再生骨料透水混凝土基本性能的研究

韓慧穎 李炳林 閆曉敏

摘要：為了明晰再生骨料摻率對再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度及孔隙率的影響，設(shè)計了6種再生骨料摻率方案（0%、10%、20%、30%、50%、100%），進(jìn)行研究，并對再生骨料摻率與孔隙率之間進(jìn)行線性擬合，試驗結(jié)果表明，再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度與孔隙率能夠滿足要求，當(dāng)再生骨料摻率為20%時，再生骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度最大，為17.7MPa。

Abstract： In order to clarify the effect of the proportion of recycled aggregate on the compressive strength and water permeability of pervious recycled aggregate concrete， six mixing rate（0%， 10%， 20%， 30%， 50% and 100%） of recycled aggregate were designed for study，and the linear fitting between recycled aggregate mixing rate and porosity， compressive strength and water permeability was performed， test results show that the compressive strength and water permeability of pervious recycled aggregate concrete can meet the requirements， and when the proportion of recycled aggregate is 20%， the compressive strength of pervious recycled aggregate concrete is the largest， is 17.7MPa.

關(guān)鍵詞：再生骨料;透水混凝土;抗壓強(qiáng)度;孔隙率

Key words： recycled aggregate;permeable concrete;compressive strength;porosity

中圖分類號：TU528.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）34-0144-03

0? 引言

在城市的快速發(fā)展中，傳統(tǒng)混凝土路面所引起的城市內(nèi)澇、熱島效應(yīng)、透水性差等弊端日趨明顯，鑒于此，國內(nèi)外研究學(xué)者在再生混凝土的基礎(chǔ)上提出了再生骨料透水混凝土（Pervious Recycled Aggregate Concrete，以下簡稱PRAC），再生骨料透水混凝土在環(huán)境和生態(tài)方面具有諸多優(yōu)點，例如，下雨時，雨水可以通過它自身的孔隙回滲地下，促進(jìn)地表水及地下水循環(huán)利用的同時，也減少了城市內(nèi)澇的概率;由于它自身的多孔性，在喧嘩的城市道路上鋪設(shè)可以起到消音減噪作用。為了使再生骨料透水混凝土得到廣泛的應(yīng)用，在國外，Silva[1]等、Akbarnezhad[2]等對再生骨料透水混凝土的強(qiáng)度與天然骨料透水混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，28d再生骨料透水混凝土強(qiáng)度低于天然骨料透水混凝土強(qiáng)度。Sagoe-Crentsil[3]等認(rèn)為再生骨料透水混凝土與天然骨料透水混凝土強(qiáng)度并無差異，在國內(nèi)，劉榮桂[4]等對再生骨料進(jìn)行了改性研究，配制出28d強(qiáng)度高達(dá)18.8MPa 的再生骨料透水混凝土，王瓊[5]等對再生骨料透水混凝土進(jìn)行配合比優(yōu)化設(shè)計，尋求強(qiáng)度和透水性的合理平衡點，雖然國內(nèi)學(xué)者在再生骨料透水混凝土的研究上各持己見，但卻在一步步的推動著其更深入的發(fā)展，由于國內(nèi)外學(xué)者并沒有系統(tǒng)的研究再生骨料在透水混凝土中摻率與強(qiáng)度及透水的關(guān)系，為此，將廢棄的C30混凝土路面經(jīng)顎式破碎機(jī)及人工篩分獲取再生骨料，展開再生骨料摻率對透水混凝土強(qiáng)度及透水性的影響，為建筑垃圾在再生骨料透水混凝土的應(yīng)用提供借鑒。

1? 試驗概況

1.1 原材料

水泥：選用PO·42.5紅星牌普通硅酸鹽水泥。

水：鄭州市自來水。

粗骨料：天然粗骨料采用粒徑4.75-9.5mm的天然碎石。再生骨料利用廢棄C30混凝土路面，經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎，人工篩分，采用粒徑為4.75-9.5mm再生骨料。其性能指標(biāo)見表1，根據(jù)規(guī)范[6-7]，其性能指標(biāo)符合Ⅱ類用石要求。

減水劑：萘系高效減水劑。

1.2 配合比設(shè)計

再生骨料透水混凝土是以骨料間的點膠結(jié)數(shù)量及水泥漿體的包裹厚度來決定其強(qiáng)度和透水性能，為了使配合比設(shè)計的更加合理，同時滿足強(qiáng)度和透水性能，參考相關(guān)研究[8-10]，選定水灰比0.3，采用體積法[11]進(jìn)行配合比設(shè)計，再生骨料替代率分別選取0%、10%、20%、30%、50%、100%，分別記為PNAC0、PRAC10、PRAC20、PRAC30、PRAC50、PRAC100，配合比設(shè)計詳見表2。

1.3 試驗方法

再生骨料透水混凝土采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制，1d后脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)，養(yǎng)護(hù)至28d。依據(jù)規(guī)范[12]，采用YAW6506型微機(jī)控制電液伺服壓力試驗機(jī)對再生骨料透水混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。

2? 試驗結(jié)果與分析

2.1 再生骨料摻量對抗壓強(qiáng)度的影響

再生骨料透水混凝土是以骨料間點膠結(jié)的方式來形成骨架結(jié)構(gòu)，抗壓強(qiáng)度的大小主要取決于點接觸的數(shù)量。圖1為再生骨料摻率對再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響趨勢，抗壓強(qiáng)度整體上隨著再生骨料摻率的摻率先提高后降低。當(dāng)再生骨料摻率為0%，即全部為天然骨料時，抗壓強(qiáng)度為14.9MPa，隨著再生骨料摻率的增加，當(dāng)摻率為20%時，再生骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度最大，為17.7 MPa，較摻率為0%的再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度增加了19%，這是由于，一方面再生骨料表面比較粗糙，多棱角，骨料間點接觸增多，由圖2再生骨料摻率與再生骨料透水混凝土密度關(guān)系圖中可知，當(dāng)再生骨料摻率為20%密度最大，即骨料間點接觸增多，使得再生骨料透水混凝土更加密實;其次，由表1可知，再生骨料吸水率是天然骨料的14倍，在后期水泥的水化反應(yīng)中起到了內(nèi)養(yǎng)護(hù)[13]的作用，另一方面天然骨料的含泥量是再生骨料含泥量的4倍，在一定程度上也影響了其抗壓強(qiáng)度。當(dāng)再生骨料的摻率超過20%，抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢，當(dāng)摻率為100%，抗壓強(qiáng)度為12.5MPa，較摻率為0%的再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度降低了19.2%，這主要由再生骨料本身性質(zhì)所決定的，再生骨料是由機(jī)械破碎，經(jīng)人工篩分后利用，再生骨料自身被一層水泥砂漿所包裹，機(jī)械破碎會使骨料表面的水泥砂漿產(chǎn)生微裂縫，使骨料與老水泥砂漿間產(chǎn)生弱結(jié)合面，再者，由表1可知，再生骨料的壓碎指標(biāo)高于天然骨料，這也間接的表明再生骨料性質(zhì)較差。

2.2 再生骨料摻率與孔隙率

圖3為再生骨料摻率與孔隙率關(guān)系圖，本次試驗測得再生骨料透水混凝土孔隙率的范圍為17%-24%，滿足規(guī)范[14]及Tennis[15]等學(xué)者推薦的再生骨料透水混凝土孔隙率范圍。通過對再生骨料摻率與孔隙率之間進(jìn)行線性擬合，可得再生骨料摻率與孔隙率之間的關(guān)系式為y=0.05*x+19.20，其關(guān)系基本滿足正相關(guān)關(guān)系，這與Güneyisi[16]等人、Omary[17]等人的研究一致，即隨著再生骨料摻率的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率增大。

3? 結(jié)論

本文通過對廢棄C30混凝土路面經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎及人工篩分制備再生骨料透水混凝土，研究了再生骨料摻量對再生骨料透水混凝土強(qiáng)度及孔隙率的影響，主要結(jié)論如下：

①隨著再生骨料摻率的增加，再生骨料透水混凝土的密度先增加后減小，在摻率為20%時，密度最大為1890kg/m3，此時骨料間的點接觸數(shù)量最多。

②再生骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著摻率的增加，先增大后減小，凝土的當(dāng)再生骨料摻率為20%時，再生骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度最大，為17.7MPa。

③通過對再生骨料摻率與孔隙率之間進(jìn)行線性擬合，可知，再生骨料摻率與孔隙率之間呈正相關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Silva R V， Brito J D， Dhir R K. The influence of the use of recycled aggregates on the compressive strength of concrete： a review[J]. Revue ■ Civil， 2015， 19（7）：825-849.

[2]Akbarnezhad A， Ong K C G， Zhang M H， et al. Microwave-assisted beneficiation of recycled concrete aggregates[J]. Construction & Building Materials， 2011， 25（8）：3469-3479.

[3]Sagoe-Crentsil K K， Brown T， Taylor A H. Performance of concrete made with commercially produced coarse recycled concrete aggregate[J]. Cement & Concrete Research， 2001， 31（5）：707-712.

[4]劉榮桂，張瑤，徐榮進(jìn)，等.再生透水型生態(tài)混凝土試驗研究[J].混凝土，2012（7）：89-92.

[5]王瓊，嚴(yán)捍東.再生骨料透水性混凝土初步研究[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報（自科版），2004，24（1）：32-38.

[6]周文娟，陳家瓏，李飛，等.《建設(shè)用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）修訂解析[J].建筑技術(shù)，2012，43（7）：588-590.

[7]GB/T 25177-2010，混凝土用再生粗骨料[S].

[8]張浩博，杜曉青，寇佳亮，等.再生骨料透水混凝土抗壓性能及透水性能試驗研究[J].實驗力學(xué)，2017，32（2）：247-256.

[9]王軍強(qiáng).再生骨料透水混凝土的強(qiáng)度和透水性能試驗研究[J].結(jié)構(gòu)工程師，2015（4）：167-171.

[10]Sriravindrarajah R， Wang N D H， Lai J W E. Mix Design for Pervious Recycled Aggregate Concrete[J]. International Journal of Concrete Structures & Materials， 2012， 6（4）：239-246.

[11]江蘇省建工集團(tuán)有限公司.透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程[M].中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[12]中華人民共和國建設(shè)部批準(zhǔn).普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[M].中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[13]肖建莊，李佳彬，孫振平，等.再生混凝土的抗壓強(qiáng)度研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，32（12）：1558-1561.

[14]ACI committee 522， pervious concrete， Report no. 522R-10， American ConcreteInstitute， Detroit， USA; 2010. p.38.

[15]Tennis P D， Leming M L， Akers D J. Pervious Concrete Pavements[J]. Detention Basins， 2004.

[16]Güneyisi E， M， Kareem Q， et al. Effect of different substitution of natural aggregate by recycled aggregate on performance characteristics of pervious concrete[J]. Materials & Structures， 2016， 49（1-2）：521-536.

[17]Omary S， Ghorbel E， Wardeh G. Relationships between recycled concrete aggregates characteristics and recycled aggregates concretes properties[J]. Construction & Building Materials， 2016， 108：163-174.