裝配式再生混凝土通用塊在建筑室外景觀構件中的應用研究

石振慶，陳 昊，張 榮，金 爽，王忠風，吳慶林

(滁州學院 土木與建筑工程學院，安徽 滁州 239000)

近年來，隨著我國社會經濟的迅速發展，城市化建設的不斷加快，廢棄混凝土的產量與日俱增。據資料顯示，現階段我國每年約產生15～24億噸建筑垃圾[1]。大量的建筑垃圾不僅污染了人們賴以生存的自然環境，也消耗了極大的自然資源。再生混凝土是將廢棄的混凝土通過物理破碎、除塵，根據粒徑分檔后得到的再生復合材料，根據合理的配比，選擇部分或全部再生骨料替代天然骨料，由此配制成的新型混凝土[2-4]。用再生骨料來替代天然骨料，并進行合理、高效利用，既能減少混凝土相關工程對天然砂、石的采用，又避免生態環境污染，是發展循環經濟和綠色建筑的重要途徑之一[5-6]。其次，隨著工業化進程的不斷發展和建筑工業化水平的不斷提高，越來越多的建筑制品由工廠預制并現場安裝，其比例也在不斷增加[7]。然而，由于我國對預制結構設計施工專業化程度落后于發達國家，從而導致預制結構的發展較為緩慢[8-10]，相比發達國家，預制建筑在我國的普及率不到五分之一，這在一定程度上使得預制建筑的優勢難以充分發揮。本文針對以上現狀，利用再生骨料制作通用塊的形式對再生混凝土和裝配式景觀構件組合進行了初步的研究和創新。

1.1 主要原材料

1.1.1 再生骨料

本文使用再生骨料由廢舊路面及建筑垃圾破碎而成。經初步破碎處理后，通過電動振篩機篩分，根據篩網的篩分粒徑對骨料進行分類，將粒徑大于4.75mm的骨料分級為再生粗骨料，篩分粒徑小于4.75mm大于0.15mm的骨料分為再生細骨料，如圖1所示。

1.1.2 水泥

實驗水泥采用景德鎮峰通水泥有限公司生產的42.5級普通硅酸鹽水泥，比表面積為357m2/kg，初凝時間為203min，終凝時間為250min，3d抗壓強度為27.4MPa，28d抗壓強度為45.0MPa，3d抗折強度為5.9MPa，28d抗折強度為7.7MPa，安定性合格。

1.2 取代率及配合比

采用100%再生骨料取代天然骨料，配制混凝土。具體配合比如表1所示。

表1 再生骨料取代天然骨料的混凝土配合比 kg·m-3

1.3 工作性能檢測

1.3.1和易性

試驗采用坍落度實驗法，結果如圖1所示。

圖1 再生骨料混凝土坍落度變化示意圖

由圖可見，坍落度隨著時間的增加不斷下降，前15min坍落度的下降幅度最大。在15～30min期間的塌落度損失程度較大，30min以后，坍落度損失率顯著減小。

1.3.2 抗壓強度

再生混凝土試塊配合比為水泥：再生粗骨料：再生細骨料：水(1：3.4：2.1：0.5)，制作150mm*150mm*150mm試塊3組，在標準條件下養護28天后，測得破壞荷載分別為255.4KN、236.5KN、247.2KN，以測值的算術平均值作為試塊的抗壓強度值，計算得到再生混凝土平均抗壓強度為24.63MPa。本文研究主要應用在建筑室外景觀構件中，構件對于抗壓強度的要求較小，所測抗壓強度通用塊已滿足一般室外景觀構件中混凝土的工作性能要求和應用要求，對工作性能要求高的特殊通用塊，可通過適當的添加砂率或調配水灰比加強初期再生混凝土的工作性能[11]。

2 設計前景

建筑工業化不僅僅是全球化的大趨向，同時也是我國工業化改革和發展的必經之路。隨著建筑行業的快速發展，當下我國建筑行業已經被列為國民經濟的主要產業和根本產業。我國的裝配式混凝土行業正處于成長階段，有著廣闊的發展前景和較高的增長率。在建筑行業急速發展的同時，建筑垃圾污染也應運而生，這對我們日常環境的影響日益凸顯。根據這一情況，結合“四節一環保”的理念，提出了裝配式再生混凝土通用塊在室外景觀中的應用。

裝配式建筑的機械化程度高、材料節約、施工快捷方便，且裝配式再生混凝土通用塊的制作與可持續發展理念相契合，將絕大多數有污染的項目轉移到了工廠當中，有效地減少了粉塵揮發、大氣污染以及工業垃圾的排放。針對以上優勢，合理地利用建筑廢料，運用成熟的工藝流程制作出裝配式再生混凝土通用塊，再結合前期的調研和當今市場的需求，將其應用到室外景觀工程中。裝配式再生混凝土所具備的靈活性特征，無論是紋理、構圖等藝術特性，還是整體性、可塑性以及平整度等材料特性，均能與室外景觀多樣的藝術特性相協調。這不僅在現代設計中存在商業價值，且在建筑材料中具有質優價廉的優勢。除此之外，將具有高自制力和靈活度的裝配式再生混凝土應用在文化建設方面也可獲得較高的景觀文化價值。

3 設計方案

3.1 模板的設計

在通用塊的制作前，團隊設計了通用塊類型、尺寸的各類圖紙。模板采用的是9mm厚膠合板，此類型板利用率高，抗彎曲性出色，不容易出現變形。選擇好模板，按照設計圖紙的要求，依次在模板上畫出尺寸，標記序號，考慮到模板的厚度，部分轉角處實際尺寸要比設計尺寸多出8～10mm。

依照板塊的序號順序進行粘貼，各模板與底模首先選用801快干膠進行初步固定，該膠操作簡單、粘性強、固化程度快。完成初步固定后，選用透明膠帶對側模板進行收縮性粘綁防止混凝土對側向模板的壓力使得模板向外膨脹，如圖2所示。

圖2 模板制作圖

3.2 通用塊的制作

按照預先設計的比例稱取水泥、再生細骨料、再生粗骨料放入強制式單臥軸混凝土攪拌機中預先攪拌60秒，再倒入定量水(廢棄混凝土在機械破碎過程中受到較大的外力作用，收集的再生骨料內部通常會存在大量微小縫隙，這會使再生骨料的吸水率和吸水速率都要高于天然骨料，通過調查資料顯示，再生骨料的吸水率是天然骨料的6～8倍，而再生細骨料的吸水率超過10%，再生粗骨料的吸水率一般為5%[12])復合攪拌180秒；為保證拆模質量，使用毛刷在制作完成的模板內部進行脫模劑涂刷2～3遍；拌制完成的再生混凝土逐步澆筑至模板內，每澆筑一部分混凝土便進行人工搗實，最后再放置于混凝土振動臺上振動，當混凝土表面停止沉陷，浮現一層水泥漿且不繼續產生氣泡時關閉振動臺；將澆筑完成的構件模型統一靜置后拆模，拆模后標養28d。

3.3 組合設計

目前我國室外景觀建筑類型主要有休閑桌椅、花架、涼亭、景觀墻、假山、路燈、路牙石等。這些室外景觀構筑物都存在樣式單一、造價高等缺點，且一旦出現裂縫、斷裂等損壞現象時，整個構筑物均需替換，而被替換掉的材料又將產生建筑垃圾污染環境等問題。針對以上問題設計出拼接構件，當構件有損壞時可隨時替換，替換后的構件也可再次循環利用，不僅使構筑物的裝配變得更加輕便，還可進一步減少建筑垃圾對自然環境的破壞。

在總結現有室外景觀構件現狀的基礎上，將一個完整的構件通過拆解分離的方式分為若干部分。在分解的室外建筑構造中，眾多重復的部分為通用塊的多重組合提供了條件基礎。從裝配式構件連接的角度分析，將室外景觀構件主要分為四個大類型進行裝配組合[13]。

3.3.1 螺栓連接

螺栓連接是一種常用的機械連接方式。適用于裝配連接時承受橫向荷載或需要螺釘固定被連接件的場合。針對現有公園桌椅外形設計進行調研，分析得出螺栓連接可有效、快速地完成桌椅的裝配。螺母置于圓盤內，而螺栓安置于柱形塊端部。四個柱形螺栓通過旋轉與圓盤固定，再穿插入十字形通用塊的預制口。螺栓連接方式結構簡單，且標準統一、承載能力強，安全可靠性高，如圖3所示。

圖3 螺栓連接示意圖

3.3.2 榫式連接

預制裝配式結構柱體之間的連接一般采用榫式連接，如圖4所示。

圖4 榫式連接示意圖

榫式連接的構造特點是用預制好的通用塊通過凹凸口的卡點與另一孔槽的卡點進行交叉固定，在左、右縫內還可以埋置鋼筋，再用焊接加強連接。這種連接方式多采用在景觀墻的裝配上，它可以承受較大的荷載，并能承受一定的變形。

3.3.3 套筒灌漿式連接

套筒灌漿主要在套筒中灌入大量可膨脹、高強、早強的水泥基灌漿料，套筒對可膨脹灌漿料的圍固，能起到阻流作用，避免灌漿流失[14]。其中鋼筋表面與其套筒內側間擠壓會產生正向作用力，通過該作用力與鋼筋表面大量螺紋產生的摩擦阻力來實現受力鋼筋之間的應力傳導。圖3為全灌漿套筒，在套筒的兩端均穿插入鋼筋且通過灌漿來連接整體，水平鋼筋的連接即采用這種方式。圖4為半灌漿套筒式連接，是被大量應用在縱向鋼筋上的連接結構。灌漿強度均達到設計值100%后方可進行裝配組合。套筒灌漿連接實用性強、固定穩定、裝配簡單方便，如圖5所示。

圖5 全、半灌漿套筒式連接

3.3.4 后澆混凝土連接

花架是可供植物攀爬或附著的具有一定形狀的園林設施。花架為了輕便美觀，大多采用木式結構，在室外經過風吹日曬，易導致木材被蟲蛀、腐蝕。為了解決這類問題，使用再生混凝土材料替代木材，有效地節約了木材的使用。其次，花架對于構筑物的抗壓、抗拉強度要求較小，對抗剪強度要求較高，所以在連接方式方面選擇后澆混凝土式連接，圖6為后澆混凝土式構件。

圖6 后澆式混凝土連接

結語

建筑垃圾再生骨料可資源化用于室外建筑通用塊的制作生產。依據現有室外景觀構件的拆分，共設計了15種通用塊，根據裝配式建筑結構節點的多種連接方式，組合裝配出多達30種室外景觀構件。采用再生混凝土裝配方式組裝的室外景觀，不僅能夠減輕建筑垃圾所帶來的污染，還能為室外景觀構件的制作與安裝提出新的發展思路。