再生骨料透水混凝土研究與進展

(江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西 贛州 341000)

0 引言

近年來，海綿城市建設應運而生，而透水混凝土是海綿城市建設的重要組成部分。研究表明，透水混凝土自身多孔透水透氣的特性，有利于緩解大雨天氣城市排水系統的排水壓力，有利于土壤和大氣進行熱量的交換，有利于土壤水分得到補充，從而促進植物生長和土壤中微生物的生存，透水混凝土主要應用于低強度的路面和邊坡。目前，在城市建設中，大量建筑物的拆除、廢棄堆放及填埋，會對環境產生不利的影響。例如，我國每年廢棄建筑垃圾量高達15億t以上，有效利用率卻低于5%[1]；若將廢棄的磚石和混凝土材料加以利用，提高廢棄建筑材料再次利用率，一定程度將有效緩解天然骨料短缺，既節約資源，又保護環境。為此，本文結合了國內外眾多學者對再生骨料的使用進行研究，綜述了國內外再生骨料透水混凝土的制備及性能，以期為再生骨料透水混凝土的研究與應用提供參考。

1 再生粗骨料的分類

再生粗骨料是將建筑廢棄物中的混凝土、砂漿、磚瓦等加工成粒徑大于4.75 mm的顆粒。有如下幾種分類方式。

1)按粒徑尺寸分類[2]。連續粒級：5～16 mm，5～20 mm，5～25 mm，5～31.5 mm；單粒級：5～10 mm，10～20 mm，16～31.5 mm。

2)再生粗骨料按性能要求分類[2]。

(1)Ⅰ類：表觀密度>2 450 kg/m3，空隙率<47%，微粉含量<1.0%，泥塊含量<0.5%，針片狀顆粒<10%，吸水率<3.0%，壓碎指標<12%，硫化物和硫酸鹽<2.0%，氯化物<0.06%，雜物<1.0%，5次硫酸鹽凍融循環的質量損失<5.0%。

(2)Ⅱ類：表觀密度>2 350 kg/m3，空隙率<50%，微粉含量<2.0%，泥塊含量<0.7%，針片狀顆粒<10%，吸水率<5.0%，壓碎指標<20%，硫化物和硫酸鹽<2.0%，氯化物<0.06%，雜物<1.0%，5次硫酸鹽凍融循環的質量損失<9.0%。

(3)Ⅲ類：表觀密度>2 250 kg/m3，空隙率<53%，微粉含量<3.0%，泥塊含量<1.0%，針片狀顆粒<10%，吸水率<7.0%，壓碎指標30%，硫化物和硫酸鹽<2.0%，氯化物<0.06%，雜物<1.0%，5次硫酸鹽凍融循環的質量損失<5.0%。

2 再生骨料透水混凝土的制備

再生骨料透水混凝土是指用部分或者全部再生骨料取代天然粗骨料、水、水泥、摻和料和外加劑等，經過攪拌、成型、養護等工藝，制作成具有高空隙率的再生骨料透水混凝土。

1)配合比設計方面。配置強度，采用再生骨料透水混凝土抗壓強度和混凝土強度標準差進行強度設計；透水性能，根據再生骨料透水混凝土透水要求設計孔隙率，且孔隙率不應低于10%，透水系數不小于5 mm/s；水膠比，根據透水再生骨料透水混凝土的配置強度和工作性能，水膠比取值一般為0.25～0.35[2]。根據“體積法”計算出再生骨料透水混凝土配合比和材料用量。

2)攪拌成型方面。攪拌，水泥裹漿法，將骨料和1%～3%的水預拌，然后加入膠凝材料拌和，最后加入剩余的水進行攪拌；較一次攪拌法，它使膠結材料更均勻地包裹在骨料表面。成型，振搗成型和靜壓方法對透水混凝土的目標孔隙率均有良好的保證。

3)養護方面。通過攪拌、裝模、成型、24～48 h后拆模，將試件置于溫度為20±2 ℃，相對濕度為95%以上的標準環境養護28 d，然后測試相應性能。

3 再生骨料透水混凝土性能

再生骨料透水混凝土是一種多孔結構，是典型的點接觸受力模型。再生骨料透水混凝土的力學性能、透水性能及耐久性能受再生骨料質量、孔隙率以及骨料之間的漿體質量的影響較大。

1)力學性能方面。再生骨料透水混凝土受力破壞時，呈現再生骨料本身破壞和界面破壞，當水泥強度小于再生骨料強度2倍時，受力破壞形態為骨料本身破壞。再生骨料的表面包裹著舊砂漿，較天然骨料，表面更粗糙，有利于骨料間膠凝材料的粘結，但再生骨料的強度較天然骨料更低，較少摻量的再生骨料替代天然骨料對透水混凝土強度影響不大。目標孔隙率是影響再生骨料透水混凝土強度的主要原因，隨著目標孔隙率的增大，骨料之間的接觸面積就會減小，抗壓強度也會顯著降低；其次，再生骨料級配決定了再生骨料透水混凝土中骨料間受力面積，隨著骨料級配的增大，骨料間受力面積減小，抗壓強度顯著降低[3]。

2)透水性能方面。再生透水混凝土的孔隙率和透水系數呈正相關，抗壓強度和透水系數呈負相關。隨著再生骨料替代率增大，再生骨料透水混凝土的孔隙率和透水系數逐漸增大，隨著再生骨料級配增大，再生骨料透水混凝土的透水系數逐漸增大[4]。若水膠比太小，膠凝漿體過于干稠，不易在骨料間均勻包裹，而水膠比太大，膠凝漿體比較稀，容易封堵底部，降低有效孔隙率。

3)耐久性方面。再生骨料透水混凝土孔隙率高、強度低，在一定程度限制了透水混凝土的使用壽命。在我國北方，冬天的再生骨料透水混凝土材料產品會受凍融破壞，且沿海城市雨水呈堿性；不同凍融介質對再生骨料透水混凝土凍融后質量劣化程度不同，清水和3.5 wt% NaCl溶液作為凍融介質，經過25次凍融循環后，氯鹽環境中的試件劣化程度比清水中更為嚴重[5]。再生骨料透水混凝土多孔結構，耐磨性能較差，當再生骨料替代率在50%以內對透水混凝土耐磨性影響較小，當再生骨料替代率超過50%對透水混凝土耐磨性影響顯著[6]。

4 再生骨料透水混凝土研究意義及展望

目前，再生骨料透水混凝土是將建筑廢棄物機械破碎、分離，得到再生粗骨料，在透水混凝土中不同程度替代天然粗骨料，有利于透水混凝土綠色低碳生產使用。研究發現，因為再生骨料強度低，透水混凝土又是一種高空隙率材料，所以再生骨料透水混凝土一般適用于透水性高、強度低的場所；例如公園、小區和非機動車道路面、透水磚鋪筑、護坡等透水混凝土建筑；但是，再生透水混凝土強度低卻制約了再生透水混凝土的推廣使用。因此，需要尋找一種或者幾種摻和料、外加劑，增強再生骨料自身強度和骨料間粘結強度。縱觀國內外，對再生骨料透水混凝土的耐久性、導熱性和吸聲性方面的研究較少，因而需要對此領域進行進一步的研究，對再生骨料透水混凝土技術的進一步完善和標準化，將有助于再生骨料透水混凝土產品的應用推廣，促進“海綿城市”建設。