利用建筑固废再生骨料制备混凝土透水砖及其性能研究

段炎红

摘 要：资源化是我国处置建筑固废最重要的思路之一。建筑固废资源化利用对绿色发展具有重要意义。本文利用建筑固废再生骨料制备了一种混凝土透水砖，研究其水灰比、骨灰比和骨料粒径对抗压强度和透水率的影响，最终确定最佳配合比，并分析了不同配合比所制备透水砖的外观尺寸、抗冻性能和耐磨性能。

关键词：建筑固废;再生骨料;配合比;透水砖

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）18-0116-04

Abstract： Recycling is one of the most important ideas for the disposal of building solid waste in China. The recycling of building solid waste is great significance to green development. In this paper， a concrete permeable brick was prepared with recycled aggregate from building solid waste， and the effects of water cement ratio， bone cement ratio and aggregate particle size on compressive strength and permeability were studied. Finally， the best mix proportion was determined， and the appearance size， frost resistance and wear resistance of permeable brick prepared with different mix proportion were analyzed.

Keywords： building solid waste;recycled aggregate;mix ratio;permeable brick

建筑垃圾一般指旧建筑物拆除垃圾和建筑施工垃圾。随着我国城镇化的快速推进，产生大量建筑垃圾，我国每年产生17亿～18亿t建筑垃圾。但是，大部分城市对建筑垃圾治理工作不够重视，导致建筑垃圾乱倒、侵占良田、挤占道路等问题层出不穷，严重影响城乡人居安全性和生活环境。目前，建筑垃圾处置能力不足、管理水平不高、资源化利用水平低，已成为影响城市高质量发展的短板[1]。开展建筑垃圾治理工作是污染防治攻坚战的重要任务，是解决市场发展不平衡不充分问题的必然要求。

从资源化利用角度来看，我国建筑固体废弃物资源化率不足10%，远低于欧美国家的90%和日韩的95%，处理方式仍处于粗放填埋和堆放阶段。目前，我国建筑固废处理行业尚处发展初期，产业化程度和市场集中度仍然较低。近年来，在政策驱动下，产业发展进入高速增长的拐点[2]。

在城市市政建设中，不透水的地面材料无法使雨水渗入地下，导致地下水位下降，而且遇到强降雨又容易使城市出现内涝;同时，不透气的地面很难与空气进行水分、热量的循环交换，从而改变城市水生生态系统，造成生物多样性减少，对空气的温度、湿度的调节能力差;且由于硬化地面的高反射率，使它在大量吸收、储存了太阳辐射热之后，又将热量反射释放出来，使城区的温度比郊区和乡村高2～3 ℃，产生“热岛现象”。因此，在海绵城市建设中需要大量具有透水功能的道路步砖。现有技术中的普通透水步砖存在透水性能差、强度低的缺点，很难满足海绵城市建设的需求。因此，利用我国大量堆存的道路废弃物，开发满足海绵城市建设所需的透水砖已成为目前迫切要解决的问题[3]。本文利用建筑固废再生骨料制备了一种混凝土透水路面砖，并研究了不同配合比所制备的透水砖的外观尺寸、抗冻性能和耐磨性能，最终确定了最佳配合比。

1 试验

1.1 原材料

本文所用的原材料有水泥、再生骨料、河沙、外加剂、水，详细信息如表1所示。其中，水泥采用天瑞牌普通硅酸盐水泥PO42.5，其性能指标如表2所示;骨料来自拆迁工地，由建筑废弃混凝土剔除钢筋、破碎、筛分后所得。试验中仅使用了粒径介于1.18～9.5 mm的部分骨料，4.5～9.5 mm为粗骨料，1.18～4.5 mm为细骨料，骨料性能如表3所示。

1.2 配合比设计

透水砖的主要性能指标包括强度、透水性和保水性。当原料确定以后，影响透水砖各项指标的主要因素包括骨料级配、骨灰比、砂率、水灰比和养护制度等，并且影响因素之间存在交互作用。为探讨这些因素对透水砖性能指标的影响，本试验采用正交试验法，设计再生混凝土透水砖配比及性能的试验方案，以分析再生混凝土透水砖配比与强度、透水系数的关系，找到满足要求的最佳配比方案。

影响再生混凝土透水砖性能的因素主要有3个。①水灰比。再生混凝土的水灰比对其强度及透水性均有较大影响，水泥浆过干或过稀，均不利于强度的提高[4]。②骨灰比。骨灰比的大小影响骨料表面包裹的水泥浆厚度及孔隙率，当水泥用量一定时，骨灰比增大，骨料颗粒表面水泥浆厚度减少，混凝土孔隙率增加，致使透水性增强，但混凝土强度却有一定程度的降低;反之，透水性降低，强度提高[5]。为保持水泥浆体的合理厚度，小粒径骨料的骨灰比应适当减小。③骨料粒径。为了保证再生混凝土透水砖强度及透水性能，粗骨料通常采用单粒径骨料。

以水灰比、骨灰比和再生骨料粒径三个因素进行正交试验设計，选取9组配比制备试样，考察其对再生透水砖抗压强度和透水性能的影响，配合比设计如表4所示。

1.3 试样制作

1.3.1 制备工艺。试验采用天瑞牌PO42.5普通硅酸盐水泥;再生混凝土骨料采用不同粒径骨料。透水砖原料的搅拌采用的是水泥浆包裹法，采用此方法制成的制品比普通搅拌方法的强度要高。其搅拌工序为：先加再生骨料，再加8%～10%的水搅拌20 s，然后加水泥搅拌90 s，最后加剩下的水搅拌90 s。

1.3.2 试件的制备。将一定量的混合料搅拌均匀后装入100 mm×100 mm×100 mm试模中，经过特殊工艺成型，24 h后脱模，并进行7 d湿保养，自然养护至28 d龄期测试。

1.4 试验方法

参照标准《无机地面材料耐磨性能试验方法》（GB/T 12988—2009）、《混凝土路面砖》（GB 28635—2012）、《透水路面砖和透水路面板》（GB/T 25993—2010），检测所制备透水砖试件的外观质量、抗压强度、耐磨性、抗冻性、透水系数等性能指标。

外观质量、尺寸偏差、抗冻性能、透水系数试验按照《透水路面砖和透水路面板》（GB/T 25993—2010）进行。抗压强度试验按照《混凝土路面砖》（GB 28635—2012）进行。抗压强度试验加载速率为0.4～0.6 MPa/s，每组配合比取9块试件的平均值，精确到0.1 MPa。耐磨性试验按照《无机地面材料耐磨性能试验方法》（GB/T 12988—2009）进行。

2 结果与讨论

2.1 尺寸偏差

測得的尺寸偏差结果如表5所示。从表5可知，采用不同配合比所制备的透水砖试件的尺寸偏差均符合标准要求。

2.2 抗压强度与透水系数

采用不同配合比制备的透水砖的抗压强度和透水系数如表6所示。

从透水系数随抗压强度的变化趋势来看：在适当的配合比条件下，透水系数略有调整，但仍能满足其透水功能的要求。透水砖的强度和透水系数是一对相互制约、相互存在的矛盾体，在合理的再生骨料配合比情况下，仍可以研制出满足性能要求的再生骨料透水砖试体。

从表6可知：当水灰比为0.26、骨灰比为3.3、骨料粒径为2.50～5.00 mm时，其28 d抗压强度最大为36.96 MPa，满足透水混凝土路面砖强度，透水系数为0.024 cm/s。综合分析，再生骨料混凝土透水砖配合比是可取的，产品完全满足设计要求。最终确定的生产配合比如表7所示。

2.3 抗冻性能

采用不同配合比制备的透水砖抗冻性能如表8所示。从表8可知，试验所制备不同配合比的透水砖试件抗冻性能均满足标准要求;在水灰比相同的情况下，随着骨灰比不断增大，抗冻性能略有提高;在骨灰比一定时，随着水灰比不断增大，抗冻性能有所提高。所优选的最佳配合比其抗冻性能也相对较好。

2.4 耐磨性能

采用不同配合比制备的透水砖的耐磨性能如表9所示。从表9可知，试验所制备不同配合比的透水砖试件耐磨性能均满足标准要求;在水灰比相同的情况下，骨灰比越大，耐磨性越强;若骨灰比一定，随着水灰比的增大，耐磨性能有所降低。所优选的最佳配合比其耐磨性能相对较高。

3 结论

利用建筑固废再生骨料制备透水砖，其水灰比、骨灰比及骨料粒径的选择会影响透水砖的抗压强度和透水系数。本文通过正交试验研究了不同配合比透水砖的各项性能。透水砖的抗压强度和透水系数相互制约，当水灰比为0.26、骨灰比为0.33、骨料粒径为2.50～5.00 mm时，所制备透水砖的28 d抗压强度为36.96 MPa，透水系数为0.024 cm/s，其组合性能相对最优，抗冻性能和耐磨性能也满足标准要求。

参考文献：

[1]张红.点击建筑垃圾（固废）资源化政策法规中的关键词[J].江西建材，2018（6）：26-28.

[2]王翌.从市场角度思考建筑固废资源化利用[N].中国建材报，2018-05-30（4）.

…[3]刘军生.再生混凝土透水砖[J/OL].基层建设，2017（3）：

[4]薛俊.以再生建筑混凝土为骨料制备透水砖[J].武汉工程大学学报，2012（5）：51-55.

[5]肖力光.再生骨料透水混凝土的研究进展[J].混凝土与水泥制品，2021（7）：26-29.