2 骨料物理力学性能

图2 再生砖瓦骨料

（4）高效减水剂：减水率为 20%。

（5）添加剂：产自南京的透水混凝土专用添加剂。

2.2 试验参考标准

JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》；GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检测方法（ISO 法）》；GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安全性检测方法》；GB 750—1992《水泥压蒸安定性试验方法》；GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》。

3 配合比设计与成型

3.1 配合比设计

3.1.1 骨料体积

根据试验结果，预拌再生混凝土骨料透水混凝土与骨料用量的体积比为 1.05，预拌再生砖瓦骨料透水混凝土与骨料用量的体积比为 1.08。

3.1.2 试验变量

本文选用试验变量分为水灰比和水泥用量 2 种，其中水灰比分别为 0.275、0.300 和 0.325，水泥用量分别为 330kg/m3、370kg/m3和 410kg/m3。

3.1.3 减水剂掺量

减水剂掺量见表 3。

表3 减水剂掺量

3.1.4 用水量

再生骨料吸水率较大，本试验以饱和面干的骨料为基本状态进行水灰比计算。

3.2 配合比

透水混凝土配合比见表 4。

表4 透水混凝土配合比 kg/m3

3.3 混凝土搅拌及试块成型

混凝土搅拌采用水泥裹浆法，搅拌时先将骨料（提前 24 小时预湿）和 1/2 用水量放入搅拌机，搅拌 10s 后，加入水泥、掺合料、减水剂和水（减水剂提前加入水中），再次搅拌 80s 后即可出料。

试块成型采用人工插捣法，试块尺寸为 100mm× 100mm×100mm。

3.4 养护

试块拆模时间为 24h，然后放置在标准养护室中进行养护，分别测其 7d 和 28d 抗压强度。

4 试验结果与分析

透水混凝土抗压强度试验结果见表 5。

表5 再生混凝土抗压强度 MPa

4.1 水泥用量对再生骨料透水混凝土抗压强度的影响

水灰比为 0.325 时，再生混凝土的水泥用量与抗压强度之间的关系见图 3 和图 4。

图3 再生骨料透水混凝土抗压强度—水泥用量曲线

图4 透水混凝土 28d 抗压强度—水泥用量曲线

由图 3 可见：

（1）水灰比为 0.325，水泥用量为 330～370kg/m3时，两种再生骨料透水混凝土的抗压强度均随着水泥用量的增加而增大，这是由于水泥用量的增加使得胶结材在骨料表面的包裹层变厚，骨料节点处的水泥浆量增加所致。

（2）与 330kg/m3和 370kg/m3两者透水混凝土抗压强度的平均值相比，水泥用量为 340kg/m3的再生混凝土骨料抗压强度偏大，水泥用量为 340kg/m3的再生砖瓦骨料抗压强度偏小。原因有二：一是再生混凝土骨料压碎指标较低，材质较硬，二是混凝土强度由骨料本身强度和骨料连接节点处强度协同体现。

由图 4 可见：

（1）水灰比为 0.325，水泥用量为 330～370kg/m3时，再生混凝土骨料透水混凝土的抗压强度均高于再生砖瓦骨料透水混凝土的抗压强度，水泥用量相同时，强度比值约为 1.7 倍。原因是骨料破碎时，骨料颗粒均会有一些微小裂缝，但是混凝土抗压强度高于砖瓦抗压强度，所以与再生砖瓦骨料相比，再生混凝土骨料的总体裂缝数量较少，另一方面是透水混凝土抗压强度由胶结材和骨料共同承担。

（2）水泥用量为 330kg/m3时，再生混凝土骨料透水混凝土的抗压强度比再生砖瓦骨料透水混凝土的抗压强度高 69.5%，水泥用量为 410kg/m3时，再生混凝土骨料透水混凝土的抗压强度比再生砖瓦骨料透水混凝土的抗压强度高 47.0%，强度增幅降低 32.4%。这是由于再生砖瓦骨料的吸水率是再生混凝土骨料的 1.93 倍，能够从内部提供水泥水化所需水分。

4.2 水灰比对再生骨料透水混凝土抗压强度的影响

水泥用量为 370kg/m3时，两种再生骨料透水混凝土的水灰比与孔隙率、抗压强度的关系分别见图 5～ 7。

由图 5、6 可以看出：

图5 透水混凝土实测孔隙率—水灰比关系

图6 透水混凝土抗压强度—水灰比关系

（1）再生混凝土骨料透水混凝土的抗压强度随着水灰比的增加而增大，原因如下：透水混凝土的孔隙率随着水灰比的增加而降低（见图 5(a)），透水混凝土的抗压强度随着孔隙率的降低而增大，换言之，骨料节点处浆体数量随着水灰比的增加而增大，另外，再生混凝土骨料材质较硬，混凝土破坏多为骨料连接节点破坏。另外，对于再生混凝土骨料透水混凝土，其水灰比对抗压强度的影响（骨料连接点胶结材强度）程度小于孔隙率对抗压强度的影响（骨料连接点处胶结材量）程度。

（2）水灰比从 0.275 增加至 0.300 时，再生砖瓦骨料透水混凝土的抗压强度随着水灰比的增大而减小，虽然水灰比增加时孔隙率降低，但这个阶段的破坏为骨料本身的破坏，同时浆体强度随着水灰比的增大而减小，浆体强度对透水混凝土的抗压强度的影响程度大于孔隙率对抗压强度的影响程度，且破坏方式多为骨料本身破坏所致。

水灰比从 0.300 增加至 0.325 时，再生砖瓦骨料透水混凝土的抗压强度随着水灰比的增大而增大，这是由于随着水灰比的增大，孔隙率降低，骨料表面胶结材厚度和骨料连接点处浆体数量增大，混凝土破坏不仅包括骨料本身的破坏，还包括部分骨料连接点的破坏。另外，水灰比 0.300 增加至 0.325 时透水混凝土的孔隙率降低 1.57%，约为水灰比 0.0.275 增加至 0.300 时透水混凝土的孔隙率降低值的 1.94 倍，此时，孔隙率对透水抗压强度的影响程度再次大于水灰比对抗压强度的影响程度。

由图 7 可以看出：水灰比分别为 0.275、0.300 和 0.325 时，再生混凝土骨料透水混凝土的抗压强度比再生砖瓦骨料透水混凝土的抗压强度提高 46.0%、73.5% 和 47.0%，原因是再生混凝土骨料的压碎指标低于再生砖瓦骨料的压碎指标（降低幅度约为 55.5%），骨料材质影响透水混凝土的破坏方式，进而影响透水混凝土的抗压强度。

图7 透水混凝土 28d 抗压强度—水灰比曲线

4.3 龄期对抗压强度的影响

现行透水混凝土设计强度以 28d 标准养护试件的抗压强度为依据，但在试配过程中等待 28d 试验结果耽误工期，因此，通过 7d 强度推算 28d 强度能够提前预判混凝土配合比是否满足设计要求，并对配合比进行进一步优化，实用意义较大。龄期对透水混凝土抗压强度的影响见图 8。

由图 8 可以看出：再生混凝土骨料透水混凝土 7d 抗压强度达到 28d 抗压强度的 87.1%，再生砖瓦骨料透水混凝土 7d 抗压强度达到 28d 抗压强度的 89.9%，因数据样本较少，试验结果尚需进一步验证。

图8 透水混凝土 7d 抗压强度与 28d 抗压强度对比

5 结语

以再生砖瓦骨料和再生混凝土骨料制备的透水混凝土所表现出的力学性能基本相同，但由于再生混凝土骨料的压碎指标和吸水率均低于再生砖瓦骨料，所以强度影响规律有少许不同。

再生骨料受内部裂缝和原料供货渠道不同，其匀质性较差，经常出现再生混凝土骨料和再生砖瓦骨料的混合料，需进一步研究其力学性能。