再生骨料透水混凝土配合比试验研究

胡春芳，陈星艮，邓蔚珂，陈仪周，李 青

（华南农业大学水利与土木工程学院 广州 510642）

0 引言

透水混凝土是由水泥、水、骨料及少量细骨料或不含细骨料制成［1-4］，通过单一级配形成大量连通孔隙，透水混凝土设计孔隙率一般在15%～30%，水灰比为0.25～0.40［5］，随孔隙度增加，渗透系数越大，但抗压强度越低，研究表明孔隙率、水灰比、骨料是影响透水混凝土渗透性和力学性能的主要影响因素［1-6］。利用废弃的混凝土、砖为骨料制备的透水混凝土，具有减少建筑垃圾、节约天然骨料的优点［7］，再生骨料透水混凝土得到越来越多的工程应用和推广。

再生骨料在破碎和筛分等制作工艺过程中造成骨料内部大量微裂纹，再生骨料与天然骨料相比，棱角多，从而导致再生骨料的孔隙率高、吸水率大、堆积密度小、压碎值高，并存在性能较差的界面结构［8］。所以会导致再生骨料透水混凝土与天然骨料透水混凝土在力学性能和渗透性上均有较大的不同。

再生骨料透水混凝土进行配合比设计大多使用体积法，通过研究不同的孔隙率、水灰比、骨料特征等设计参数来研究对再生骨料透水混凝土强度和渗透系数的影响。王惊隆［9］在水灰比为0.45 的条件下，再生骨料取代率条件下抗压强度会降低，取代率越高，透水混凝土抗压强度越低。孙家瑛等人［10］的试验表明，集料粒径越大，提高抗压和抗折强度均越低，但透水性能增加。本文通过对天然花岗岩骨料和再生骨料的透水混凝土在不同设计孔隙率和水灰比条件下，透水混凝土力学性能和渗透系数变化规律及对比。

1 试验材料及试验

本文采用再生骨料为粒径10～20 mm 单一级配，水灰比为0.20、0.25、0.27、0.30。天然骨料选用花岗岩骨料，粒径10～20 mm 单一级配，水灰比为0.25、0.30。骨料的物理参数如表1所示。透水混凝土的配合比设计采用体积法，如水灰比为0.27、孔隙18%时，再生骨料透水混凝土质量比骨料∶水泥∶水为6.86∶3.7∶1.0，减水剂掺量为水泥质量的0.1%。

表1 粗骨料物理性能Tab.1 Physical Properties of Coarse Aggregate

强度加载荷载速度为0.5～0.8 MPa/s，渗透系数按常水头测试方法。再生骨料混凝土搅拌采用一次加料法：先将再生骨料加入到搅拌机中搅拌30 s，然后加入水泥搅拌30 s，接着再加入总用水量的50%搅拌60 s，最后将减水剂和剩余的水混合后加入搅拌120 s。本试验选择的成型方式是静压成型，1.5 MPa 静压3 min。养护方式为标准养护。

再生骨料在水灰比0.20 时成型情况如图1⒜，由于再生骨料吸水率比天然骨料大，在水灰比0.20 条件下不能成型，所以后面讨论成果不包括水灰比为0.20的透水混凝土。天然骨料的透水混凝土当水灰比0.30 时，水泥浆体包裹骨料后，多余的浆体会下渗到试件底部，如图1⒝，从而堵塞了透水混凝土有效孔隙通道，降低了混凝土的渗透系数。

图1 透水混凝土成型Fig.1 The Forming Permeable Concrete

2 试验结果及讨论

2.1 再生骨料结果分析

水灰比为0.25、0.27、0.30，设计孔隙率分别为15%、18%、21%时，再生骨料透水混凝土的抗折强度、抗压强度和渗透系数变化规律如图2所示。水灰比为0.25、0.27、0.30，透水混凝土抗折强度和抗压强度变化规律相似，水灰比增大，透水混凝土的强度越大，渗透系数随水灰比增大而减小，随设计孔隙率增大而增大。

图2 再生骨料透水混凝土性能Fig.2 Performance of Recycled Aggregate Pervious Concrete

水灰比0.25、0.27、0.30 时，孔隙率分别为15%、18%、21%时，透水混凝土抗折强度分别2.09～2.78 MPa、2.45～3.10 MPa、2.62～3.25 MPa；透水混凝土抗压强度分别为13.55～19.03MPa、15.07～20.28MPa、16.79～20.77MPa；透水混凝土渗透系数分别为1.38～2.78 mm/s、1.24～2.55 mm/s、1.03～2.32 mm/s。对不同水灰比，孔隙率18%时再生透水混凝土抗折强度和抗压强度最大，抗折强度分别为2.97 MPa、3.10 MPa、3.25 MPa，抗压强度分别为19.03 MPa、20.28 MPa、20.77 MPa；渗透系数随孔隙率增加而增大，孔隙率21%时渗透系数最大，水灰比0.25、0.27、0.30时，渗透系数分别为2.78 mm/s、2.55 mm/s、2.32 mm/s。

2.2 不同骨料结果分析

再生骨料和天然花岗岩骨料，选用水灰比为0.25、0.30，设计孔隙率分别为15%、18%、21%时，再生骨料和天然花岗岩透水混凝土的抗压强度和渗透系数变化规律如图3所示。

图3 不同骨料透水混凝土性能Fig.3 Permeable Concrete Performance of Different Aggregates

相同条件下，再生骨料透水混凝土的抗压强度小于天然花岗岩骨料透水混凝土抗压强度，而再生骨料透水混凝土的渗透系数大于天然花岗岩骨料透水混凝土的渗透系数。当水灰比为0.25，孔隙率分别为15%、18%和21%时，再生骨料透水混凝土的抗压强度为天然花岗岩骨料透水的抗压强度的72%、81%、74%，再生骨料透水混凝土的渗透系数为天然花岗岩骨料透水的渗透系数的162%、179%、152%；当水灰比为0.30 时，孔隙率分别15%、18%和21%时，再生骨料透水混凝土的抗压强度为天然花岗岩骨料透水的抗压强度的85%、95%、94%，再生骨料透水混凝土的渗透系数为天然花岗岩骨料透水的渗透系数的161%、200%、187%。

3 结论

对再生骨料和天然花岗岩骨料的透水混凝土性能试验进行分析，得出如下结论：

⑴对再生骨料透水混凝土，不同孔隙率条件下，水灰比在0.25～0.30 时，抗压强度随水灰比增大而增大，设计孔隙率18%时达到最大，分别为19.03 MPa、20.28 MPa、20.77 MPa；渗透系数随孔隙率增大而增大，随水灰比增大而减小。

⑵再生骨料和天然花岗岩骨料透水混凝土性能的变化规律有所不同。水灰比为0.25 和0.30 时，再生骨料透水混凝土抗压强度随水灰比增大而增大，在设计孔隙率18%时抗压强度最高；而天然骨料透水混凝土抗压强度随水灰比增大而减小，随设计孔隙率增大而减小。