李亞寧

【摘 要】本文選用5種再生骨料摻量方案（0、25%、50%、75%、100%）研究再生透水混凝土中再生骨料合理?yè)搅康膯栴}?？刂扑槭?jí)配、設(shè)計(jì)孔隙率和水灰比這三個(gè)因素不變，考察抗壓強(qiáng)度、有效孔隙率和透水系數(shù)這三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。利用前期對(duì)天然骨料透水混凝土研究得出的結(jié)論，比較不同再生骨料摻量下各評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化規(guī)律，綜合分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出再生透水混凝土中再生骨料的合理?yè)搅俊?/p>

【關(guān)鍵詞】再生透水混凝土；再生骨料摻量；設(shè)計(jì)孔隙率；抗壓強(qiáng)度；透水系數(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對(duì)舒適生活的追求，越來(lái)越多的城市將面臨著老城重建問題。這將產(chǎn)生數(shù)量巨大的建筑垃圾，其中廢棄混凝土大約占到30%～50%。這些廢棄混凝土除了一小部分用作道路和建筑物的基礎(chǔ)墊層外，大部分都不經(jīng)過(guò)處理，直接運(yùn)往市郊進(jìn)行堆放或者填埋。由于廢棄混凝土在短時(shí)間內(nèi)不可降解，以此方式處理會(huì)產(chǎn)生難以預(yù)料的環(huán)境和社會(huì)問題，在寸土寸金的大城市矛盾尤其突出。因此，如何對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行合理有效的利用，是一個(gè)迫切需要解決的問題。再生混凝土（RecycledConcrete）的出現(xiàn)，使得循環(huán)利用廢棄混凝土成為可能。再生混凝土是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的集料，部分或全部代替天然集料配制而成的新混凝土。

同時(shí)，透水混凝土（PerviousConcrete）作為一種新的環(huán)保型、生態(tài)型道路材料，越來(lái)越受到人們的歡迎，該領(lǐng)域的研究應(yīng)用已成為熱點(diǎn)。采用透水混凝土對(duì)地面進(jìn)行鋪裝，從生態(tài)和環(huán)境效益來(lái)看，具有許多優(yōu)點(diǎn)：它是一個(gè)十分有效的收集雨水或使其回滲到地下的方法，有利于維持地下水資源的生態(tài)平衡，防止地表沉降，而且可以創(chuàng)造舒適的車行和人行交通環(huán)境；它使多種生物，特別是以微生物為主體的動(dòng)植物群更容易棲息生長(zhǎng)，延續(xù)自然生物鏈，而硬化地面阻斷了類似的生物鏈；它可以吸收汽車、交通以及環(huán)境的其他噪聲，改善視覺環(huán)境；它可以吸收太陽(yáng)熱和環(huán)境其他熱源放出的熱量，在環(huán)境溫度降低時(shí)又將熱量放出，緩解“熱島效應(yīng)”。

一、試驗(yàn)概況

1、原材料

水泥：采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，質(zhì)量符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》要求。

硅灰：采用普通二氧化硅微粉，技術(shù)指標(biāo)符合透水混凝土增強(qiáng)料的技術(shù)指標(biāo)，以6%的摻量等量替代水泥。水：普通飲用水，符合JGJ63-2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)（附條文說(shuō)明）》的規(guī)定。

粗集料：采用天然碎石和再生碎石，經(jīng)人工篩分后用水沖洗干凈，自然風(fēng)干，得到級(jí)配分別為9.5～16mm、16～19mm和19～25mm的三種級(jí)配粗集料。天然碎石基本物理性能如表1所示，再生碎石基本物理性能如表2所示。試驗(yàn)參照J(rèn)TGE42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。根據(jù)GB/T14685-2011《建筑用卵石、碎石》，天然碎石性能指標(biāo)基本符合Ⅱ類用石要求。根據(jù)GB/T25177-2010《混凝土用再生粗骨料》，再生碎石性能指標(biāo)基本符合Ⅱ類用石要求。

表1天然碎石基本物理性能

表2再生碎石基本物理性能

2、配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)采用體積法進(jìn)行，首先根據(jù)粗集料緊密堆積密度計(jì)算出單位體積粗集料用量，然后根據(jù)粗集料緊密堆積孔隙率和設(shè)計(jì)孔隙率計(jì)算出膠結(jié)料漿體體積，最后根據(jù)設(shè)計(jì)水灰比和硅灰水泥摻量比，依次算出單位體積水的用量、單位體積水泥的用量和單位體積硅灰的用量。

3、澆筑試塊

透水混凝土立方體試塊與普通混凝土立方體試塊澆筑方式類似，由于透水混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)大多數(shù)以低頻平板振動(dòng)器和專用工具滾壓，或平板壓實(shí)機(jī)壓實(shí)成型，振動(dòng)能量小，因而試塊制作時(shí)，可采用插搗成型，以避免振動(dòng)太大造成水泥漿體沉底，阻塞孔隙，影響透水性。

4、性能測(cè)試

4.1抗壓強(qiáng)度

參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。

4.2有效孔隙率

參照DB11/T775-2010《透水混凝土路面技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試。

4.3透水系數(shù)

參照CCJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試，采用“固定水位高度法”，試驗(yàn)儀器為自制透水系數(shù)測(cè)定儀。

二、試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)分析流程：對(duì)整體正交組進(jìn)行分析→對(duì)相對(duì)較優(yōu)組進(jìn)行分析→對(duì)局部最佳組進(jìn)行分析，采用L9（33）類型三因素三水平正交試驗(yàn)表，如表3所示。

表3三因素三水平正交試驗(yàn)

根據(jù)前期全天然骨料透水混凝土的研究結(jié)論，綜合考慮透水混凝土的力學(xué)性能和透水性能，得出最佳組合為：碎石級(jí)配16～19mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.30，在此基礎(chǔ)上，研究再生透水混凝土中再生骨料的摻量問題。再生骨料摻量分別為0、25%、50%、75%和100%時(shí)，再生透水混凝土的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)、有效孔隙率指標(biāo)和透水系數(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表5不同摻量再生骨料對(duì)再生透水混凝土最優(yōu)組各評(píng)價(jià)指標(biāo)影響的試驗(yàn)結(jié)果

1、再生骨料摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的影響

由圖1可知，在不同再生骨料摻量水平下，各試驗(yàn)編號(hào)的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)變化各不相同，整體趨勢(shì)雜亂無(wú)章。通過(guò)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，其中有兩條曲線的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)相對(duì)于其它七條曲線而言，比較特殊，一條是4#（碎石級(jí)配16～19mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.30），另一條是7#（碎石級(jí)配19～25mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.35）。這兩條線幾乎覆蓋了下面七條曲線，對(duì)于抗壓強(qiáng)度而言，這兩條線具有代表性，因此，從這九組中將相對(duì)較優(yōu)的兩組拿出來(lái)進(jìn)行分析。這兩個(gè)試驗(yàn)組有一個(gè)相同之處，即設(shè)計(jì)孔隙率都是15%，而15%的設(shè)計(jì)孔隙率是設(shè)計(jì)孔隙率三個(gè)水平中最小的一個(gè)。由于設(shè)計(jì)孔隙率較小，混凝土內(nèi)部更多是被粗骨料和膠凝材料所形成的整體填充，且填充效果較好，粗骨料與膠凝材料之間搭接緊密，形成有效穩(wěn)定骨架，當(dāng)混凝土承受壓力時(shí)，其內(nèi)部骨架有更多支點(diǎn)參與受力，抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高。反之，當(dāng)設(shè)計(jì)孔隙率提高時(shí)，混凝土內(nèi)部有較多孔隙，粗骨料和膠凝材料填充效果不好，搭接不緊密，不能形成合理受力骨架，一旦受壓，由于內(nèi)部只有較少的支點(diǎn)參與受力，顯然抗壓強(qiáng)度不會(huì)太高。

由圖2可見，兩條曲線的峰值點(diǎn)都出現(xiàn)在再生骨料摻量為25%時(shí)，峰值點(diǎn)的左側(cè)曲線呈上升趨勢(shì)，峰值點(diǎn)的右側(cè)曲線呈下降趨勢(shì)，只是在再生骨料摻量為75%的地方，7#（碎石級(jí)配19～25mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.35）的曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，呈上升趨勢(shì)。不同再生骨料摻量對(duì)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度影響比較大。總體而言，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨再生骨料摻量的增加而降低。這主要是因?yàn)閾饺氲脑偕橇吓c新舊砂漿之間存在較弱的膠結(jié)層，破壞往往由這個(gè)薄弱地帶展開。除此之外，舊混凝土須經(jīng)過(guò)破碎才能將再生骨料分離出來(lái)，在這個(gè)過(guò)程中，再生骨料承受巨大的撞擊，其表面甚至內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋，導(dǎo)致?lián)饺朐偕橇系幕炷翉?qiáng)度普遍不高。再者，再生骨料表面的陳舊砂漿孔隙率較高，吸水性較大，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中和用水量增加的現(xiàn)象，這些都可能導(dǎo)致?lián)饺朐偕橇系耐杆炷翉?qiáng)度降低。本試驗(yàn)天然骨料的壓碎指標(biāo)要高于再生骨料的壓碎指標(biāo)，按照常理，在碎石級(jí)配相同的情況下，再生骨料摻量水平為0，即粗骨料全部是天然骨料的混凝土，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)該比摻入再生骨料的混凝土抗壓強(qiáng)度要高，然而試驗(yàn)中再生骨料摻量為25%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度反而是最高的，這可能是由于摻入的25%再生骨料和其它75%的天然骨料一起形成了一個(gè)更合理的受力骨架，其內(nèi)部骨料和膠凝材料分布均勻，整體粘結(jié)可靠。除此之外，適量再生骨料表面的陳舊砂漿由于比較粗糙，形成一定的內(nèi)摩擦力等原因和上述條件共同作用，最終導(dǎo)致再生骨料摻量為25%時(shí)，抗壓強(qiáng)度比較高。根據(jù)前期研究得出的結(jié)論，4#（碎石級(jí)配16～19mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.30）為最佳組合，因此，從這兩組中將最佳組單獨(dú)拿出來(lái)進(jìn)行具體分析。

由圖2可知，對(duì)于4#組，再生骨料摻量在0～25%范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，增幅達(dá)到35%左右；再生骨料摻量在25%～100%范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，總降幅達(dá)到35%左右，其中再生骨料摻量為25%～50%時(shí)，降幅為17%左右，再生骨料摻量為50%～75%時(shí)，降幅為14%左右，再生骨料摻量為75%～100%時(shí)，降幅為4%左右。觀察整個(gè)曲線的變化趨勢(shì)，再生骨料摻量為25%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，過(guò)了峰值后，試樣抗壓強(qiáng)度一路下降，下降的幅度隨著再生骨料摻量的增大而減小。初步判斷，以抗壓強(qiáng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，再生骨料摻量為25%時(shí)比較合適。圖3為不同再生骨料摻量水平下再生透水混凝土抗壓強(qiáng)度指標(biāo)擬合高斯曲線。由圖3可知，利用高斯曲線對(duì)圖像進(jìn)行擬合，通過(guò)計(jì)算，該曲線的R2=0.97788，擬合度較高，擬合的高斯函數(shù)為y=13.5+6.2e，式中：x為再生骨料摻量水平，y為抗壓強(qiáng)度指標(biāo)。觀察高斯擬合曲線，當(dāng)再生骨料摻量在30%左右時(shí)，曲線可達(dá)到極大值。因此，以抗壓強(qiáng)度為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，再生骨料摻量取30%最為合適。

2、再生骨料摻量對(duì)有效孔隙率指標(biāo)的影響

由圖4可見，在不同再生骨料摻量水平下，各試驗(yàn)編號(hào)的有效孔隙率指標(biāo)變化各不相同，整體趨勢(shì)雜亂無(wú)章。根據(jù)前期試驗(yàn)的結(jié)論，設(shè)計(jì)孔隙率是影響透水混凝土有效孔隙率指標(biāo)的主要因素，只有控制設(shè)計(jì)孔隙率這一指標(biāo)不變，相對(duì)較優(yōu)組之間才能相互比較。顯然，當(dāng)設(shè)計(jì)孔隙率為15%時(shí)，相對(duì)較優(yōu)組的曲線有三條：分別是1#（碎石級(jí)配9.5～16mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.25）、4#（碎石級(jí)配16～19mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.30）、7#（碎石級(jí)配19～25mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.35）。透水混凝土的有效孔隙率一般隨著設(shè)計(jì)孔隙率的改變而改變，再生骨料摻量的多少并不能從根本上決定有效孔隙率的大小，就算有一定的影響，也是針對(duì)具體某一組組內(nèi)微小的相對(duì)變化，不能形成普適規(guī)律，而試驗(yàn)數(shù)據(jù)也證明了這點(diǎn)。對(duì)于有效孔隙率而言，1#、4#、7#三曲線具有代表性，因而從這九組中將相對(duì)較優(yōu)的三組拿出來(lái)進(jìn)行分析。

由圖5可知，1#（碎石級(jí)配9.5～16mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.25）的曲線形似“M”型，4#（碎石級(jí)配16mm～19mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.30）和7#（碎石級(jí)配19～25mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.35）的曲線形似“W”型。觀察圖像，并不能看出有效孔隙率指標(biāo)和再生骨料摻量之間的規(guī)律。但為了和抗壓強(qiáng)度指標(biāo)分析方式統(tǒng)一起來(lái)，運(yùn)用控制變量法，從這三組中將最佳組單獨(dú)拿出來(lái)進(jìn)行具體分析。

由圖6可知，再生骨料摻量在0～25%范圍內(nèi)，有效孔隙率指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，降幅為30%左右；再生骨料摻量在25%～50%范圍內(nèi)，有效孔隙率指標(biāo)呈上升趨勢(shì)，增幅為34%左右；再生骨料摻量在50%～75%范圍內(nèi)，有效孔隙率指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，降幅為17%左右；再生骨料摻量在75%～100%范圍內(nèi)，有效孔隙率指標(biāo)呈上升趨勢(shì)，增幅為23%左右。觀察整個(gè)曲線的變化趨勢(shì)，再生骨料摻量在0、50%和100%時(shí)，有效孔隙率指標(biāo)較大，再生骨料摻量在25%和75%時(shí)，有效孔隙率指標(biāo)較小，每段上升和下降的變化率基本相近，曲線形狀近似于一個(gè)“W”型。因此，以有效孔隙率指標(biāo)為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，再生骨料摻量對(duì)有效孔隙率指標(biāo)沒有顯著影響。在有效孔隙率指標(biāo)和再生骨料摻量水平之間無(wú)法建立一個(gè)明確關(guān)系時(shí)，也就不能給出在相應(yīng)條件下最合適的再生骨料摻量水平，這一判斷只能由上述抗壓強(qiáng)度指標(biāo)來(lái)確定。

3、再生骨料摻量對(duì)透水系數(shù)指標(biāo)的影響

由圖7可知，在不同再生骨料摻量水平下，各試驗(yàn)編號(hào)的透水系數(shù)指標(biāo)變化各不相同，整體圖像雜亂無(wú)章。通過(guò)仔細(xì)觀察，其中有三條線的透水系數(shù)指標(biāo)相對(duì)于其它六條線而言，比較特殊，分別是3#（碎石級(jí)配9.5～16mm，設(shè)計(jì)孔隙率25%，水灰比0.35）、6#（碎石級(jí)配16～19mm，設(shè)計(jì)孔隙率25%，水灰比0.25）、9#（碎石級(jí)配19～25mm，設(shè)計(jì)孔隙率25%，水灰比0.30）。這三條曲線幾乎覆蓋了余下六條曲線，對(duì)于透水系數(shù)而言，這三條曲線具有代表性。因此，從這九組中將相對(duì)較優(yōu)的這三組進(jìn)行分析。由于在討論抗壓強(qiáng)度指標(biāo)和有效孔隙率指標(biāo)時(shí)，均涉及到4#（碎石級(jí)配16～19mm，設(shè)計(jì)孔隙率15%，水灰比0.30）這一組，為了統(tǒng)一起見，將這一組和上面的三組放在一起作為相對(duì)較優(yōu)組進(jìn)行分析。透水混凝土的透水系數(shù)一般是隨著有效孔隙率的改變而改變，而有效孔隙率隨著設(shè)計(jì)孔隙率的改變而改變，那么決定透水混凝土透水系數(shù)指標(biāo)的主要因素是設(shè)計(jì)孔隙率。再生骨料摻量的多少并不能從根本上決定透水系數(shù)的大小，就算有一定影響，也是針對(duì)具體某一組組內(nèi)微小的相對(duì)變化，不能形成普適規(guī)律，而試驗(yàn)數(shù)據(jù)也證明了這一點(diǎn)。

由圖8可知，單從曲線的變化趨勢(shì)來(lái)看，并不能發(fā)現(xiàn)透水系數(shù)指標(biāo)和再生骨料摻量之間的明顯規(guī)律。為了和抗壓強(qiáng)度指標(biāo)以及有效孔隙率指標(biāo)分析方式統(tǒng)一起來(lái)，運(yùn)用控制變量法，從這四組中將最佳組單獨(dú)拿出來(lái)進(jìn)行具體分析。

由圖9可知，再生骨料摻量在0～25%范圍內(nèi)，透水系數(shù)指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，降幅為53%左右；再生骨料摻量在25%～50%范圍內(nèi)，透水系數(shù)指標(biāo)呈上升趨勢(shì)，增幅為40%左右；再生骨料摻量在50%～75%范圍內(nèi)，透水系數(shù)指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，降幅為61%左右；再生骨料摻量在75%～100%范圍內(nèi)，透水系數(shù)指標(biāo)呈上升趨勢(shì)，增幅為160%左右。觀察整個(gè)曲線的變化趨勢(shì)，再生骨料摻量在0、50%和100%時(shí)，透水系數(shù)指標(biāo)較大，再生骨料摻量在25%和75%時(shí)，透水系數(shù)指標(biāo)較小，其形狀也近似為一個(gè)“W”型，但是各段上升和下降的變化率相差較大。因此，以透水系數(shù)為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，再生骨料摻量對(duì)透水系數(shù)指標(biāo)沒有顯著影響。在透水系數(shù)指標(biāo)和再生骨料摻量水平間無(wú)法建立一個(gè)明確關(guān)系時(shí)，就不能給出在相應(yīng)條件下最合適的再生骨料摻量水平，這一判斷只能由上述抗壓強(qiáng)度指標(biāo)來(lái)確定。

結(jié)束語(yǔ)：從圖形上看，當(dāng)再生骨料摻量在30%左右時(shí)，抗壓強(qiáng)度指標(biāo)取到極大值，因此，以抗壓強(qiáng)度為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，再生骨料摻量取30%是比較合適的。再生骨料摻量對(duì)再生透水混凝土有效孔隙率指標(biāo)和透水系數(shù)指標(biāo)沒有顯著影響。

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