采用再生混凝土骨料和再生磚瓦骨料制備的 透水混凝土力學(xué)性能對比研究

張力，張燕剛，石云興，張林

（南京標(biāo)美生態(tài)環(huán)境科技有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展以及大面積既有建筑的改造，廢棄混凝土和廢棄磚瓦逐漸增多，不僅造成粉塵污染，而且占用了大量的城市空間，使城市環(huán)境惡化。天然骨料是一種不可再生的資源，且隨著建筑業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面。

采用再生骨料制備透水混凝土，不僅能實現(xiàn)建筑垃圾的資源化利用，還可緩解天然砂礫的缺乏，保護不可再生資源。再生骨料透水混凝土具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，對國家發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

1 研究主要內(nèi)容

本文主要研究再生混凝土骨料透水混凝土和再生磚瓦骨料透水混凝土的物理力學(xué)性能。所使用原材料主要為水泥、再生混凝土骨料、再生磚瓦骨料、外加劑、減水劑和水。研究內(nèi)容包括四項內(nèi)容：（1）水泥用量對再生骨料透水混凝土抗壓強度的影響；（2）水灰比對再生骨料透水混凝土抗壓強度的影響；（3）再生骨料透水混凝土 7d 齡期和 28d 齡期抗壓強度比值研究。

2 試驗原材料與試驗方法

2.1 試驗原材料

（1）水泥：鈞牌 P·O42.5 級水泥，其物理力學(xué)性能如表 1 所示。

表1 水泥物理力學(xué)性能

（2）再生混凝土骨料：粒徑 5～16mm，骨料特征見表 2，骨料形貌見圖 1。

圖1 再生混凝土骨料

（3）再生磚瓦骨料：粒徑 5～16mm，骨料特征見表 2，骨料形貌見圖 2。

表2 骨料物理力學(xué)性能

圖2 再生磚瓦骨料

（4）高效減水劑：減水率為 20%。

（5）添加劑：產(chǎn)自南京的透水混凝土專用添加劑。

2.2 試驗參考標(biāo)準(zhǔn)

JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》；GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢測方法（ISO 法）》；GB/T 1346—2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安全性檢測方法》；GB 750—1992《水泥壓蒸安定性試驗方法》；GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》。

3 配合比設(shè)計與成型

3.1 配合比設(shè)計

3.1.1 骨料體積

根據(jù)試驗結(jié)果，預(yù)拌再生混凝土骨料透水混凝土與骨料用量的體積比為 1.05，預(yù)拌再生磚瓦骨料透水混凝土與骨料用量的體積比為 1.08。

3.1.2 試驗變量

本文選用試驗變量分為水灰比和水泥用量 2 種，其中水灰比分別為 0.275、0.300 和 0.325，水泥用量分別為 330kg/m3、370kg/m3和 410kg/m3。

3.1.3 減水劑摻量

減水劑摻量見表 3。

表3 減水劑摻量

3.1.4 用水量

再生骨料吸水率較大，本試驗以飽和面干的骨料為基本狀態(tài)進行水灰比計算。

3.2 配合比

透水混凝土配合比見表 4。

表4 透水混凝土配合比 kg/m3

3.3 混凝土攪拌及試塊成型

混凝土攪拌采用水泥裹漿法，攪拌時先將骨料（提前 24 小時預(yù)濕）和 1/2 用水量放入攪拌機，攪拌 10s 后，加入水泥、摻合料、減水劑和水（減水劑提前加入水中），再次攪拌 80s 后即可出料。

試塊成型采用人工插搗法，試塊尺寸為 100mm× 100mm×100mm。

3.4 養(yǎng)護

試塊拆模時間為 24h，然后放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室中進行養(yǎng)護，分別測其 7d 和 28d 抗壓強度。

4 試驗結(jié)果與分析

透水混凝土抗壓強度試驗結(jié)果見表 5。

表5 再生混凝土抗壓強度 MPa

4.1 水泥用量對再生骨料透水混凝土抗壓強度的影響

水灰比為 0.325 時，再生混凝土的水泥用量與抗壓強度之間的關(guān)系見圖 3 和圖 4。

圖3 再生骨料透水混凝土抗壓強度—水泥用量曲線

圖4 透水混凝土 28d 抗壓強度—水泥用量曲線

由圖 3 可見：

（1）水灰比為 0.325，水泥用量為 330～370kg/m3時，兩種再生骨料透水混凝土的抗壓強度均隨著水泥用量的增加而增大，這是由于水泥用量的增加使得膠結(jié)材在骨料表面的包裹層變厚，骨料節(jié)點處的水泥漿量增加所致。

（2）與 330kg/m3和 370kg/m3兩者透水混凝土抗壓強度的平均值相比，水泥用量為 340kg/m3的再生混凝土骨料抗壓強度偏大，水泥用量為 340kg/m3的再生磚瓦骨料抗壓強度偏小。原因有二：一是再生混凝土骨料壓碎指標(biāo)較低，材質(zhì)較硬，二是混凝土強度由骨料本身強度和骨料連接節(jié)點處強度協(xié)同體現(xiàn)。

由圖 4 可見：

（1）水灰比為 0.325，水泥用量為 330～370kg/m3時，再生混凝土骨料透水混凝土的抗壓強度均高于再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強度，水泥用量相同時，強度比值約為 1.7 倍。原因是骨料破碎時，骨料顆粒均會有一些微小裂縫，但是混凝土抗壓強度高于磚瓦抗壓強度，所以與再生磚瓦骨料相比，再生混凝土骨料的總體裂縫數(shù)量較少，另一方面是透水混凝土抗壓強度由膠結(jié)材和骨料共同承擔(dān)。

（2）水泥用量為 330kg/m3時，再生混凝土骨料透水混凝土的抗壓強度比再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強度高 69.5%，水泥用量為 410kg/m3時，再生混凝土骨料透水混凝土的抗壓強度比再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強度高 47.0%，強度增幅降低 32.4%。這是由于再生磚瓦骨料的吸水率是再生混凝土骨料的 1.93 倍，能夠從內(nèi)部提供水泥水化所需水分。

4.2 水灰比對再生骨料透水混凝土抗壓強度的影響

水泥用量為 370kg/m3時，兩種再生骨料透水混凝土的水灰比與孔隙率、抗壓強度的關(guān)系分別見圖 5～ 7。

由圖 5、6 可以看出：

圖5 透水混凝土實測孔隙率—水灰比關(guān)系

圖6 透水混凝土抗壓強度—水灰比關(guān)系

（1）再生混凝土骨料透水混凝土的抗壓強度隨著水灰比的增加而增大，原因如下：透水混凝土的孔隙率隨著水灰比的增加而降低（見圖 5(a)），透水混凝土的抗壓強度隨著孔隙率的降低而增大，換言之，骨料節(jié)點處漿體數(shù)量隨著水灰比的增加而增大，另外，再生混凝土骨料材質(zhì)較硬，混凝土破壞多為骨料連接節(jié)點破壞。另外，對于再生混凝土骨料透水混凝土，其水灰比對抗壓強度的影響（骨料連接點膠結(jié)材強度）程度小于孔隙率對抗壓強度的影響（骨料連接點處膠結(jié)材量）程度。

（2）水灰比從 0.275 增加至 0.300 時，再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強度隨著水灰比的增大而減小，雖然水灰比增加時孔隙率降低，但這個階段的破壞為骨料本身的破壞，同時漿體強度隨著水灰比的增大而減小，漿體強度對透水混凝土的抗壓強度的影響程度大于孔隙率對抗壓強度的影響程度，且破壞方式多為骨料本身破壞所致。

水灰比從 0.300 增加至 0.325 時，再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強度隨著水灰比的增大而增大，這是由于隨著水灰比的增大，孔隙率降低，骨料表面膠結(jié)材厚度和骨料連接點處漿體數(shù)量增大，混凝土破壞不僅包括骨料本身的破壞，還包括部分骨料連接點的破壞。另外，水灰比 0.300 增加至 0.325 時透水混凝土的孔隙率降低 1.57%，約為水灰比 0.0.275 增加至 0.300 時透水混凝土的孔隙率降低值的 1.94 倍，此時，孔隙率對透水抗壓強度的影響程度再次大于水灰比對抗壓強度的影響程度。

由圖 7 可以看出：水灰比分別為 0.275、0.300 和 0.325 時，再生混凝土骨料透水混凝土的抗壓強度比再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強度提高 46.0%、73.5% 和 47.0%，原因是再生混凝土骨料的壓碎指標(biāo)低于再生磚瓦骨料的壓碎指標(biāo)（降低幅度約為 55.5%），骨料材質(zhì)影響透水混凝土的破壞方式，進而影響透水混凝土的抗壓強度。

圖7 透水混凝土 28d 抗壓強度—水灰比曲線

4.3 齡期對抗壓強度的影響

現(xiàn)行透水混凝土設(shè)計強度以 28d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試件的抗壓強度為依據(jù)，但在試配過程中等待 28d 試驗結(jié)果耽誤工期，因此，通過 7d 強度推算 28d 強度能夠提前預(yù)判混凝土配合比是否滿足設(shè)計要求，并對配合比進行進一步優(yōu)化，實用意義較大。齡期對透水混凝土抗壓強度的影響見圖 8。

由圖 8 可以看出：再生混凝土骨料透水混凝土 7d 抗壓強度達(dá)到 28d 抗壓強度的 87.1%，再生磚瓦骨料透水混凝土 7d 抗壓強度達(dá)到 28d 抗壓強度的 89.9%，因數(shù)據(jù)樣本較少，試驗結(jié)果尚需進一步驗證。

圖8 透水混凝土 7d 抗壓強度與 28d 抗壓強度對比

5 結(jié)語

以再生磚瓦骨料和再生混凝土骨料制備的透水混凝土所表現(xiàn)出的力學(xué)性能基本相同，但由于再生混凝土骨料的壓碎指標(biāo)和吸水率均低于再生磚瓦骨料，所以強度影響規(guī)律有少許不同。

再生骨料受內(nèi)部裂縫和原料供貨渠道不同，其勻質(zhì)性較差，經(jīng)常出現(xiàn)再生混凝土骨料和再生磚瓦骨料的混合料，需進一步研究其力學(xué)性能。