儲水型生態混凝土的制備及性能研究

儲水型生態混凝土的制備及性能研究

試驗以5～10mm或10～15mm石灰巖碎石和廢棄紅磚為骨料，制備出一種儲水型生態混凝土。然后試驗研究了廢棄紅磚用量對混凝土透水性能、保水性能和力學性能的影響。

膠結材料；骨料；紅磚；透水性；保水性；強度；熱島效應

隨著我國城鎮化建設的迅速發展，城市規模急劇膨脹，城市綠化面積越來越少，取而代之的是大量的混凝土道路和地坪，這些材料吸熱能力強，阻隔了土壤與地表的熱量交換和濕度調節，導致了城市因熱島效應而頻發高溫氣候。而另一方面，由于普通混凝土不具有透水性和儲水性，雨季路面就會有很多積水影響車輛行駛安全。高溫、內澇表明城市生態脆弱已經到了不可忽視的程度，而儲水混凝土由于具有良好的儲水和透水透氣性，能很好解決上述問題。因此，其研究將會日益受到人們的關注，應用前景非常廣闊。

1 儲水型生態混凝土的制備

1.1 原材料

儲水型生態混凝土呈多孔結構，其主要組成材料為膠結材料和骨料。

⑴膠結材料：采用強度富裕系數高的拉法基P.O.42.5R硅酸鹽水泥。

⑵骨料：為了保證儲水型生態混凝土具有連同大量孔隙而實現透水、保水性能，其骨料應適用顆粒大小相近的單粒級骨料。于是，根據原料的來源情況，試驗選擇了兩種粒級的石灰巖碎石骨料，粒徑范圍分別為5～10mm和10～15mm。此外，為了提高儲水型生態混凝土的保水性能和增加建筑廢棄物的利用途徑，試驗還選用具有一定強度且吸水率大的廢棄紅磚骨料來增加混凝土的儲水能力，其粒徑范圍為5～10mm和10～15mm。骨料的性能指標見表1。

1.2 配和比

儲水混凝土具有強度低、孔隙率高、連通孔隙多等特點，其配合比可按無砂大孔混凝土的配合比設計方法進行設計，主要設計參數為水灰比、用水量和集灰比。經配比設計，本試驗制備強度為10MPa的儲水型生態混凝土，詳細配合比見表

2。

表1 骨料的性能

表2 儲水型生態混凝土的配合比

1.3 制備工藝

1.3.1 攪拌方法

采用水泥裹石法，先將石灰巖碎石和廢棄紅磚按比例混合，用水浸濕表面2h后，放入攪拌機攪拌2min，然后加入水泥攪拌1～2min，最后加水攪拌2min至均勻。

1.3.2 成型工藝

為了成型后有大量有效孔隙并保證膠凝材料對骨料均有包裹、粘結作用，儲水型生態混凝土只能采用壓制成型方式，即：將攪拌好的混凝土分層倒入成型模具內，每層厚度100mm，然后采用壓強為0.2～0.5MPa的重物進行碾壓3次。

1.3.3 養護方式

因為儲水混凝土存在大量空隙，失水較快，所以養護相對非常重要。特別是在早期，要注意防止混凝土中水分的蒸發。成型后應立即進行保濕養護，如采用塑料薄膜覆蓋并定時澆水。

2 儲水型生態混凝土的性能

2.1 儲水型生態混凝土的透水性能

儲水型生態混凝土的透水系數采用自制的滲透儀進行測試（見圖1），試驗結果(見圖2)。

圖1 透水儀裝置

圖2 儲水混凝土透水率

由實驗數據可以看出，隨著紅磚取代碎石骨料百分比的增加，儲水混凝土透水率并沒有表現出明顯的增加或者減少的趨勢。當取代率小于50%時，10～15mm級配儲水混凝土的透水系數比5～10mm級配儲水混凝土的透水系數略高，取代百分比率大于50%以后透水系數沒有規律，但10～15mm實驗組中100%紅磚比0%的紅磚做粗集料時透水系數要高77%。5～10mm粒徑儲水混凝土透水率由最高60%取代率的2.97cm/s降低到最低80%取代率的2.17cm/s；10～15mm粒徑儲水混凝土透水率由100%紅磚骨料3.93cm/s的最大值降低到80%紅磚骨料的2.04cm/s的最小值。

儲水型生態混凝土的透水性主要由內部的連通與半連通孔隙（即有效孔隙）決定。隨著紅磚取代百分比的增加，透水性下降的原因是因為紅磚破碎后的集料易裂，片層易剝離，在攪拌中會發生部分崩離分裂，產生的裂片與剩下的碎石骨料以及完整的磚塊骨料混合，帶來局部的連續多重級配效果，增加了混凝土的致密性，繼而減少了混凝土內部的連通與半連通孔隙，降低了紅磚-碎石混合骨料儲水型生態混凝土的透水性。

此外，10～15mm粒徑儲水型生態混凝土透水性在各個紅磚百分比取代點上基本都高于5～10mm粒徑透水混凝土。這是由于骨料粒徑的增加使得混凝土內部孔隙增大，微觀結構從密實變為相對疏松，孔隙率增大，而孔隙率是決定儲水生態混凝土透水性的重要因素，所以透水性大于小級配骨料透水混凝土。

2.2 儲水型生態混凝土的保水性能

如圖3所示，隨著紅磚取代百分比的增加，儲水混凝土的保水性有著明顯增長，100%紅磚骨料的儲水混凝土保水性達到100%碎石骨料儲水混凝土的280%多，達到了接近0.2g/cm3，即1體積的100%紅磚骨料儲水混凝土能保存0.2體積的水分。由于紅磚本身具有12%～14%的飽和吸水能力，而碎石集料飽和狀態下的水分含量僅為2%左右。以上說明紅磚作為骨料時可以利用自身的吸水能力鎖住水分，在集中降雨的時候，加快積水的排放，減小暴雨時排水道的壓力；而在炎熱時儲存的水分蒸發，又能降低道路表面的溫度，在一定程度上恢復了天然植被的功效，起到良好的環境保護效果。

圖3 儲水混凝土保水性的研究

圖4 儲水混凝土抗壓強度的研究

2.3 儲水型生態混凝土的力學性能咬合摩擦力以及骨料與水泥漿體之間的粘結強度，這與文獻報道的透水混凝土研究結果一致。實驗中均使用相同標號的水泥，并使用相同的成型方式，所以我們認為強度減少的主要原因是當廢舊磚塊做骨料時無法像碎石一樣在骨料互相摩擦的時候承擔那么大的摩擦力，從而發生斷裂和崩裂，繼而引起宏觀上儲水混凝土抗壓強度的降低。

3 結論

從圖4中可以看出，5～10mm骨料粒徑的儲水混凝土，當骨料全部為碎石時抗壓強度為9.05MPa，當全部換成廢舊磚塊時抗壓強度為5.77MPa，強度減少了36%。10～15mm粒徑的儲水混凝土，當骨料全部為碎石時抗壓強度為9.10MPa，當全部換成廢舊磚塊時抗壓強度為6.29MPa，強度減少了22%。隨著紅磚取代石子百分比的增加，儲水混凝土28d強度呈現逐漸降低的趨勢，但減少是非線性關系。在破碎磚塊到合適含量時，我們已經發現5～10mm與10～15mm的廢舊磚塊儲水混凝土強度遠遠小于骨料全部為碎石時的抗壓強度，儲水混凝土是干硬性較大的混凝土，其強度來源主要決定于骨料之間的

⑴儲水混凝土強度隨著廢舊紅磚取代碎石增加而降低，降低速度在紅磚含量40%左右開始減慢。5～10mm粒徑的紅磚骨料儲水混凝土一般高于10～15mm紅磚骨料儲水混凝土（同等取代比例）。

⑵決定儲水混凝土的保水性能的關鍵因素是廢舊紅磚，隨著紅磚比例的增大能達到極大的增長，最高增幅280%。同時隨著紅磚含量的增加，儲水混凝土的孔隙率也大幅度增加，最高增幅可達220%。并且10～15mm粒徑的紅磚骨料儲水混凝土孔隙率高于5～10mm的紅磚骨料儲水混凝土（同等取代比例）。

⑶儲水混凝土的透水率與廢舊紅磚含量沒有線性規律。10～15mm粒徑的紅磚骨料儲水混凝土透水率高于5～10mm的紅磚骨料儲水混凝土（同等取代比例），并且10～15mm粒徑的紅磚骨料在100%取代時透水率達到了最高。

責任編輯：孫蘇，李紅

建筑節能

生物混凝土環保又節能

一種適宜于在潮濕氣候環境中使用，并具有環保、節能功效的新型生物混凝土，最近由西班牙加泰羅尼亞理工大學的科學家研發成功。

這種新型混凝土使用了兩種以水泥為原料的材料：一種是通用硅酸鹽水泥，其pH值(溶液酸堿度的衡量標準，當pH＜7時呈酸性，pH＞7時呈堿性，pH＝7時溶液為中性)約為8；另一種是磷酸鎂水泥，它無須進行任何處理以降低其pH值，因為這種材料具有弱酸性，能快速干燥，不會對環境構成任何危害。除了pH值，科學家還對這種生物混凝土的其他屬性，如多孔性和表面粗糙度等進行了調整。

新型生物混凝土具有多層結構：第一層是防水層，能夠防止雨水滲入，避免對建筑結構造成破壞；第二層是生物層，能夠收集雨水以供植物生長，例如它可以為微型藻類、菌類、地衣和苔蘚等提供天然生物屏障；第三層是覆蓋層，能夠讓雨水通過這一層滲入生物層，并可防止水分流失。

與傳統混凝土相比，這種新產品的最大優勢是：既能吸收二氧化碳，改善城市環境空氣質量；又可美化墻體，改變城市色彩單一的外觀面貌；還能提升建筑物的保溫性，降低能源消耗。

該發明已申請專利?？茖W家的下一步目標是加速植物在這種混凝土中的生長速度，將其生長周期縮短至一年內，以便使建筑物的外墻能夠隨著不同季節的更替，呈現出不同色彩的外觀面貌。

(來源：《新民晚報》，作者：王瑞良，請作者速與本刊聯系支付稿費)

Study on Preparation and Performance of Ecological Concrete with Water Storage Capacity

江志萍1，唐世亮2
(1重慶漢泰置業有限公司，重慶400011；2重慶建工住宅建設有限公司，重慶400015)

With crushed limestone of 5-10mm or 10-15mm and abandoned red brick as the aggregate,a type of ecological concrete with water storage capacity is prepared.The impacts of the amount of red brick on the water permeability,water retention capacity and mechanical performance of the concrete are studied.

binder;aggregate;red brick;permeability;water retention capacity;strength;heat island effect

tu5

A

1671-9107（2013）06-0046-03

2013-05-13

江志萍（1975-），女，重慶人，本科，工程師，從事建筑工程項目管理。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.06.046