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關于利用再生骨料制備透水混凝土試驗研究結論

　　隨著我國城鎮化進程的發展，建筑垃圾排放量逐年增長，可再生組分比例也不斷提高。然而，大部分建筑垃圾未經任何處理，被運往郊外或城市周邊進行簡單填埋或露天堆存，這不僅浪費了土地和資源，還污染了環境;另一方面，隨著人口的日益增多，建筑業對砂石骨料的需求量不斷增長。長期以來，由于砂石骨料來源廣泛易得，價格低廉，被認為是取之不盡、用之不竭的原材料而被隨意開采，從而導致資源枯竭、山體滑坡、河床改道，嚴重破壞了自然環境。生產和利用建筑垃圾再生骨料對于節約資源、保護環境和實現建筑業的可持續發展具有重要意義。

在我國，建筑垃圾再生骨料主要用于取代天然骨料來配制普通混凝土或普通砂漿，或者作為原材料用于生產非燒結砌塊或非燒結磚。采用建筑垃圾再生骨料部分取代或全部取代天然骨料配制混凝土和砂漿已經在很多工程中得以成功應用，有些商品混凝土攪拌站已經專設儲存庫將建筑垃圾再生骨料作為一種原材料；利用建筑垃圾再生骨料生產非燒結砌塊和非燒結磚能夠消納更多的建筑垃圾，是目前我國建筑垃圾資源化利用的重要途徑。

利用再生骨料制備透水混凝土，具有良好的生態效應和社會效益。試驗采用附加水量法，按不同凈漿水灰比及凈漿對骨料空隙的填隙系數配制一系列試樣，觀察無砂透水混凝土試樣的積漿情況并測試抗壓強度。試驗發現，凈漿水灰比偏大時易造成透水混凝土積漿堵孔，水灰比偏小時則成型效果差，兩種情況均對強度不利。透水混凝土屬于骨架空隙結構，強度與灰水比的關系不符合鮑羅米公式。在不積漿條件下，凈漿強度與流動性矛盾達到平衡時的水灰比為最佳水灰比（約0.30），此時試樣不易積漿且強度達到最高（10.2MPa）。透水平衡時，每平方米地面透水流量將近0.3m3/min，將在海綿城市系統中發揮很好的調蓄作用。


引言

現代化城市地表過度硬化，引起了嚴重的生態問題。每逢大雨，全國各大城市紛紛出現市內“觀海”景象。城市內澇的直接原因是排水設施能力不足、溝渠清淤不到位及常規的硬化地面失去了對雨水的調蓄作用。無砂混凝土不含細骨料，僅包括膠材、粗骨料、拌合水和外加劑等組分。無砂混凝土中膠材僅起粘結作用，同時保留較多的透水孔隙，從而形成多孔結構，具有保溫、透氣和透水性能，是透水混凝土的不二選項。透水混凝土符合我國建設海綿城市的需要，將降雨蓄集利用，既補給了地下水又緩解了城區排水困難問題。舊建筑物拆除量增多，出現大量廢棄混凝土，我國建筑垃圾利用率仍處于較低水平。廢棄混凝土經破碎可加工成再生骨料，但再生骨料強度一般較低，而透水混凝土由于許多大孔的存在也導致材料強度很低。因此，利用再生骨料制備透水混凝土在力學性能方面具有適用性。用再生骨料制備透水混凝土，一舉兩得。

1 試驗原材料與方法

1.1 原材料

（1）水泥為P·O42.5普通硅酸鹽水泥，28d實測抗壓強度45.1MPa。

（2）再生粗骨料是用廢棄混凝土塊經破碎機簡單破碎制得，顆粒粒徑介于5~16mm，攪拌過程中（約5~10min）的吸水率為2.86%，表觀密度2300kg/m3，緊密堆積密度1380kg/m3。再生粗骨料的級配曲線見圖1。

 

▲ 圖 1 再生粗骨料級配曲線

1.2 試驗配合比及試驗方法

?取粗骨料間的緊密系數為0.97，在次緊密堆積狀態下空隙率為42%，記凈漿用水量為W0，水泥用量為C，吸入粗骨料顆粒內的附加水量為W1，每立方米拌和物中粗骨料顆粒間的空隙體積為Vo，則凈漿體積Vp=Vc+Vw0，凈漿體積占粗骨料空隙體積之比本文稱為填隙系數，即k=Vp/Vo．試驗按凈漿水灰比W0/C=0.2~0.5以及填隙系數k=0.2~0.5，設計一系列配合比進行試拌。在試拌過程中邊攪拌、邊加水、邊觀察凈漿稠度，當目測凈漿泛光時停止加剩余的水，如果達不到泛光程度再補充少許水量，整理后的試驗配合比見表1。成型拆模后觀察試件底部及側面是否積漿，標準養護至7d和28d 齡期，參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測定抗壓強度。

2 結果與討論

2.1 透水混凝土的強度與積漿情況

試件強度與積漿情況見表1，28d強度與C/W0關系如圖2所示。在圖2中，曲線左上方試驗點均存在積漿現象；曲線下方的若干試驗點屬于漿量不足，強度沒有達到最優。不積漿并且強度相對較高的試樣連接成曲線，從連接線的形狀來看，透水混凝土強度與C/W0不成線性關系，說明透水混凝土的強度并不符合鮑羅米公式表述的規律，而存在最佳灰水比。

 

▲ 圖 2   不同灰水比時積漿情況和抗壓強度

用凈漿水灰比(W0/C)作橫軸時，強度與水灰比的關系見圖3，W0/C≈0.40的試樣多數積漿；試件底部存在一定面積的堵孔現象，W0/C≈0.50的試樣積漿嚴重，底面全部堵實并且積漿層厚度較大。曲線下方的試樣屬于漿量不足的情況，粗骨料顆粒間粘結面積較小，強度相對較低。W0/C≈0.30時，如果漿量合理，透水混凝土強度可達最高（10.2MPa），即凈漿最佳水灰比在0.30左右。

表 1   透水混凝土配合比與試驗結果

 

▲ 圖 3  不同水灰比時積漿情況和抗壓強度
 

在水灰比一定的條件下，填隙系數k對透水混凝土強度的影響如圖4所示。水灰比一定時，透水混凝土的28d強度隨著填隙系數k的增加而增加。圖中W0/C分別為0.40、0.30和0.25時，隨著水灰比的減小，趨勢線的斜率增大，也就是說水灰比影響著強度對填隙系數的敏感性。

當填隙系數均為k=0.32時，W0/C≈0.40和W0/C≈0.25時的強度均低于W0/C≈0.30時的強度；在試驗范圍內W0/C≈0.30趨勢線整體位于另外兩條趨勢線（及延長線）之上，即對于強度而言最佳水灰比約為0.30。

 

▲ 圖 4   填隙系數k對透水混凝土強度的影響

2.2 透水混凝土的透水性

試驗制備的透水混凝土具有良好透水性（如圖5所示）。為了量化表征透水混凝土的透水性，本文采用透水平衡時單位面積透水流量（簡稱透水流量）來表示透水混凝土的透水性。

 

▲ 圖 5   透水混凝土試件的透水性

對于強度和填隙系數接近最佳值的代表性試件（A4），經測試，其單位面積透水流量為294 L/(m2·min)。這意味著，每平方米透水混凝土地面，可透水將近0.3m3/min，在土壤飽和之前很難造成地面積水，從而可緩解路面排水困難的問題。

3 結論

（1）在設計再生骨料透水混凝土配合比時，宜采用附加水量法，凈漿稠度以達到目測泛光為宜，以免積漿堵孔。

（2）透水混凝土的強度不符合鮑羅米公式，凈漿水灰比取0.30左右較合理，如果取值偏大，則因凈漿流動性過大而造成積漿堵孔，嚴重影響混凝土的透水性；如果取值偏小，則凈漿對骨料粘結不良，成型效果差，透水混凝土的強度不足。

（3）水灰比一定時，隨著凈漿對骨料間空隙填充程度的增加，透水混凝土抗壓強度隨之增大，且在試驗范圍內，水灰比減小能夠增大強度對填隙系數的敏感度。

（4）作透水用途的無砂混凝土屬于骨架空隙結構，水灰比的減小使凈漿強度增加；水灰比的適量增大使凈漿流動性增加，也就改善了粘結效果，有利于提高透水混凝土的強度。在不積漿條件下，凈漿強度與流動性矛盾達到平衡時的水灰比為最佳水灰比。

（5）水灰比和填隙系數都接近最優時，透水混凝土每平方米透水流量將近0.3m3/min，若用于城市地面或路面，將能很好地解決雨天積水問題。