以破碎混凝土為骨料的透水混凝土性能研究

史順才 候海濤 陶桂東

【摘要】透水型生態(tài)混凝土是由單一粒徑的粗骨料、水泥、添加劑、少量細(xì)骨料和水進(jìn)行攪拌、加固及養(yǎng)護(hù)后，呈米花糖狀并具有間隙的混凝土。為了保證透水性混凝土的強(qiáng)度及透水功能，粗骨料通常采用粒徑較小的單一粒徑，比較集中的集料制備的混凝土有利于提高空隙率和孔隙率的尺寸及連同程度。相關(guān)的學(xué)者對其各因素對再生混凝土各性能指標(biāo)的影響、再生透水混凝土中再生粗骨料的摻量問題以及再生透水混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究。雖然對于各種成型工藝之間的對比和添加劑的影響因素都有涉及，而且都是利用現(xiàn)成的材料制作，但卻沒有考慮過更加環(huán)保的方式。本次研究采用了民宅廢棄混凝土塊破碎后作為再生粗骨料，選用不同粒徑的再生粗骨料做出的再生透水混凝土加入SR-02透水水泥混凝土增強(qiáng)劑提高其強(qiáng)度，改善性能，綠色環(huán)保，為再生透水混凝土的施工和研究提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】透水混凝土；強(qiáng)度；增強(qiáng)料；透水系數(shù)

一、實(shí)驗(yàn)材料及方法

（一）原材料

（1）水：自來水；（2）水泥：P.C42.5復(fù)合硅酸鹽水泥，28d抗壓和劈拉強(qiáng)度為49.6MPa、8.6MPa；（3）天然粗骨料（NaturalCoarseAggregate，NCA）：粒徑為9.5-19.0mm的碎石，各項(xiàng)指標(biāo)滿足GB/T251772010、JGJ/T2402011；（4）再生粗骨料（RecycledCoarseAggregate，RCA）：選用廢棄路面素混凝土塊，經(jīng)人工錘石和采用Y132S-4型顎式破碎機(jī)破碎，后篩選出粒徑為9.5-19.0mm和4.75-9.5mm兩種粒級的再生粗骨料。粒徑為9.5-19.0mm的RCA的表觀密度和堆積密度比NCA低，含水率和壓碎指標(biāo)高于NCA，其中10min和24h吸水率是NCA的4倍以上，與現(xiàn)有研究一致。由于再生骨料經(jīng)破碎篩分得到，表面并未有太多的雜質(zhì)，只有一層穩(wěn)定的水泥砂漿，因此RCA的含泥量要比NCA略低，但堅(jiān)固性不如NCA。再生骨料的各種性能指標(biāo)符合CJJ/T2532016要求，可以用作再生透水混凝土的制備。

（二）配合比

為研究再生骨料替代率與雙粒級對再生透水混凝土（Recycledperviousconcrete，RPC）性能的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)兩個(gè)系列。兩個(gè)系列均以水灰比0.3、再生骨料粒徑9.5-19.0mm（單粒級）、100%替代的透水混凝土為基準(zhǔn)。系列1對再生骨料粒徑9.5-19.0mm按質(zhì)量以0%、25%、50%、75%、100%（基準(zhǔn)）替代天然骨料。系列2包含再生骨料兩種粒徑4.75-9.5mm（細(xì)粒級）和9.5-19.0mm（粗粒級）按照1∶1、1∶2、2∶1、2∶3、3∶2的摻量比例配置。

（三）實(shí)驗(yàn)儀器

透水水泥混凝土透水系數(shù)試驗(yàn)裝置：TS-A型透水系數(shù)試驗(yàn)裝置和TS-B型真空飽水實(shí)驗(yàn)裝置；透水水泥混凝土試塊模具：某實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的電通量試模，規(guī)格100mm×50mm；水泥砂漿攪拌機(jī)：某儀器機(jī)械有限公司生產(chǎn)的JJ-5型水泥砂漿攪拌機(jī)；壓力試驗(yàn)機(jī)：TYE—2000B型壓力試驗(yàn)機(jī)。

（四）試塊加工過程

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分別用直徑為4.75mm～9.5mm和9.5mm～19mm的再生粗骨料制作混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊。采用水泥裹石法進(jìn)行混凝土攪拌，首先，往骨料中加入骨料可吸水量的水進(jìn)行攪拌，其次，待骨料的表面全部都被潤濕后再加水泥拌和，形成包裹骨料表面的水泥粉殼，最后，加入剩余水量的水?dāng)嚢杈鶆?，使透水混凝土骨料表面形成厚度均勻的水泥漿層。采用不同的方法成型，然后填滿稍微磨平，在溫度為20℃±5℃的環(huán)境中靜置養(yǎng)護(hù)24h脫模。在養(yǎng)護(hù)條件溫度為20℃±2℃，濕度為95%下不斷灑水養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)室制備的試塊尺寸為150mm×150mm×150mm，每個(gè)配合比2組，每組3個(gè)試件，共96塊用于抗壓試驗(yàn)和透水率試驗(yàn)。100mm×100mm×400mm，每個(gè)配合比2組，每組3個(gè)試塊，共96塊用于抗折試驗(yàn)。采用先再生骨料、水泥、粉煤灰、減水劑攪拌60s，然后加水再攪拌120s出料的拌和方法。試件分3次裝料，每次裝料用搗棒人工搗實(shí)。24h后試件成型脫膜，將試塊放入養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d。

二、性能相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究及結(jié)論

（一）粗骨料性能試驗(yàn)及分析

已有研究表明，再生骨料表面附著部分硬化水泥砂漿，且疏松多孔，使其孔隙增多、吸水性增強(qiáng)，其吸水率一般可達(dá)到天然骨料的幾倍甚至幾十倍，本文測得再生骨料含水率是天然骨料的14倍，24h吸水率明顯高于天然骨料，約11倍，10min可達(dá)飽和吸水的90%左右，與現(xiàn)有研究結(jié)論基本一致.針對再生骨料的高吸水性及特殊的表面性質(zhì)，采用再生骨料預(yù)浸泡12h的方法來避免拌合水分被新混合料吸收；應(yīng)敬偉等采用CO2改性再生骨料，吸水率降低27%；相關(guān)人員等采用活性粉末混凝土漿液對再生骨料進(jìn)行浸泡包裹處理，降低吸水率，改善混凝土工作性能；有關(guān)學(xué)者等采用硅酸鈉溶液對再生骨料進(jìn)行浸泡預(yù)吸水；通過鹽酸溶液溶解表面砂漿，再置于500℃高溫加熱2h去除附著砂漿，降低吸水率。本試驗(yàn)以控制水灰比為目的，采用附加水補(bǔ)償?shù)姆椒ń鉀Q再生骨料吸水率高的特點(diǎn)。

國內(nèi)外研究表明，再生骨料表面附著的水泥砂漿孔隙率大，密度小，因此表觀密度、堆積密度一般低于天然骨料。許岳周等對眾多學(xué)者的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出再生骨料的表觀密度和堆積密度分別在2310～2620kg/m3和1200～1470kg/m3范圍內(nèi)。本試驗(yàn)再生骨料的表觀密度與堆積密度分別為2605kg/m3、1261kg/m3，與該范圍一致。

（二）孔隙率及透水系數(shù)

混凝土孔隙率在16.42%～20.44%之間，而通常透水混凝土孔隙率一般在15%～35%之間，滿足透水混凝土高透水性要求；隨著取代率的增加，混凝土孔隙率先下降后上升，100%取代率時(shí)混凝土孔隙率達(dá)到20.44%，相比天然骨料透水混凝土孔隙率17.8%增加了14.8%。透水系數(shù)的變化趨勢與孔隙率基本一致。再生骨料堆積密度較天然骨料略小，使得混凝土密實(shí)度增加，所以一開始隨著再生骨料取代率增加，導(dǎo)致孔隙率降低，然而再生骨料表面裂隙較多、形狀較不規(guī)則，接觸點(diǎn)變小，隨著再生骨料取代率繼續(xù)增加，混凝土孔隙率、透水系數(shù)開始上升。

除鋼纖維的摻入提高了混凝土的孔隙率外，其他因素均使得混凝土孔隙率降低，混凝土的孔隙率在17.97%～20.72%之間。20%粉煤灰等比例取代水泥時(shí)，混凝土孔隙率最低，原因可能為粉煤灰的比表面積較水泥大，粉煤灰的存在使?jié){體厚度增大且使?jié){體中孔隙減少，而且粉煤灰顆粒較水泥小粉煤灰填充在水泥孔隙當(dāng)中，使得水泥與骨料之間結(jié)構(gòu)更加致密，從而降低混凝土孔隙率。

（三）成型工藝對于透水混凝土性能的影響

錘擊組的強(qiáng)度明顯低于插搗組，同時(shí)錘擊組的試塊中有5組無法達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度而插搗入模的6組試塊50%可以達(dá)到要求。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)錘擊是將試塊表面的混凝土壓實(shí)，大部分膠凝材料無法均勻分布，以致內(nèi)部不夠密實(shí)，強(qiáng)度較低。插搗將搗棒貫穿混凝土試塊內(nèi)部，使得原本松散堆積的混凝土可以更為密實(shí)，同時(shí)外側(cè)的敲擊，使水泥砂漿均勻分布，增大骨料之間相互連接的基點(diǎn)，骨料本身由于包裹了膠凝材料而粗糙多棱，彼此之間交錯(cuò)，易形成“嵌鎖結(jié)構(gòu)”，最終強(qiáng)度得以增大。錘擊組試塊透水系數(shù)遠(yuǎn)大于插搗組，平均透水系數(shù)約為6.7mm/s。這是由于包裹了膠凝材料的再生骨料其不規(guī)則的骨料外表，使得模具內(nèi)部的物料骨架呈多孔的狀態(tài)，錘擊方式對于多孔骨架破壞較小，所以內(nèi)部相互聯(lián)系的孔隙較多，透水系數(shù)也較大。而插搗方式幾乎貫穿物料內(nèi)部，多次插拔的形式在使得內(nèi)部物料更均勻的同時(shí)也使得膠凝材料堵塞骨料之間的孔隙，導(dǎo)致透水系數(shù)降低。由此可見密實(shí)的振搗可以使得強(qiáng)度提高約10%，但是透水系數(shù)卻降低約14%。

（四）粗細(xì)骨料級配對于透水混凝土性能的影響

試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)強(qiáng)度為28d達(dá)到30MPa，粒徑為5mm～15mm的6個(gè)試塊其抗壓強(qiáng)度均在30MPa之下，而粒徑為10mm～20mm的6個(gè)試塊中有5個(gè)強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。由此可見，使用大粒徑骨料的透水混凝土，其抗壓強(qiáng)度可以很好的滿足要求且均勻性較好，同時(shí)其強(qiáng)度普遍高于5mm～15mm粒徑骨料制成的透水混凝土。粒徑為10mm～20mm的6個(gè)試塊其透水系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粒徑為5mm～15mm的試塊。大粒徑骨料透水混凝土試塊的透水系數(shù)平均達(dá)到8.0mm/s，相較于骨料粒徑為5mm～15mm的混凝土，其透水性有顯著的提高。

（五）骨料對強(qiáng)度的影響

在混凝土試件中粗骨料起到骨架作用，對混凝土裂縫有引發(fā)和阻擋作用。由于本試驗(yàn)的粗骨料采用的是再生骨料，其強(qiáng)度較低，低于42.5級水泥的強(qiáng)度，所以粗骨料為混凝土的薄弱點(diǎn)。在試件受壓時(shí)裂縫順著孔隙和再生粗骨料蔓延最后貫穿試件上下面，試件破壞。當(dāng)粗骨料粒徑較小時(shí)，骨料間填充的漿體體積與骨料體積之比較大，粗骨料與漿體之間的界面結(jié)界面積大，試件強(qiáng)度相對較高。當(dāng)粗骨料粒徑增大時(shí)，粗骨料與漿體之間的界面結(jié)界面積減小，其強(qiáng)度也就隨著降低。

（六）水灰比對透水系數(shù)的影響

透水混凝土的透水率與水灰比成正比，水灰比越大透水率越高。水灰比越大水泥漿體的黏度越低，骨料表面包裹的漿體量就越少，導(dǎo)致混凝土孔隙率增大。

三、結(jié)語

本文通過廢棄的預(yù)制混凝土梁構(gòu)件經(jīng)機(jī)械破碎及人工篩分獲得再生骨料，并對其進(jìn)行試驗(yàn)及分析，在此基礎(chǔ)上，探究了不同替代水平下再生骨料摻量對透水性混凝土之強(qiáng)度及透水性能的影響，主要結(jié)論如下：（1）再生粗骨料吸水率比天然骨料高約11倍，10min吸水可達(dá)飽和吸水的90%左右，表觀密度和堆積密度分別為天然骨料的95.5%、81.2%，壓碎值為天然骨料的2倍左右；（2）針對再生粗骨料高吸水特性，采用附加水的方法避免低水灰比區(qū)，附加水量取再生粗骨料10min吸水量.此方法制備的再生透水混凝土的強(qiáng)度、透水性符合規(guī)范要求，試驗(yàn)結(jié)果尚優(yōu)于同配比條件下天然骨料制備的透水混凝土，因此采用再生骨料制備透水混凝土從其性能上而言是可行的，且采取附加水減小再生骨料高吸水性問題的方法效果良好；（3）再生粗骨料摻量與透水性混凝土孔隙率變化無明顯的規(guī)律關(guān)系，其中，百分之百替代時(shí)的孔隙率最大，但透水系數(shù)隨孔隙率增加而增大規(guī)律明顯.此外，雙粒級再生粗骨料會(huì)提高再生透水混凝土的抗壓強(qiáng)度，但同時(shí)會(huì)降低其孔隙率及透水性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉明樂，樊毅，宋軍，超付興，華馮蘭.骨料粒徑對透水混凝土性能的影響[J].混凝土世界，2017（07）：82～85.