建筑材料稻殼灰－廢舊磚再生透水混凝土的性能研究

1前言

根據有關數據統計顯示，當前我國建筑垃圾的年均產量超35億噸，占據了城市固體廢物全年總量的 40% 左右，已成為影響我國生態環境的主要因素。因此，在“雙碳\"理念下，實現海綿城市建設，以及對建筑垃圾與材料進行再生資源化利用展開研究是必要的。透水混凝土又稱為多孔混凝土，主要是指由骨料、水泥、增強劑與水制備而成的一種多孔輕質混凝土。在近幾年的建筑施工中，以建筑垃圾材料為原料形成的再生透水混凝土作為一種新型建筑材料，因具有環保、低碳與可持續再生等特點，備受關注。而稻殼灰是稻殼燃燒后殘留的副產物，其豐富的孔隙結構以及巨大的比表面積，使其具有極強的吸附性與活性，通過其在建筑材料再生中的應用，可以有效提高建筑材料的生態效應。為此，本文以稻殼灰－廢舊磚為主要原料研究了再生透水混凝土的具體性能。

2試驗方案

2.1再生原料

在本次建筑材料再生透水混凝土性能試驗中，再生建筑原材料主要包括稻殼灰、廢舊磚與水泥，具體如下：

（1）稻殼灰：稻殼灰是農業生產中稻殼燃燒后剩下的黑色粉末以及少量未燃盡的有機物，主要成分為二氧化硅（ SiO₂ ，含有少量的 CaO、Al₂O₃，Fe₂O₃ 等，直徑一般為0.15mm～0.30mm^[2] 0

（2）廢舊磚：廢舊磚主要作為再生透水混凝土的骨料，通過將建筑拆除后產生的廢磚材料進行破碎、篩選與烘干，可分為A、B兩種不同粒徑的骨料。A骨料粒徑為1.18mm～2.36mm，B 骨料粒徑為 1.36mm～4.75mm 骨料堆積密度 1052kg/m³ 、表觀密度 2390kg/m³ 、吸水率12.80% 、空隙率 56.0%¹³ 1o

（3）水泥：主要采用海螺牌規格為 P?O42.5 的水泥，其物理性質具體如表1所示。

2.2正交試驗方案

根據再生透水混凝土的大量實驗研究結果與其性能特征，主要采用正交試驗的方式，對水灰比、廢舊磚骨料粒徑（用A骨料等質量取代B骨料）以及稻殼灰摻量（等質量取代水泥）影響再生透水混凝土性能的規律進行了探究，且不考慮各因素之間的交互作用，正交試驗

與此同時，對于試驗材料的制備，主要根據配合比將相應比例的骨料、稻殼灰、水泥與水攪拌后分次加入試驗模具，然后進行人工振搗，并按照JC/T2558-2020《透水混凝土》的規定對再生形成的透水混凝土進行周期為28d的養護。對于透水混凝土的抗壓與抗折強度檢測，則依照GB/T50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行測試。正交試驗配合比具體如表3所示。

2.3測試方法

本次基于稻殼灰－廢舊磚再生透水混凝土性能的正交試驗檢測主要包括透水系數、抗壓強度與孔隙率三項指標，其中抗壓強度主要按照GB/T50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》的相關規定對尺寸為100mm×100mm×100mm 的試件進行測試。對于透水系數，主要采用重量法對實際孔隙率進行測試，并按照公式進行計算，具體公式如下：

式中： ΔV_a 一實測孔隙率 （%）：m_i 一試件在水中的質量

對于再生透水混凝土透水系數的檢測，根據達西定律，主要采用固定水頭法進行測試，透水系數的具體計算公式如下：

式中： 一水溫為 TC 時的透水系數（ mm^?s^-1 ）；Qi—規定時間內流過再生透水混凝土試件的水量 （mm³ ；L試件的厚度（ χ_mm^′， ；A一試件的橫截面積 ?mm². ）；h—水頭差 Π_mm， ；t—測定時間（s）。

3結果與分析

正交試驗結果如表4所示。

3.1透水系數分析

對透水系數正交試驗結果進行極差與方差分析，分析結果如表5所示。

由表5可得，在基于稻殼灰－廢舊磚材料的再生透水混凝土中，其透水系數的影響因素從大到小排序為稻殼灰摻量 gt; 水灰比 gt;A 骨料用量，并且隨著A骨料用量與稻殼灰摻量的增加，透水系數逐漸下降，但是隨著水灰比的增加，透水系數隨之上升，說明再生透水混凝土的透水最大的因素水平為A1B1C3。其中稻殼灰摻量對透水系數的影響最大，水灰比次之，A骨料用量影響最

小，究其原因，主要是稻殼灰摻量增加會導致水灰比的降低，使得有效孔隙數目減少，進而影響混凝土的透水系數。

3.2抗壓強度分析

對抗壓強度正交試驗結果進行極差與方差分析，分析結果如表6所示。

由表6分析可得，在基于稻殼灰-廢舊磚材料的再生透水混凝土中，影響其抗壓強度的因素順序為A骨料用量 gt; 稻殼灰摻量 gt; 水灰比。實驗結果表明，抗壓強度的最高因素水平為A3B2C3。在所有因素水平中，A骨料用量對抗壓強度的影響最大，主要是因為混凝土的強度一般依賴骨料之間相互摩擦所產生的摩擦力與咬合力，當A骨料用量增加時，顯著增加了骨料的接觸面積，降低了內部的孔隙率，因而有效提高了再生透水混凝土內部的粘合力與抗壓強度。

3.3孔隙率分析

對孔隙率正交試驗結果進行極差與方差分析，分析結果如表7所示。

由表7分析可得，影響基于稻殼灰-廢舊磚材料的再生透水混凝土的性能因素依次為水灰比 gt; 稻殼灰摻量 gt;A 骨料用量，且其最大因素水平為A2B1C1。其中水灰比對再生透水混凝土孔隙率的影響最大，在試驗中，隨著水灰比的增加，再生透水混凝土的孔隙率呈下降趨勢，造成這種現象的原因主要是再生透水混凝土中水灰比的增加促進了其內部流動性的上升，進而使得粘結在骨料表面的水泥泥槳附著減少，逐漸流人骨料的孔隙中，造成有效孔隙減少，從而嚴重影響了再生透水混凝土的孔隙率。

3.4小結

綜合上述各因素對基于稻殼灰-廢舊磚的再生透水混凝土性能影響規律的分析，其最優配合比為A骨料用量 30% ，稻殼灰摻量 3% ，水灰比 0.26 此時，基于稻殼灰-廢舊磚材料制備的再生透水混凝土的綜合性能最佳，其透水系數為 3.25cm/s ，抗壓強度為 3.90MPa ，孔隙率為 35.7% 。

4結論

綜上所述，通過正交試驗表明，在上述三種因素中，稻殼灰摻量對再生透水混凝土的透水系數的影響最大，A骨料用量對抗壓強度的影響最大，而水灰比對孔隙率的影響最大。由正交結果的極差與方差分析得出，透水系數的最大因素水平為A1B1C3，抗壓強度的最大因素水平為A2B2C3，而孔隙率的最大因素水平則為A2B1C1。因此，在實際制備過程中，當A骨料用量為30% ，稻殼灰摻量為 3% ，水灰比為0.26時，基于稻殼灰－廢舊磚的再生透水混凝土性能最佳，此時，其透水系數為 3.25cm/s ，抗壓強度為 3.90MPa ，孔隙率為35.7% ，可作為建筑施工材料的第一選擇。

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