再生骨料透水混凝土孔分布及成型均质性试验

摘 要：再生骨料透水混凝土内部孔分布表征成型均质性，从强度和透水性方面影响应用效果。通过体积法配制不同设计孔隙率、不同浆体流动度的RAPC试件，采用自行设计的分层测试方式，对RAPC的孔隙分布特点进行测试试验，揭示不同配合比设计RAPC材料的孔分布特征，为深入了解成型的均质性提供手段，为性能研究提供新视角，对工程中准确设计和应用有指导作用。

关键词：再生骨料；透水混凝土；均质性；孔分布；测试试验

中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）28-0055-04

Abstract： The internal pore distribution of recycled aggregate permeable concrete characterizes the forming homogeneity and affects the application effect in terms of strength and water permeability. RAPC specimens with different designed porosities and different slurry flowability were prepared by volume method， and the pore distribution characteristics of RAPC were tested by using a self-designed layered test method， revealing the pore distribution characteristics of RAPC materials with different mix ratios. This study provides a means to deepen the understanding of formation homogeneity and offers a new perspective for performance research， thus guiding the accurate design and application of RAPC in engineering.

Keywords： recycled aggregate; permeable concrete; homogeneity; pore distribution; test

再生骨料透水混凝土（Recycled aggregate permeable concrete，简称RAPC）具有废固利用和路用透水2方面的优点，受到广泛关注，并纳入了城市规划和应用[1]。

工程实践应用引导技术发展，深化应用离不开理论性研究和科学的试验。理论上物质组成和结构决定材料性能。对RAPC而言，除骨料和浆体外，孔的分布特点，一直是本领域材料工程研究的重要内容。王佶等[2]研究了制备中浆体流动性对于混凝土成型效果的表观影响。黄冬辉等[3]总结了孔结构特征对于透水混凝土的透水性能和力学性能的研究进展。张一迪等[4]通过试验研究了设计目标孔隙率10%～30%的样品透水系数的变化规律。尹志刚等[5]采用CT成像技术研究了基于孔特征的RAPC抗冻性能。不难发现，孔结构分布及特征是性能指标的重要影响因素，是众多研究的关注点。

研究方法上，基于CT的断面成像技术是较为经典的孔结构研究方法，能从形态学和体视学角度提供全面信息，在重要代表性研究中具有独特优势，但经济投入大、建模等后期处理复杂，对量大面广的工程试验需要尚无法推广。本文中采用称重法测试连通孔隙率，通过均匀分层法（分步法）测得混凝土试块中的分层孔隙率指标，揭示出成型中的混凝土孔结构分布特点，有助于更深入研究成型均质性的规律，从而更高效优质地掌握RAPC的应用关键。

1 试验设计

1.1 主要材料

试验中采用P·O42.5水泥，聚羧酸型减水剂，普通自来水；粗骨料采用由建筑垃圾回收厂生产的再生粗骨料，在试验室筛分为2类，洁净后再用。骨料的物理性质见表1。

1.2 设计指标和配合比

在RAPC设计及制备中，骨料粒径、设计孔隙率、浆体的流动度、浆骨比是可以控制的指标。参照CJJ/T 253—2016《再生骨料透水混凝土应用技术规程》规范建议体积法进行配合比设计。浆骨比取0.4～0.56，设计目标孔隙率分别15%、20%、24%、28%；不失一般性，水胶比取为0.3，调整减水剂用量以调整浆体流动性；粗骨料用量修正系数取0.98。经调整，每组的浆体流动度均有5组：70、110、150、190、230 mm。试验分组见表2。

制备中采用二次投料法搅拌，振动法与插捣法结合法成型，采用重量法进行最终控制。试件大小为150 mm立方体。

1.3 测试试验

整体孔隙率测定：采用CJJ/T 253—2016《再生骨料透水混凝土应用技术规程》规范的方法。

分层孔隙率测定：试样由试验机控制，从试件底部接触水面开始，每浸入水面下1 cm都称量试件悬浮状态重量，代入下式计算当前1 cm的孔隙率，每个试件测定15层的孔隙率

F=G0-G1， （2）

式中：Ｇ0为试样下降1 cm之前的质量，Ｎ；Ｇ1为试样下降1 cm后的质量，Ｎ；Ｆ为试样下降1 cm后的浮力，Ｎ；？籽为水的密度，kg·m-3；g为重力加速度，m·s-2；？淄为试样下降1 cm的几何体积，L。

浆体流动度测定：采用CJJ/T 253—2016《再生骨料透水混凝土应用技术规程》规范方法测量浆体流动度。

透水系数测定：采用CJJ/T 135—2019《透水水泥混凝止路面技术规程》常水头法测量透水系数。

2 试验结果及分析

2.1 分层孔隙率及均质性

小粒径的A—C组及大粒径的E—G组试件，平行于成型面的分层孔隙率如图1—图6所示。

A组中试件A70和A110每1 cm分层孔隙率，基本接近设计目标孔隙率（20%）；试件A150、A190和A230，与成型面相比，底面孔隙率有明显降低趋势，邻成型面的5 cm分层孔隙率较接近目标孔隙率，往下则不断降低，且趋势与水泥浆体流动度正相关。对于浆体流动度大于150 mm的试件，试件下半部分的孔隙率降低率接近或超过了50%。

B组中，B70试件成型时表面毫无光泽，不具备流动性，导致成型不良。其他四种试件B110—B230每1 cm分层孔隙率接近设计目标，孔隙率分布均匀。

C组中，C110—C230试件总体孔隙率接近设计目标（28%），每1 cm分层孔隙率有逐渐递减趋势，靠成型面的部分孔隙率高于目标孔隙率约3%～5%，靠底面部分侧略低于目标。

E组中，E70试件每1 cm的分层孔隙率较接近目标孔隙率（16%），E110和E150试件分层孔隙率低于目标，在中下层区域更为明显。试件E190和E230底面堵塞，不计入分析。

F组中，F70试件每1 cm的分层孔隙率略高于目标孔隙率（21%），F110试件孔隙率较接近目标孔隙率，F150和F190试件孔隙率略低于目标，F230试件底部堵塞。

G组中，G110和G150试件成型面每1 cm分层孔隙率较接近目标孔隙率（24%），G190和G230试件分层孔隙率略低于设计目标，成型均质性较好。

研究中也测试了平行于试件侧面的分层孔隙率，仅以A组和F组为例，如图7、图8所示。除A70、A110外，其他试件均表现出良好的均质性。

2.2 结果分析

在平行于成型面的试验中，E组的材料浆骨比与A组基本相同，骨料粒径大于A组，在浆体流动性高时，E组出现堵孔而A组试件孔隙率出现降低，从本质上有相似之处，即水泥浆体在成型时下渗，程度与骨料粒径正相关。

对比C70和F70试验中，浆骨比低叠加浆低流动度低，成型时难于密切堆积和相互黏结，导致试件内部松散，无法及时成型；对于大粒径骨料时表面积相对变小，可以成型且孔隙率略偏高于目标。C110和F110也呈现同样规律。

侧面分层孔隙率试验成果，也表明上述浆骨比和浆体流动性对成型均质性的影响规律。

3 结论

再生骨料透水混凝土（RAPC）是满足当前绿色发展的重要材料，其材料研究和工程应用正处于高峰时期。RAPC材料具有较大变异性，孔的分布特性决定了材料的均质性，反映出成型的质量，揭示出浆体和骨料相互作用的效果，这既影响到路面应用中的性能，也影响到材料本身表现的宏观强度。本文经过试验测试，得到以下结论：

1）浆骨比、浆体流动性、骨料粒径共同影响着成型的均质性，孔隙率分布是体现这一规律的表象之一。

2）流动度低的浆体制备的RAPC，孔隙率容易偏高于设计目标；而流动性高的浆体则易导致RAPC孔隙率偏低于设计目标；更高的流动性则容易导致浆体下渗或流淌。

3）相同浆骨比情况下，大粒径骨料RAPC常出现孔隙率面高底低现象，提示出在大粒径骨料表面更容易出现浆体的流淌。

4）在理想的情况下，目标孔隙率与成型后实测孔隙率具有2%～4%偏差，对于设计孔隙率较低的路面材料性能具有一定的影响，需在工程设计时纳入考量，也需要在应用时仔细把握。

参考文献：

[1] 姜勇，陈雄志，洪月菊.武汉市建设项目的海绵城市规划管控方法与技术探索[J].中国给水排水，2018，34（2）：1-6.

[2] 王佶，张岩，彭自强，等.水泥浆体性能对再生骨料透水混凝土成型和透水性能的影响[J].武汉理工大学学报，2018，40（3）：48-52，72.

[3] 黄冬辉，崔璨，汤斐宇，等.基于孔结构特征的透水混凝土性能研究进展[J].混凝土与水泥制品，2021（12）：20-23.

[4] 张一迪，刘杰胜，刘明晓，等.目标孔隙率对地聚合物透水混凝土的性能影响[J].宁德师范学院学报（自然科学版），2023，35（1）：45-51.

[5] 尹志刚，张恺，赵越.基于孔结构特征的再生骨料透水混凝土抗冻耐久性试验[J].硅酸盐通报，2020，39（3）：756-761，778.