再生骨料在透水混凝土中的應用研究

馬 嘯 姚宇飛 張雙艷

(武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430000)

隨著城市的發展，老舊建筑的拆除正產生著大量的建筑垃圾，建筑垃圾的堆放和填埋不僅浪費了大量的土地資源，還會對河流和土壤造成污染[1，2]。廢棄混凝土等建筑垃圾在經過破碎、整形、篩選等加工工序后，得到的再生骨料可取代部分或全部天然骨料用于混凝土的生產，再生骨料的利用對環境保護具有極大的意義，是混凝土行業實現可持續發展的重要途徑之一，具有極高的經濟和環境效益。

現代城市的發展和建設中，由于路面混凝土的封閉性，自然降水無法滲入土壤，會造成一系列問題，城市地下水位會因此持續降低，城市區域會形成熱島效應，遇到強降水時，甚至會出現嚴重的內澇。而透水混凝土在路面建設中的使用，可以很好的緩解這一問題，降水可以滲入土壤從而進入自然循環之中，利于改良城市生態環境[3-5]。國家在“海綿城市”的推廣建設中，會越來越多的進行透水性鋪裝。

若能將再生骨料大量的用于透水混凝土的生產，既可消耗掉建筑垃圾，又可解決內澇等問題，實為一舉兩得，勢必取得更好的環境效益，使得城市建設更加的“綠色”。本研究從再生骨料的取代率出發，探究了利用再生骨料生產透水混凝土的可行性。

1 實驗原材料

1.1 水泥

實驗選用了武漢地區生產的海螺牌普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5 MPa。表觀密度為3 080 kg/m3。其余各項指標均滿足標準要求。

1.2 外加劑

實驗所用外加劑為武漢源錦牌聚羧酸減水劑UJION-PC，固含量為10.2%。

1.3 骨料

骨料包括天然碎石和再生骨料，兩種骨料在經過篩選后，都為5 mm～10 mm單粒級，各項檢測指標如表1所示。

表1 骨料檢測結果

2 實驗方法

2.1 配合比設計

配合比的設計參考了CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技術規程，預設樣品的孔隙率為20%。若骨料全為天然碎石，則每立方米透水混凝土中，水泥漿體體積Vp=0.432-0.20=0.232 m3。參考上述技術規程，將水灰比設定為W/C=0.30。

其中，mc為每立方米透水混凝土中水泥的用量，kg；ρc為水泥的表觀密度，kg/m3；mw為每立方米透水混凝土中水的用量，kg；ρw為水的密度，kg/m3。

計算可得基準配合比，如表2所示。

表2 設計配合比 kg/m3

經過初步適配，全天然骨料時，當外加劑摻量為1.2%，透水混凝土可達到較理想狀態，即具有金屬光澤，手捏聚攏成團，掉落在地則松散開來，漿體包裹均勻且不會流下。為研究再生骨料取代率對透水混凝土性能的影響，設置了1個對照組和5個實驗組，再生骨料在總骨料中所占比例分別為0%，20%，40%，60%，80%，100%。由于天然骨料與再生骨料表觀密度和堆積密度都不相同，所以再生骨料的比例為體積分數。各組配合比如表3所示。

表3 實驗配合比 kg/m3

2.2 樣品制備

透水混凝土有多種拌制工藝，本實驗采用了水泥裹石法[6]，按照水、水泥、骨料的順序投料，研究表明該種方法可提高再生混凝土的抗壓強度。在攪拌過程中，對外加劑用量進行了微調，保證每一組的水灰比和出機狀態保持一致。攪拌完成后進行試件的制作，試件有兩種規格，一種為100 mm立方體試塊，用來測量力學性能；另一種為φ100 mm×50 mm，用來測量透水系數。試塊在成型時進行加壓處理，并保持加壓程度都相同，然后將試塊置于標準條件下養護28 d。

2.3 數據檢測

養護完成后，對試件進行了抗壓測試，得到各組數據見表4,其曲線關系見圖1～圖3。

2.3.1抗壓強度

表4 樣品檢測數據

各組試件的設計孔隙率都相同,可認為抗壓強度的不同都是由于再生骨料取代率這一變量所造成。從圖1中可以看出，抗壓強度隨著再生骨料取代率的升高，先降低后升高。當取代率為100%時，強度降低不明顯，在取代率為60%時，強度最低。當不同類型的骨料形成透水混凝土的骨架時，會導致漿骨界面和節點的削弱，從而使得強度降低[7]，而當再生骨料取代率為100%時，漿骨界面和節點未被削弱，所以強度又會上升。從測試結果中也可以看出，全再生骨料試件的強度相比于全天然骨料試件下降并不多。

2.3.2透水系數

透水系數測試儀如圖4所示，先將φ100 mm×50 mm試件側面涂抹凡士林進行封閉，再放入鋁制底座中進行測試，所測試的數據為水面下降一定高度所用的時間，其物理意義是單位時間內通過透水試塊的水量。結果顯示透水系數并無一定的規律性，隨機性較強，可見各組試件的總孔隙率雖然相同，但其中連通孔隙所占比例差別較大。透水系數的大小隨機性較強，與生產的控制密切相關。在測試過程中，觀感上各組試件的透水效果均良好，足以滿足實際透水鋪裝的要求。

2.3.3劈裂抗拉強度

各組試件的劈裂抗拉強度基本無太大差別，且與抗壓強度并無明顯相關性。有研究顯示，透水混凝土的劈裂抗拉強度與孔隙率的相關性較高[8]，在本實驗中，各組試件孔隙率和骨料體積保持一致，單位體積的透水混凝土內部，骨料間的膠結點數量基本相同，這可能是造成抗拉強度變化不大的原因。

3 分析及結論

1)當骨料全為再生骨料時，強度降低并不明顯，在中等取代率時，強度降低反而較多。在生產中，可用再生骨料全取代天然骨料，在取得基本相當強度的情況下，可以大大降低原材料成本。試塊在成型時，進行了加壓處理，這一措施提高了透水混凝土的密實度[9]，顯著的提高了試件的強度，從理論上來說，也會降低孔隙率，從而降低透水系數。2)透水系數取決于試件中連通孔隙的多少[10]。在透水混凝土的結構中，不連通的封閉孔隙對透水能力無貢獻，只會起到降低強度的作用，但是在目前已有的生產工藝中，尚無有效降低封閉孔隙比例的方法。在實驗結果中的體現就是透水系數隨機性較大，無顯著規律。在實際生產中，應嚴格控制透水混凝土的出機狀態，防止因過于濕潤的水泥漿體引起堵塞，而形成過多的封閉孔隙。3)再生骨料表面的舊有砂漿中，存在著大量的孔隙，其吸水率大大高于天然骨料[11]，在攪拌過程中，會多吸收部分拌和用水，導致參加水化反應的水減少，另一方面，由于透水混凝土孔隙率高，在水化反應過程中，水泥漿體與空氣的接觸面積非常大，水分蒸發大大加快，由于水灰比本身就較低，可能會導致水泥的水化反應不完全，從而影響強度，這些都有待于進一步研究。

參考文獻:

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