再生骨料透水磚研究現狀綜述

李宗源，程海麗

（1.北方工業大學 土木工程學院，北京100144）

隨著我國基礎設施建設數量的不斷增加，混凝土的需求量飛速上漲，僅2019年上半年，我國規模以上企業就生產混凝土10.32 億m3[1]，與之相伴的是大量天然砂石的開采與使用。由于天然砂石的形成需要經過幾百萬年的地質演變，所以被視為一種不可再生資源，過量開采對自然環境的破壞不可逆轉。另外，我國每年有大量老舊建筑物需要拆除，產生大量建筑廢棄物，這些廢棄物大多采用填埋的方式處理，不僅占用土地，而且在處理過程中，有機物質發生分解產生有害氣體，嚴重污染環境，影響空氣質量。

另一方面，我國城市面積不斷擴大，但目前市內大多數道路路面材質為水泥和瀝青混凝土，這些道路不具備快速透水和透氣功能，降低了城市自身調節溫度、濕度的能力，引發城市的熱島效應和內澇災害，降低城市居住舒適性。2013年，習近平總書記在《中央城鎮化工作會議》的講話中指出，要建設自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市，透水磚便是海綿城市建設的基礎條件和關鍵性材料，而再生骨料透水磚在實現了對建筑廢棄混凝土的有效利用的同時，有效緩解了城市“熱島效應”[2]，逐漸受到專家學者們的關注。

1 再生骨料透水磚研究現狀

1.1 再生骨料透水磚力學性能與透水性能

因再生骨料透水混凝土內部含有大量孔隙，所以，對再生骨料透水磚的力學性能與透水性的把控具有重要意義。但是，眾所周知，透水混凝土的強度與透水性是兩個相互制約的指標，目前，國內外專家學者的主要研究方向是在保證透水系數滿足規范要求的前提下，盡可能地優化其力學性能。本節從骨料、摻合料、制作方法等方面分析再生骨料透水混凝土力學性能與透水性的研究現狀。

根據再生骨料顆粒級配的特殊性，關于骨料粒徑、水灰比等因素對再生骨料透水磚力學性能和透水性的影響，袁卓毅[3]和宋志斌等[4]均采用正交試驗的方法進行了研究，試驗結果表明，水灰比對再生骨料透水磚的各項性能影響最大，當水灰比為0.3、骨膠比為4.0、骨料粒徑為2.5～10.0 mm 時，試件抗壓強度和透水系數分別達到58.28 MPa 和0.289 mm/s，高于標準CJ/T 400—2012《再生骨料地面磚和透水磚》[5]中對于強度和透水系數的要求。何乃福等[6]采用廢舊燒結粘土磚為骨料制備透水磚，通過試驗選取最優再生骨料替代率，試驗數據表明，當再生骨料替代率為20%時，再生骨料透水磚的各項指標滿足標準要求。在骨料預處理方面，Liu[7]的研究顯示，使用硅烷聚合物乳液預先浸泡再生骨料，可以有效提高再生骨料透水混凝土的各項性能。通過掃描試件斷層水泥漿體的孔隙率和分布情況可知，在保持透水系數一致的情況下，骨料預處理可使試件的抗壓強度提高30%。

摻合料是混凝土的六大組分之一，通過對現有文獻分析得知，適量摻合料的摻入可以很好地改善再生骨料透水磚的力學性能和透水性能。李鵬[8]研究發現，在再生骨料透水磚中摻入一定比例的水性環氧和苯丙溶液，可以提高透水磚的力學性能。試驗結果顯示，透水磚的抗壓強度與聚合物摻量正相關，與透水性負相關，當環氧樹脂摻量保持在2%、透水系數為0.29 mm/s時，可使抗壓強度提高3%左右。周云開等[9]研究了廢棄橡膠粉對再生骨料透水磚性能的影響，研究結果顯示，當廢棄橡膠粉摻量從5.5%提高到9.5%時，透水系數從0.384 mm/s 降低到0.223 mm/s，抗壓強度呈現先增后減的趨勢，當廢棄橡膠粉摻量為7.5%時，透水磚強度達到峰值，對應的透水系數為0.294 mm/s。

再生骨料透水磚性能特征與一般混凝土有較大差異，制備工藝的選擇對其綜合性能有較大影響。賀圖升等[10]提出以集料裹漿厚度為主要參數計算透水磚配合比的方法，解決了再生骨料顆粒級配不一定滿足普通混凝土配合比設計集料級配要求的問題。為滿足再生骨料透水磚耐磨性的要求，周旭等[11]采用面層和基層分別配料的制作方法，試驗得出面層和基層的最優配方分別為：目標空隙率10%，再生骨料粒徑2.36～4.75 mm，水灰比0.28；目標孔隙率15%，骨料粒徑4.75～9.00 mm，水灰比0.28。基于此配方制得的透水磚抗壓強度為26 MPa，透水系數0.18 mm/s，符合再生骨料透水磚的規范要求。姜德民等[12]采用水泥裹石法制備的再生骨料透水磚，其抗壓強度比普通攪拌法提高1 倍，透水系數雖略低于普通攪拌法，但大于0.01 mm/s，滿足規范要求。張良[13]采用建筑垃圾破碎成再生骨料，通過磚機制備環保仿石透水磚并應用于實際工程，使用后工作狀況良好，承載力與變形均符合要求。

1.2 再生骨料透水磚耐磨性

再生骨料透水磚由于具有高透水性，所以耐磨性相較于一般混凝土較差，且實際應用中耐磨性是影響透水磚使用壽命的關鍵因素。從再生骨料替代率、纖維等摻合料的摻入量等方面總結再生骨料透水磚耐磨性的研究現狀。

王萍等[14]以沙漠風積沙配合耐火黏土材料制備再生骨料透水磚，探究沙漠沙摻量與透水磚耐磨性能之間的關系，試驗數據顯示，隨著沙漠沙摻量的提高，磨坑長度逐漸加長，但透水系數有所上升，經過優化，確定沙漠沙最優摻量為50%，此時透水磚磨坑長度為26.6 mm，符合規范要求。

鋼纖維等纖維屬于高彈性模量材料，能顯著改善再生骨料透水磚耐磨性能。干唯健等[15]針對透水磚耐磨性差的缺點，利用鋼纖維和聚丙烯復合纖維對再生骨料透水磚進行強化，按照MU30 標準制作透水磚試件并測定耐磨性能。試驗結果顯示，摻入混合纖維的透水磚磨坑長度為32 mm，符合標準要求。

金屬尾礦摻入配合高溫燒結的成型方法也是目前增強再生骨料透水磚耐磨性能的重要方法。李峰等[16]采用鉬尾礦搭配高溫粘結劑，以壓模成型法制備陶瓷透水磚，研究鉬尾礦摻量對再生骨料透水磚的耐磨性的影響。結果顯示，鉬尾礦的含量與透水磚的磨坑長度和透水系數成正相關，透水磚燒成溫度與之相反。當鉬尾礦摻量為75%，燒成溫度1 160 ℃時，透水磚磨坑長度為27 mm，符合規范CJ/T 400—2012 要求。Liu 等[17]的研究也得出過類似的結論，通過對摻入鋼渣的透水混凝土的研究，發現1 320 ℃燒結透水磚具有優異的綜合性能。

1.3 再生骨料透水磚耐久性

再生骨料透水磚的比表面積大于一般透水混凝土，當被廣泛應用于實際工程中時，耐久性成為更應該關注的問題。

郭曉鵬等[18]通過對透水磚進行凍融循環試驗，研究不同因素對透水磚抗凍性的影響，結果表明，對透水磚抗凍性能影響最大的3 個因素分別為：面層水飽和度、面層孔隙率和透水基層厚度。所以，透水磚抗凍性能的改善主要通過改變內部孔隙的數量和類型。杜運興等[19]以再生粗骨料制備一種通孔透水磚，探究了通孔數量和再生粗骨料摻量對透水磚抗凍性能的影響，試驗結果表明，隨著再生骨料替代率和通孔數量的增加，透水磚的抗凍性能逐漸降低，但通孔透水磚的抗凍系數均在90.3%以上，部分達到99.3%，總體來說抗凍性能依舊優秀，能夠滿足CJ/T 400—2012 中強度損失率≤20%的要求。Mehmet Gesolu[20]的研究表明，由于橡膠粉顆粒的高比表面積在透水磚內產生大量的微尺寸孔隙，可以用來緩解水結冰體積變大的問題，所以橡膠粉的摻入可以有效提高再生骨料透水混凝土的抗凍性，且粒徑小的橡膠顆粒對抗凍性的提高更為顯著。

纖維作為一種增韌、阻裂效果優秀的材料，將其用于再生骨料透水磚是提高透水磚耐久性的新方向。干唯健等[21]提出將再生骨料透水磚榫卯異型結構，并通過添加鋼纖維和聚丙烯纖維來提高再生骨料透水磚的強度和耐久性。試驗結果表明，加入纖維后的再生混凝土透水磚的耐久性相較于普通再生混凝土透水磚有明顯提升，而且榫卯異型透水磚鋪裝之后，比傳統方形透水磚更加穩定。

2 結語

（1）在保證透水性的前提下，骨料預處理、優化再生骨料替代率、加入摻合料、合適的設計和制備方法，都可以提高再生骨料透水磚的強度。

（2）再生骨料的摻入使透水磚耐磨性有所降低，摻入適量細骨料、混雜纖維或金屬尾礦等材料，配以合適的制備方式，可有效提高再生骨料透水磚的耐磨性能。

（3）再生骨料透水磚耐久性的提高，主要通過改變內部孔隙的數量和類型。橡膠粉等小粒徑顆粒及高彈性模量的纖維材料可以用來提高其耐久性。