透水性再生混凝土的特性及工藝研究

廖應先

(湖南路橋建設集團有限責任公司， 湖南 長沙　410004)

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透水性再生混凝土的特性及工藝研究

廖應先

(湖南路橋建設集團有限責任公司， 湖南 長沙410004)

摘要：提出了透水性再生混凝土極限強度的試驗檢測方法和評價方法，對透水性再生混凝土的相關性能進行了分析，介紹了透水性再生混凝土進行外觀設計，并用浸漬工藝，成功研制出美觀、耐久的彩色透水性多功能再生混凝土。

關鍵詞：透水性再生混凝土； 極限強度； 浸漬工藝

0引言

歐洲共同體目前廢棄的混凝土約占其總生產的3%～7%，大約百萬余噸每年成為廢氣物被埋填[1]；美國每年大約有6.0×107t廢棄混凝土；日本每年約有1.6×107t廢棄混凝土?？蔀槿祟悩嬙焓孢m的生活環(huán)境。此外，由于我國硬化地面面積快速增加，導致地下水資源得不到有效補充，作為一個水資源短缺的國家，發(fā)展透水路面材料有利于水土保持。由此可見，透水性再生混凝土具有明顯的經濟和社會效益，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，符合節(jié)能減排、循環(huán)利用、珍惜能源等可持續(xù)發(fā)展的理念。

在這種大背景之下，對廢棄混凝土進行回收及再生工作變得很關鍵。本文研究再生混凝土的相關性能及加工工藝發(fā)現(xiàn)，廢棄混凝土在進行回收再生之后，不僅能夠滿足相關的力學性能，還具備環(huán)保、經濟和美觀等效果。

1透水性再生混凝土特性研究

廢棄混凝土對環(huán)境和能源帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，世界各國都在研究廢棄混凝土的處理問題，而在這個問題上，廢棄混凝土的再生無疑成了一個很好的方式。目前，對透水性再生混凝土的性能研究主要有以下幾個方面。

1.1再生混凝土透水性能研究

透水性與混凝土內部貫通的孔道有關，并且隨著孔隙率的增大而增大[2]。經過大量實驗，以氣象上達到特大暴雨降水量時仍不積水作為設計計算的技術依據，提出當混凝土的孔隙率在15%以上時滿足透水性要求[3]。減少細集料的摻入可有效提高其透水性能。值得注意的是，雖然稠度較低的膠結漿體可以使得混凝土的和易性更好，但如果膠結漿體的稠度過低則極易造成流漿[4]。

1.2再生混凝土的力學性能研究

除了影響普通混凝土強度的因素一般也同作用于再生混凝土外，透水性再生混凝土的強度特性還包括：同強度等級的再生骨料混凝土的強度低于同強度等級的天然骨料混凝土[5]；隨著原生混凝土強度降低，再生混凝土的強度呈下降趨勢，且配制的再生混凝土的強度越高，原生混凝土對再生混凝土的強度影響越大[6]；提高透水混凝土強度一般采用摻加適量細集料以擴大粗集料之間的黏結面積，或者添加適量膠粉增大黏度兩種方法，使粗集料之間的黏結力變大，提高黏結強度，從而增加透水混凝土強度的機理[7]。

2透水性再生混凝土工藝研究

根據前面對透水性再生混凝土的研究，可以看出透水性再生混凝土工藝的主要技術瓶頸在骨料加工工藝，透水性再生混凝土制備工藝和強度指標以及透水性再生混凝土的應用這三個方面，針對這三個方面這里提出了改進和創(chuàng)新，優(yōu)化透水性再生混凝土的實際應用和生態(tài)環(huán)保方面水平。

2.1骨料加工工藝的改進

2.1.1傳統(tǒng)再生骨料的加工工藝

傳統(tǒng)再生骨料生產工藝流程大體可分為三個階段，如圖1所示。

圖1　傳統(tǒng)的再生骨料加工方法

2.1.2新型再生骨料生產裝置

對于傳統(tǒng)的處理方法大都是利用物料之間碰撞和相互摩擦來達到目的，當物料在高速飛轉的飛輪的帶動下，很容易產生內傷，使得回收的骨料在再次使用時達不到某些指標，特別是強度方面的指標。同時所涉及的工藝復雜、設備龐大、動力消耗大、設備磨損大。為保證所回收的骨料沒有損傷，設計了一種混凝土骨料再生的以實現(xiàn)機械設備靜力作用下的骨料物理碾磨，克服傳統(tǒng)加工工藝的不足。如圖2。

圖2　改進后的再生骨料加工設備

該設備原理是通過電動機的帶動，輥軸表面上的凸塊結構帶動碾磨腔內的物料互相運動，結合與筒內表面耐磨片的摩擦作用，加上變徑圓錐輥軸形成瓶頸作用，使得物料再次被擠壓、碾磨。這些設計特點，既能保證物料表面的砂漿和棱角被去掉，又能滿足粒徑的要求，同時又不損傷被處理的骨料，從而實現(xiàn)骨料的回收再利用。

綜上所述，本設備結構設計合理，實用性很強，能很好的解決骨料產生很大內傷的問題，從而保證骨料在再次使用時不因強度不夠而導致承載力發(fā)生破壞。此外，本設備的碾磨裝置和篩分裝置可安裝在一個可移動的支架上，實現(xiàn)可移動混凝土粗骨料的再生。

2.2透水性再生混凝土工藝優(yōu)化和極限強度測試

2.2.1傳統(tǒng)再生混凝土制備和極限強度研究亟待解決的問題

對連通孔隙率有一定要求的透水性再生混凝土的強度來自于集料之間的相互擠嵌和膠凝材料的強度，且一般選擇使用水泥作為主要膠凝材料。對于傳統(tǒng)再生混凝土，通過周勇[9]關于無砂透水性再生混凝土試驗研究發(fā)現(xiàn)，采用C42.5硅酸鹽水泥制備透水性再生混凝土時，再生混凝土的破壞界面一般在硬化后的水泥漿體與集料的界面上，也有破壞界面發(fā)生在硬化后的水泥漿體上，發(fā)生在集料顆粒內部的極少，這說明一方面集料本身的強度相對于硬化后的水泥漿體而言較高，另一方面水泥漿與再生集料的接觸面不能形成有效的強度。水泥漿體的強度與生產工藝和養(yǎng)護條件有關，單純提升使用的水泥強度等級并不能保證硬化后的水泥漿強度遠高于集料的強度，更無法解決與再生集料難以形成牢固的接觸面這個問題。

2.2.2引入新材料，探索解決問題的方案

針對傳統(tǒng)的透水性混凝土的制備過程中出現(xiàn)的再生混凝土破壞發(fā)生在硬化后的水泥漿體與集料的界面上的問題，這里引入一種具有極高強度和極強粘聚力的材料作為骨料的膠凝材料，在此前提下，假設此種膠凝材料的力學特性是無限大的，混凝土的強度由骨料提供，即利用此種膠凝材料制作的某型號再生骨料透水混凝土的抗壓強度即為此種再生骨料的極限強度。

通過對大量的膠凝材料做分析和比較，最終發(fā)現(xiàn)廣泛應用于修補、加固、粘結混凝土結構的環(huán)氧樹脂在強度和對混凝土粘結力方面具有十分優(yōu)異的性能。

環(huán)氧樹脂固化后顯出強度高，粘結力大，收縮性小及化學穩(wěn)定性好等特點，是用來探索透水性再生混凝土強度極限的理想材料。所以，此工藝使用環(huán)氧樹脂作為膠凝材料測試透水性再生混凝土的極限強度。根據此工藝和強度測試方法制備混凝土，然后對制備的混凝土(圖3)行力學性能、透水性能進行測試，實驗結果如下：

圖3　試制的高強透水性再生混凝土

1) 力學性能。

力學特性測試結果如表1所示。

表1 試制的高強透水性再生混凝土強度測試結果養(yǎng)護時間/d抗壓強度/MPa抗折強度/MPa718.432.232826.373.37

2) 透水系數。

根據周勇得出的透水混凝土透水系數K計算公式(1)：

K=-3.814 2+0.978 75Po-0.012 21Po2

(1)

式中：Po表示孔隙率，%。

計算得：K=8.30。

將水灌注到試件上表面，在無四周滲出的情況下，水從試件下底部迅速滲出。

綜上所述，制備的透水性再生混凝土抗壓強度在26 MPa以上，抗折強度接近3.4 MPa，透水系數8.30的高強透水性再生混凝土，足以滿足人行路面和停車場地面的鋪裝要求。

2.3優(yōu)化外觀設計工藝

2.3.1目前彩色透水混凝土磚的制作工藝

目前的彩色混凝土磚都是采取在水泥中添加著色劑的方法制作磚的面層，用普通混凝土制作磚的基層，兩者形成復合結構。

傳統(tǒng)的彩色混凝土磚的制作工藝(圖4)，在水泥漿體中摻入一定比例的藍、綠等顏料，但結果并不理想，成品色彩黯淡，與未添加顏色的透水性再生混凝土顏色并無明顯區(qū)別。通過實驗，加大顏料的比例，發(fā)現(xiàn)透水性再生混凝土材料對著色劑比

圖4　傳統(tǒng)彩色混凝土磚制作工藝

較敏感，其強度易受其中化學成分的影響。

2.3.2使用浸漬方法，優(yōu)化外觀設計工藝

浸漬的方法，選擇具有較高耐磨性能和顏色光鮮的墻面漆材料作為著色劑，將透水性再生混凝土試件浸漬在著色溶劑中10 s后迅速取出過濾晾干。此種方法色彩附著度較好，顏色飽滿鮮艷，使原本色彩黯淡、單一的混凝土塊煥然一新，同時克服了傳統(tǒng)工藝色彩黯淡，強度受影響等方面的缺陷。如圖5。

圖5　浸漬后的透水性再生混凝土試件

2.3.3彩色透水性再生混凝土實際應用的優(yōu)點

彩色透水性混凝土在實際應用中有極大的優(yōu)勢，現(xiàn)在的城市建設越來越關注資源節(jié)約和環(huán)境友好，彩色透水性再生混凝土的主要特點就是環(huán)保、經濟和美觀。

1) 較強的透水、排水和貯存功能。

經過浸漬的透水性再生混凝土的孔隙率很大，浸漬后迅速濾干的混凝土試件同樣保持了一定的聯(lián)通孔道，并未產生可能的孔隙完全堵塞情況[8]，經過試驗，仍然能夠迅速排出澆灌在其上的水。由此可見，其透水性能符合要求，應用于實際工程中，有較強的透水、排水以及儲水能力，同時能解決普通混凝土由于透水性、透氣性帶來的負面影響。

2) 熱環(huán)境緩解效果。

3) 降低噪音功能。

表2為某多孔混凝土鋪路工程(厚度為20 cm)的噪音測定結果[9]，由表2中數據可知彩色透水性混凝土具有和排水性瀝青鋪路工程一樣的降低噪音的功能，而且粗骨料粒徑越小，降低噪音的效果越大。

除以上幾點之外，與同類透水混凝土產品相比較，由于再生骨料幾乎是零成本，透水性再生混凝土可以極大地發(fā)揮其經濟效益，可廣泛適用于廣場、停車場、人行步道等城市公共建設[10]。同時時尚、美觀、色彩豐富，符合人們的審美，可廣泛應用于城市道路、景觀的美化。

表2 多孔混凝土噪音測定結果類別粒徑/mm現(xiàn)場浸水量/(mL·(15s)-1)噪音水平/dB多孔混凝土13134971.55124364.7多孔瀝青混凝土20121570.613126369.5

3結論

因我國對透水性再生混凝土的研究起步較晚，本文只是對其開展了一些初步的理論試驗研究，離它的實際應用還有較大距離。下一步可以進行的相關研究有：墻漆浸漬工藝的色彩耐久性問題。完善透水混凝土極限抗壓強度理論，研究透水混凝土極限抗剪強度理論，極限抗壓、抗剪強度之間的聯(lián)系，形成系統(tǒng)的透水混凝土極限強度研究理論。研究針對不同強度骨料的普通水泥透水混凝土所能達到強度，提出當水泥透水混凝土達到極限強度時的配合比設計方法和施工技術方法，提出相應的技術參數及評價方法并形成規(guī)范。

參考文獻：

[1] 周勇.無砂透水性再生混凝土試驗研究[D].長沙：長沙理工大學，2009.

[2] 楊楊，程娟，郭向陽.關于透水混凝土的孔隙率與透水系數關系的探討[J].混凝土與水泥制品，2007(4).

[3] 朱效榮，孫輝，焦亞明.定量預留貫通孔隙透水混凝土設計方法研究[J].混凝土，2009(7).

[4] 史文元，盧藥增.高性能再生骨料混凝土力學性能研究[J].科技資訊，2008(14).

[5] 陳瑩，嚴捍東.再生骨料基本性質及對混凝土性能影響的研究[J].再生資源研究，2003(6).

[6] M.Tavakoli and P.Soroushian.Strengths of recycled aggregate concrete made using field-demolished concrete as aggregate [J] .ACI Materials Journal，1996，93(2).

[7] 朱效榮，孫輝，焦亞明.定量預留貫通孔隙透水混凝土設計方法研究[J].混凝土，2009(7).

[8] 李九蘇，基于活性粉末增強的混凝土再生利用技術研究[D].長沙：湖南大學，2009.

[9] 雷麗恒，透水性道路用生態(tài)混凝土性能的試驗研究[D].南京：江蘇大學，2007.

[10] 耿健，孫家瑛，莫立偉，等.再生細骨料及其混凝土的微觀結構特征[J].土木建筑與環(huán)境工程，2013(4).

文章編號：1008-844X(2016)02-0086-04

收稿日期:2015-10-24

作者簡介:廖應先( 1976-) ，女，工程師，研究方向: 公路與橋梁。

中圖分類號：U 414

文獻標識碼：A