馬 嘯 姚宇飛 張雙艷

(武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430000)

隨著城市的發(fā)展，老舊建筑的拆除正產(chǎn)生著大量的建筑垃圾，建筑垃圾的堆放和填埋不僅浪費(fèi)了大量的土地資源，還會(huì)對(duì)河流和土壤造成污染[1，2]。廢棄混凝土等建筑垃圾在經(jīng)過(guò)破碎、整形、篩選等加工工序后，得到的再生骨料可取代部分或全部天然骨料用于混凝土的生產(chǎn)，再生骨料的利用對(duì)環(huán)境保護(hù)具有極大的意義，是混凝土行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一，具有極高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

現(xiàn)代城市的發(fā)展和建設(shè)中，由于路面混凝土的封閉性，自然降水無(wú)法滲入土壤，會(huì)造成一系列問(wèn)題，城市地下水位會(huì)因此持續(xù)降低，城市區(qū)域會(huì)形成熱島效應(yīng)，遇到強(qiáng)降水時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)澇。而透水混凝土在路面建設(shè)中的使用，可以很好的緩解這一問(wèn)題，降水可以滲入土壤從而進(jìn)入自然循環(huán)之中，利于改良城市生態(tài)環(huán)境[3-5]。國(guó)家在“海綿城市”的推廣建設(shè)中，會(huì)越來(lái)越多的進(jìn)行透水性鋪裝。

若能將再生骨料大量的用于透水混凝土的生產(chǎn)，既可消耗掉建筑垃圾，又可解決內(nèi)澇等問(wèn)題，實(shí)為一舉兩得，勢(shì)必取得更好的環(huán)境效益，使得城市建設(shè)更加的“綠色”。本研究從再生骨料的取代率出發(fā)，探究了利用再生骨料生產(chǎn)透水混凝土的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)原材料

1.1 水泥

實(shí)驗(yàn)選用了武漢地區(qū)生產(chǎn)的海螺牌普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5 MPa。表觀密度為3 080 kg/m3。其余各項(xiàng)指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 外加劑

實(shí)驗(yàn)所用外加劑為武漢源錦牌聚羧酸減水劑UJION-PC，固含量為10.2%。

1.3 骨料

骨料包括天然碎石和再生骨料，兩種骨料在經(jīng)過(guò)篩選后，都為5 mm～10 mm單粒級(jí)，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)如表1所示。

表1 骨料檢測(cè)結(jié)果

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 配合比設(shè)計(jì)

配合比的設(shè)計(jì)參考了CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程，預(yù)設(shè)樣品的孔隙率為20%。若骨料全為天然碎石，則每立方米透水混凝土中，水泥漿體體積Vp=0.432-0.20=0.232 m3。參考上述技術(shù)規(guī)程，將水灰比設(shè)定為W/C=0.30。

其中，mc為每立方米透水混凝土中水泥的用量，kg；ρc為水泥的表觀密度，kg/m3；mw為每立方米透水混凝土中水的用量，kg；ρw為水的密度，kg/m3。

計(jì)算可得基準(zhǔn)配合比，如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)配合比 kg/m3

經(jīng)過(guò)初步適配，全天然骨料時(shí)，當(dāng)外加劑摻量為1.2%，透水混凝土可達(dá)到較理想狀態(tài)，即具有金屬光澤，手捏聚攏成團(tuán)，掉落在地則松散開(kāi)來(lái)，漿體包裹均勻且不會(huì)流下。為研究再生骨料取代率對(duì)透水混凝土性能的影響，設(shè)置了1個(gè)對(duì)照組和5個(gè)實(shí)驗(yàn)組，再生骨料在總骨料中所占比例分別為0%，20%，40%，60%，80%，100%。由于天然骨料與再生骨料表觀密度和堆積密度都不相同，所以再生骨料的比例為體積分?jǐn)?shù)。各組配合比如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)配合比 kg/m3

2.2 樣品制備

透水混凝土有多種拌制工藝，本實(shí)驗(yàn)采用了水泥裹石法[6]，按照水、水泥、骨料的順序投料，研究表明該種方法可提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。在攪拌過(guò)程中，對(duì)外加劑用量進(jìn)行了微調(diào)，保證每一組的水灰比和出機(jī)狀態(tài)保持一致。攪拌完成后進(jìn)行試件的制作，試件有兩種規(guī)格，一種為100 mm立方體試塊，用來(lái)測(cè)量力學(xué)性能；另一種為φ100 mm×50 mm，用來(lái)測(cè)量透水系數(shù)。試塊在成型時(shí)進(jìn)行加壓處理，并保持加壓程度都相同，然后將試塊置于標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d。

2.3 數(shù)據(jù)檢測(cè)

養(yǎng)護(hù)完成后，對(duì)試件進(jìn)行了抗壓測(cè)試，得到各組數(shù)據(jù)見(jiàn)表4,其曲線關(guān)系見(jiàn)圖1～圖3。

2.3.1抗壓強(qiáng)度

表4 樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)

各組試件的設(shè)計(jì)孔隙率都相同,可認(rèn)為抗壓強(qiáng)度的不同都是由于再生骨料取代率這一變量所造成。從圖1中可以看出，抗壓強(qiáng)度隨著再生骨料取代率的升高，先降低后升高。當(dāng)取代率為100%時(shí)，強(qiáng)度降低不明顯，在取代率為60%時(shí)，強(qiáng)度最低。當(dāng)不同類型的骨料形成透水混凝土的骨架時(shí)，會(huì)導(dǎo)致漿骨界面和節(jié)點(diǎn)的削弱，從而使得強(qiáng)度降低[7]，而當(dāng)再生骨料取代率為100%時(shí)，漿骨界面和節(jié)點(diǎn)未被削弱，所以強(qiáng)度又會(huì)上升。從測(cè)試結(jié)果中也可以看出，全再生骨料試件的強(qiáng)度相比于全天然骨料試件下降并不多。

2.3.2透水系數(shù)

透水系數(shù)測(cè)試儀如圖4所示，先將φ100 mm×50 mm試件側(cè)面涂抹凡士林進(jìn)行封閉，再放入鋁制底座中進(jìn)行測(cè)試，所測(cè)試的數(shù)據(jù)為水面下降一定高度所用的時(shí)間，其物理意義是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)透水試塊的水量。結(jié)果顯示透水系數(shù)并無(wú)一定的規(guī)律性，隨機(jī)性較強(qiáng)，可見(jiàn)各組試件的總孔隙率雖然相同，但其中連通孔隙所占比例差別較大。透水系數(shù)的大小隨機(jī)性較強(qiáng)，與生產(chǎn)的控制密切相關(guān)。在測(cè)試過(guò)程中，觀感上各組試件的透水效果均良好，足以滿足實(shí)際透水鋪裝的要求。

2.3.3劈裂抗拉強(qiáng)度

各組試件的劈裂抗拉強(qiáng)度基本無(wú)太大差別，且與抗壓強(qiáng)度并無(wú)明顯相關(guān)性。有研究顯示，透水混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度與孔隙率的相關(guān)性較高[8]，在本實(shí)驗(yàn)中，各組試件孔隙率和骨料體積保持一致，單位體積的透水混凝土內(nèi)部，骨料間的膠結(jié)點(diǎn)數(shù)量基本相同，這可能是造成抗拉強(qiáng)度變化不大的原因。

3 分析及結(jié)論

1)當(dāng)骨料全為再生骨料時(shí)，強(qiáng)度降低并不明顯，在中等取代率時(shí)，強(qiáng)度降低反而較多。在生產(chǎn)中，可用再生骨料全取代天然骨料，在取得基本相當(dāng)強(qiáng)度的情況下，可以大大降低原材料成本。試塊在成型時(shí)，進(jìn)行了加壓處理，這一措施提高了透水混凝土的密實(shí)度[9]，顯著的提高了試件的強(qiáng)度，從理論上來(lái)說(shuō)，也會(huì)降低孔隙率，從而降低透水系數(shù)。2)透水系數(shù)取決于試件中連通孔隙的多少[10]。在透水混凝土的結(jié)構(gòu)中，不連通的封閉孔隙對(duì)透水能力無(wú)貢獻(xiàn)，只會(huì)起到降低強(qiáng)度的作用，但是在目前已有的生產(chǎn)工藝中，尚無(wú)有效降低封閉孔隙比例的方法。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的體現(xiàn)就是透水系數(shù)隨機(jī)性較大，無(wú)顯著規(guī)律。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格控制透水混凝土的出機(jī)狀態(tài)，防止因過(guò)于濕潤(rùn)的水泥漿體引起堵塞，而形成過(guò)多的封閉孔隙。3)再生骨料表面的舊有砂漿中，存在著大量的孔隙，其吸水率大大高于天然骨料[11]，在攪拌過(guò)程中，會(huì)多吸收部分拌和用水，導(dǎo)致參加水化反應(yīng)的水減少，另一方面，由于透水混凝土孔隙率高，在水化反應(yīng)過(guò)程中，水泥漿體與空氣的接觸面積非常大，水分蒸發(fā)大大加快，由于水灰比本身就較低，可能會(huì)導(dǎo)致水泥的水化反應(yīng)不完全，從而影響強(qiáng)度，這些都有待于進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn):

[1] 胡幼奕.建筑廢棄混凝土再生利用成為砂石骨料行業(yè)的使命[J].混凝土世界,2015(8):22-29.

[2] 宋小瑛.建筑廢物的資源化與循環(huán)利用迫在眉睫[J].混凝土世界,2013(7)：44-46.

[3] 孟宏睿，陳麗紅，薛麗皎.透水混凝土的配制[J].建筑技術(shù)，2005，36(1)：29-31.

[4] 徐仁崇.不同成型方法對(duì)透水混凝土性能的影響研究[J].混凝土，2011(11)：129-131.

[5] 馮月月.多孔海綿水泥混凝土路用性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2013:1-3.

[6] 王玲玲.制備工藝對(duì)再生混凝土耐久性影響研究[J].混凝土，2012(11)：142-144.

[7] 呂京錄，陳靜茹，趙鐵軍，等.再生粗骨料取代率對(duì)植生型透水混凝土性能的影響[J].混凝土與水泥制品，2017(5)：84-87.

[8] 宋中南，石云興.透水混凝土及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[9] 吳 冬，劉 霞，吳小強(qiáng)，等.成型方式和砂率對(duì)透水混凝土性能的影響[J].混凝土，2009(5)：100-102.

[10] 張 娜.透水混凝土堵塞機(jī)理試驗(yàn)研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，2014:3-7.

[11] 霍洪媛.不同強(qiáng)度等級(jí)的再生骨料對(duì)再生混凝土基本力學(xué)性能影響[J].混凝土,2017(2)，60-65.