談建筑垃圾再生混合骨料配制透水性混凝土

李 鑫 徐學(xué)慶 譚 凱 張國蓮

(1.新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦，山東泰安 271204;2.兗州礦業(yè)集團(tuán)楊村煤礦，山東 濟(jì)寧 272118)

隨著我國城市化和工業(yè)化的高速發(fā)展，城市建設(shè)及拆遷改造不可避免要產(chǎn)生大量的建筑垃圾，建筑垃圾簡單的堆放處理不僅占用土地，而且污染環(huán)境。另外隨著城市建設(shè)，地表逐漸被各種不透水或透水性極差的場地和路面所覆蓋，使得城市可透水區(qū)域減小，地下水得不到及時(shí)補(bǔ)充，人為的破壞了城市水平衡系統(tǒng)。本文以此為背景進(jìn)行了相關(guān)研究，擬在尋求建筑垃圾再生混合骨料配制透水性混凝土方案的可行性。

1 我國建筑垃圾產(chǎn)生現(xiàn)狀

建筑垃圾是指人們在從事拆遷、建設(shè)、裝修、修繕等建筑業(yè)的生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的渣土、廢舊混凝土、廢舊磚石以及其他廢棄物的統(tǒng)稱［1］。隨著我國城市化和工業(yè)化的發(fā)展，城市建設(shè)及拆遷改造要產(chǎn)生大量的建筑垃圾。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2013年中國建筑垃圾產(chǎn)生總量約為30億t～35億t，且每年以數(shù)億噸的速度增長，如不能及時(shí)處理，不僅占用大量土地而且污染環(huán)境，影響社會可持續(xù)發(fā)展。經(jīng)研究分析不同結(jié)構(gòu)類型的建筑所產(chǎn)生的垃圾基本組分是一致的［3］，見表1，它們是建筑垃圾資源化利用的主要對象。

表1 建筑垃圾質(zhì)量組分表 %

2 再生混合骨料概述

目前，相對于傳統(tǒng)的再生骨料提出了再生混合骨料概念。再生骨料是由建筑垃圾中篩揀回收出來的廢混凝土塊經(jīng)機(jī)械破碎篩分而得來，其組成成分相對單一。而再生混合骨料則是包含了廢混凝土塊、碎磚石、碎瓦片、碎瓷磚、少量瀝青以及塑料等其他雜質(zhì)的再生骨料，其所用的原材料主要為統(tǒng)一回收的建筑垃圾，經(jīng)簡單處理或不處理破碎后即可得到［4］。因再生骨料組成成分較為單一，國內(nèi)學(xué)者對其研究較多且取得了豐富的成果，例如，用再生骨料制成再生混凝土柱［5］、再生混凝土梁［6］，甚至框架［7］。而對于再生混合骨料，由于其組成成分較為復(fù)雜，各組成成分之間的物理力學(xué)性質(zhì)相差較大，混凝土中各組分配合比對其性能的影響也具有較大差異，因此還需加大對其研究的力度。

3 透水性混凝土的透水性形成機(jī)理

透水性混凝土是指空隙率為15%～25%的混凝土，也稱作無砂混凝土，其由特定級配的骨料、膠凝材料(水泥)、水(可含外加劑和摻和料)等按特定比例經(jīng)特殊工藝制成的，內(nèi)部含有大量貫通性孔隙的蜂窩狀混凝土制品。透水性混凝土大致可看作由三部分組成:粗骨料形成的骨架、膠凝材料形成的膠結(jié)層及它們之間的孔隙，如圖1所示。透水性混凝土的透水性能有很多影響因素，其中孔隙率是影響透水性混凝土透水性能最重要的指標(biāo)之一。在水灰比適宜，骨料粒徑和制作工藝相同的情況下，孔隙率大的混凝土試件透水性能相對較好。在透水性混凝土中，其內(nèi)部所含的空隙主要有三種形式:連續(xù)空隙、半開半閉空隙、完全閉合空隙，其中透水性能的實(shí)現(xiàn)主要是靠連續(xù)空隙。

圖1 透水性混凝土結(jié)構(gòu)模型示意圖

4 再生混合骨料用于透水性混凝土的可行性研究

高滲透性是透水性混凝土的主要特點(diǎn)，這就對孔隙率提出了較高要求，但其作為一種混凝土制品必須滿足其對抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的要求。通過對圖1透水性混凝土結(jié)構(gòu)模型的研究，提出透水性混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)以孔隙率計(jì)算的配合比設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，在滿足強(qiáng)度和透水系數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)的同時(shí)，盡可能使粗骨料間具有足夠的連通空隙。為研究建筑垃圾再生混合骨料配制透水性混凝土的可行性，下面通過實(shí)驗(yàn)對不同配合比下配制的透水性混凝土的強(qiáng)度及透水性進(jìn)行研究。

4.1 試驗(yàn)方案

基于對混凝土理論分析和大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，透水性混凝土配合比選定設(shè)計(jì)的主要參數(shù)及其范圍分別為:水灰比(0.40，0.35，0.30)，骨灰比(4.5，4.0，3.5)，砂率(20%，15%，10%)，以此三個(gè)因素為基礎(chǔ)進(jìn)行正交試驗(yàn)，測定不同配比下透水性混凝土試件的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度及透水系數(shù)。實(shí)驗(yàn)所采用的再生混合骨料由山東某建材公司提供，由回收的各種建筑垃圾直接通過機(jī)械破碎而來，其所含的成分為:細(xì)骨料0 mm～5 mm、粗骨料5 mm～10 mm;試驗(yàn)所用的水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥;所用的添加劑為高效減水劑;拌合水為普通自來水。

4.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用的混凝土拌和物均通過人工攪拌的方式制備，且按照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物理性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)操作。本試驗(yàn)所制備的試件均為100 mm的立方體試件，成型方法采用“靜壓成型法”，制作完成24 h后拆模，并在試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件(溫度20℃±2℃、相對濕度在95%以上)下養(yǎng)護(hù)至28 d期齡，然后再進(jìn)行測試。抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度測試按照GB/T 50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)操作，所用壓力機(jī)型號為XL.04-NYL-2000C，其最大試驗(yàn)力為2 000 kN。透水系數(shù)測定方法借鑒日本混凝土工學(xué)協(xié)會推薦的大孔混凝土透水性試驗(yàn)方法，試驗(yàn)采用定水頭的方法，并根據(jù)達(dá)西定律測量透水性混凝土的透水系數(shù)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2 透水試驗(yàn)裝置示意圖

4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

每組試驗(yàn)均采用5個(gè)試件進(jìn)行測試，取其均值作為最終結(jié)果。測得不同水灰比、不同骨灰比及不同砂率條件下，再生混合骨料透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度以及透水系數(shù)見表2。由表2可知，由此再生混合骨料制成的透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度比較低，遠(yuǎn)小于普通C30混凝土的抗壓強(qiáng)度，其最小抗壓強(qiáng)度為11.2 MPa，最大抗壓強(qiáng)度 20.6 MPa，主要集中在 10 MPa～20 MPa，而普通C30混凝土的抗壓強(qiáng)度為30 MPa左右;再生混合骨料制成的透水性混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度與普通C30混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度相差不大，均在2 MPa左右;透水系數(shù)在1.50 cm/s左右。

表2 再生混合骨料透水性混凝土試驗(yàn)結(jié)果一覽表

試驗(yàn)研究用此地區(qū)建筑垃圾直接破碎而來的再生混合骨料制成的透水性混凝土具有一定的抗拉強(qiáng)度和較強(qiáng)的透水性，但因其抗壓強(qiáng)度較小，目前還不能直接運(yùn)用于結(jié)構(gòu)中，且在一定程度上還不能滿足道路地磚或鋪路磚的使用要求，但可作為庭院地磚使用。當(dāng)配合比為水灰比0.4、骨灰比3.5、砂率20%的情況下，混凝土的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到20.6 MPa，基本可達(dá)到路面磚合格品對力學(xué)性能的要求，此時(shí)透水系數(shù)可達(dá)到1.45 cm/s，具有較好的透水性能，按此配合比制作的混凝土產(chǎn)品可取得較好的效益。

5 結(jié)語

1)用山東某建材公司所生產(chǎn)的再生混合骨料替代天然骨料制成的透水性混凝土具有較低的抗壓強(qiáng)度，主要集中在10 MPa～20 MPa之間，遠(yuǎn)小于普通C30混凝土的抗壓強(qiáng)度;劈裂抗拉強(qiáng)度與普通C30混凝土的強(qiáng)度相當(dāng)，均在2 MPa左右;透水系數(shù)在1.50 cm/s左右。2)當(dāng)配合比為水灰比0.4、骨灰比3.5、砂率20%時(shí)，透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到20.6 MPa，基本可達(dá)到路面磚合格品對力學(xué)性能的要求，此時(shí)透水系數(shù)可達(dá)到1.45 cm/s，具有較好的透水性能，按此配合比制作的混凝土產(chǎn)品可取得較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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