再生粗骨料透水混凝土性能的實(shí)驗(yàn)研究★

邱宙廷　豐　田　李光范

(海南大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，海南 海口　570228)

0　引言

透水型生態(tài)混凝土是由單一粒徑的粗骨料、水泥、添加劑、少量細(xì)骨料和水進(jìn)行攪拌、加固及養(yǎng)護(hù)后，呈米花糖狀并具有間隙的混凝土[1-3]。為了保證透水性混凝土的強(qiáng)度及透水功能，粗骨料通常采用粒徑較小的單一粒徑，比較集中的集料制備的混凝土有利于提高空隙率和孔隙率的尺寸及連同程度[4-6]。盧育英等研究了各因素對(duì)再生混凝土各性能指標(biāo)的影響[8]，姜楠等研究了再生透水混凝土中再生粗骨料的摻量問題[6]，宋超等重點(diǎn)對(duì)再生透水混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究[3]。但他們對(duì)于各種成型工藝之間的對(duì)比和添加劑的影響因素都鮮有涉及，而且都是利用現(xiàn)成的材料制作，沒有考慮過更加環(huán)保的方式。本次研究采用了民宅廢棄混凝土塊破碎后作為再生粗骨料，選用不同粒徑的再生粗骨料做出的再生透水混凝土加入SR-02透水水泥混凝土增強(qiáng)劑提高其強(qiáng)度，改善性能，綠色環(huán)保，為再生透水混凝土的施工和研究提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1　試驗(yàn)原材料、設(shè)備、粗骨料基本性能及成型工藝

1.1　試驗(yàn)原材料

再生混凝土的材料很多都是通過廢物回收利用的，符合綠色理論。

水泥：天涯牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥；

再生粗骨料：海口市龍華區(qū)南大橋龍昆北路四層民宅柱子；

細(xì)骨料：南渡江河沙；

外加劑：南京佳境生態(tài)景觀工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SR-02透水水泥混凝土增強(qiáng)劑、膠結(jié)料、膠結(jié)劑、強(qiáng)化劑。

1.2　實(shí)驗(yàn)儀器

透水水泥混凝土透水系數(shù)試驗(yàn)裝置：TS-A型透水系數(shù)試驗(yàn)裝置和TS-B型真空飽水實(shí)驗(yàn)裝置；

透水水泥混凝土試塊模具：中國無錫華南實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的電通量試模，規(guī)格φ100 mm×50 mm；

水泥砂漿攪拌機(jī)：無錫建儀儀器機(jī)械有限公司生產(chǎn)的JJ-5型水泥砂漿攪拌機(jī)；

壓力試驗(yàn)機(jī)：TYE—2000B型壓力試驗(yàn)機(jī)。

1.3　粗骨料基本性能

不同粒徑的再生粗骨料的基本力學(xué)性能如表1，表2所示。

1.4　試塊加工過程

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分別用直徑為4.75 mm～9.5 mm和9.5 mm～19 mm的再生粗骨料制作混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊。采用水泥裹石法進(jìn)行混凝土攪拌,先往骨料中加入骨料可吸水量的水進(jìn)行攪拌,待骨料的表面全部都被潤(rùn)濕后再加水泥拌和,形成包裹骨料表面的水泥粉殼,最后加入剩余水量的水?dāng)嚢杈鶆?使透水混凝土骨料表面形成厚度均勻的水泥漿層。采用不同的方法成型，然后填滿稍微磨平，在溫度為20 ℃±5 ℃的環(huán)境中靜置養(yǎng)護(hù)24 h脫模。在養(yǎng)護(hù)條件溫度為20 ℃±2 ℃，濕度為95%下不斷灑水養(yǎng)護(hù)。

表1　粗骨料基本性能(一)

表2　粗骨料基本性能(二)

2　性能相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究及結(jié)論

2.1　成型方法對(duì)透水混凝土性能的影響

為了進(jìn)一步研究成型方法對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響，進(jìn)行了不同的成型方法的對(duì)比試驗(yàn)。加壓成型的方式是將攪拌均勻的混凝土拌合物一次性裝滿試模，將其表面整平移至壓力機(jī)壓板中進(jìn)行不同壓力加壓成型；振搗成型是將混凝土拌合物一次性裝滿試模，移至混凝土振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行振搗；插搗成型是將混凝土拌合物分兩次裝滿試模，進(jìn)行插搗。試件成型養(yǎng)護(hù)后，測(cè)定相關(guān)系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3　成型方法對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知:現(xiàn)采用插搗20次、振搗12 s、加壓2 MPa的成型方法，均能獲得性能良好的透水混凝土；對(duì)比這三種成型方法可知：加壓2 MPa的成型方法得到的透水混凝土強(qiáng)度、透水系數(shù)、連通孔隙率更優(yōu)于其余兩種成型方法。

2.2　材料配比對(duì)透水混凝土性能的影響

2.2.1初步試配過程

根據(jù)《建筑垃圾再生骨料透水性混凝土試驗(yàn)研究》再生透水混凝土強(qiáng)度和透水性能達(dá)到最佳平衡點(diǎn)的合理配合比為：骨灰比3.5，砂率15%，水灰比0.34。再生粗骨料的吸水率、壓碎指標(biāo)、堆積密度、孔隙率等基本性能差別很大。本試驗(yàn)采用骨灰比3.5，砂率15%試配能滿足基本路用性能的最佳水灰比。

2.2.2初步實(shí)驗(yàn)室配合比

按上述方法用4.75 mm～9.5 mm和9.5 mm～19 mm的再生粗骨料分別配制水灰比為0.35，0.4，0.45，0.5和0.55的試塊。將試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)14 d，粒徑為4.75 mm～9.5 mm的再生粗骨料制成的再生透水混凝土對(duì)應(yīng)的14 d平均抗壓強(qiáng)度分別為2.56 MPa,4.16 MPa,6.01 MPa,9.40 MPa,11.13 MPa，粒徑為9.5 mm～19 mm 的再生粗骨料制成的再生透水混凝土對(duì)應(yīng)的14 d平均抗壓強(qiáng)度分別為1.78 MPa,2.35 MPa,4.78 MPa,8.02 MPa,7.03 MPa。當(dāng)粒徑為4.75 mm～9.5 mm時(shí)抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增大而增大，從抗壓強(qiáng)度的角度分析水灰比越大越好。然而通過觀察成型的混凝土試塊很容易看出當(dāng)水灰比達(dá)到0.5時(shí)，由于混凝土流動(dòng)性過大，從而成型試塊下部形成致密層、上部疏松、上下離析，嚴(yán)重影響透水性能。當(dāng)再生粗骨料粒徑為9.5 mm～19 mm 時(shí)抗壓強(qiáng)度先是隨著水灰比的增大而增大，當(dāng)水灰比達(dá)到0.5時(shí)其抗壓強(qiáng)度為最大，而此時(shí)混凝土試塊上下嚴(yán)重離析，透水系數(shù)很小。9.5 mm～19 mm的粗骨料粒徑之間的孔隙和4.75 mm～9.5 mm粗骨料粒徑之間的孔隙相比更大，故相同水灰比時(shí)，粒徑大的試塊更容易發(fā)生離析現(xiàn)象。通過對(duì)比由兩種不同單一粗骨料制成的14 d抗壓強(qiáng)度可知由粒徑較小的一組制成的再生透水混凝土的抗壓強(qiáng)度偏大。

2.2.3分析試配結(jié)果并進(jìn)一步試配最佳配合比

經(jīng)上分析采用4.75 mm～9.5 mm的再生粗骨料粒徑作為原材料，通過對(duì)比不同水灰比下的抗壓強(qiáng)度推斷能夠滿足基本路用強(qiáng)度的最佳水灰比在0.4～0.5之間。加入5%的外加劑試配水灰比為0.40,0.45,0.50的三種混凝土試塊，檢測(cè)三組試塊的抗壓強(qiáng)度再探索最佳水灰比。結(jié)果顯示在水灰比為0.4,0.43,0.44,0.45,0.46,0.5再生透水混凝土14 d平均抗壓強(qiáng)度分別為13.32 MPa，14.46 MPa，15.95 MPa，18.17 MPa,17.71 MPa,11.23 MPa。可以看出抗壓強(qiáng)度最有可能達(dá)到基本路用性能的水灰比應(yīng)該在0.44～0.46之間，對(duì)試塊進(jìn)行表面觀察發(fā)現(xiàn)當(dāng)水灰比為0.46時(shí)試塊下部有形成密實(shí)層的痕跡，原因是流動(dòng)性較大，砂漿從上到下集中流到了試塊底部，并對(duì)水灰比為0.46的試塊進(jìn)行透水系數(shù)測(cè)試，其透水系數(shù)為0.86 mm/s不能達(dá)到1 mm/s。水灰比為0.45的試塊透水系數(shù)達(dá)到1.15 mm/s，能夠滿足透水等級(jí)B級(jí)的要求。最后根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果對(duì)水灰比為0.45的標(biāo)準(zhǔn)試塊28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下抗壓強(qiáng)度能達(dá)到23.2 MPa。

2.3　添加劑對(duì)透水混凝土性能的影響

添加劑是配制透水混凝土中必不可少的一部分，常見的添加劑有增強(qiáng)劑、強(qiáng)固劑、強(qiáng)化劑、膠粘劑。本實(shí)驗(yàn)采用的添加劑SR-02是一種含SiO2與特殊功能單體合成的聚合物。SR-02將參與水泥水化反應(yīng)形成高分子聚合物水泥水化體；大幅度提高水泥水化體的抗壓和粘結(jié)強(qiáng)度；提高混凝土的抗凍融性能、耐久性和耐候性。現(xiàn)對(duì)添加劑的最佳使用量進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

從表4數(shù)據(jù)可以看出，隨著添加劑含量增加，透水系數(shù)和連通孔隙率都是在不斷增長(zhǎng)的，但是強(qiáng)度卻存在拐點(diǎn)。28 d抗壓強(qiáng)度隨著添加劑含量的增加，緩慢上升，但是當(dāng)添加劑含量大于8%之后，強(qiáng)度大幅度下降；透水系數(shù)始終隨著添加劑的含量增大而增大，但增大的速率不太穩(wěn)定；連通孔隙率比較穩(wěn)定，穩(wěn)定緩慢的上升。當(dāng)添加劑的含量為8%時(shí)，再生粗骨料透水混凝土的性能最佳。

表4　不同添加劑含量下的性能

3　結(jié)語

粒徑為4.75 mm～9.5 mm再生粗骨料制成的再生透水混凝土其抗壓強(qiáng)度要優(yōu)于直徑為9.5 mm～19 mm的再生粗骨料制成的再生透水混凝土。以直徑為4.75 mm～9.5 mm的再生粗骨料為原材料，加入SR-2型增強(qiáng)劑其抗壓強(qiáng)度得到明顯的提升。在砂率為15%，骨灰比為3.5，粗骨料粒徑為4.75 mm～9.5 mm的情況下用該再生粗骨料試配的再生透水混凝土最佳水灰比為0.45，最佳添加劑添加量為8%，其標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強(qiáng)度23.2 MPa，透水系數(shù)為1.15 mm/s，透水系數(shù)能夠達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，抗壓強(qiáng)度能夠滿足人行道路基本路用性能，可用于實(shí)際施工。

再生透水混凝土的使用不僅使建筑垃圾變廢為寶，而且有利于維護(hù)生態(tài)平衡，為海綿城市的建設(shè)添磚加瓦。隨著天然粗骨料的不斷減少和人們環(huán)保意識(shí)的增加，再生透水混凝土作為一種綠色產(chǎn)品，相信在不久的將來再生透水混凝土一定能夠得到廣泛的應(yīng)用。

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