景觀工程中再生混凝土應(yīng)用研究概述★

許鳳博 胡士娟 趙 瀅 段 晶 王 磊*

(1.河南科技大學(xué)，河南 洛陽(yáng) 471003; 2.河南金卉園林綠化工程有限公司，河南 信陽(yáng) 465150)

1 概述

混凝土早在19世紀(jì)初就開(kāi)始生產(chǎn)和使用，目前混凝土是世界上使用量最多、使用范圍最廣的建筑材料之一，并且相對(duì)于鋼材、木材等材料具有性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，混凝土材料的消耗量與日俱增，對(duì)骨料砂石的需求也不斷增加。與此同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間對(duì)自然資源的開(kāi)采和消耗將造成資源枯竭、天然骨料短缺等問(wèn)題;另一方面，大量建筑物的拆除會(huì)導(dǎo)致大量廢棄混凝土的產(chǎn)生。根據(jù)1996年在英國(guó)召開(kāi)的混凝土?xí)h資料，全世界從1991年到2000年的十年間，廢棄的混凝土(包括鋼筋混凝土工廠不合格的產(chǎn)品)總量將超過(guò)10億t。我國(guó)的建筑廢棄混凝土以每年8%增長(zhǎng)率上升，預(yù)計(jì)到2020年，其總量可接近6.4億t［1］。再生混凝土的研制并且成為一種現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力，將會(huì)產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益，不僅能夠解決廢棄混凝土的處理問(wèn)題，又可以降低因資源過(guò)度開(kāi)采而引起的生態(tài)環(huán)境的破壞，因而再生混凝土的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。本文就國(guó)內(nèi)外再生混凝土的性能和應(yīng)用形式做了一些研究，為再生混凝土進(jìn)一步的應(yīng)用與發(fā)展提供依據(jù)。

2 再生混凝土性能研究

2.1 配合比相關(guān)研究

混凝土配比作為混凝土研究的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其科學(xué)性直接影響到相應(yīng)混凝土的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此也是混凝土研究領(lǐng)域的熱門方向。作為混凝土的一種新形式的再生混凝土的配比研究同樣具有重要意義。

區(qū)豪達(dá)［2］試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，使用再生骨料代替天然骨料拌制再生混凝土，當(dāng)水膠比為0.45，再生骨料取代量為30%，聚羧酸鹽高效減水劑摻量為2.5%，粉煤灰摻量為20%時(shí)，組成再生混凝土的最優(yōu)配合比。在最優(yōu)配合比下，再生骨料的原始混凝土強(qiáng)度影響著再生混凝土強(qiáng)度，原始混凝土強(qiáng)度越高，配制的再生混凝土強(qiáng)度越高;蔣業(yè)浩、周霞、葉曉飛等［3］的研究發(fā)現(xiàn)砂率在0.35～0.40之間，對(duì)新拌混凝土和易性最為有利;白國(guó)良、張峰劍、安昱峰等［4］通過(guò)用正交試驗(yàn)進(jìn)行再生混凝土砌塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得出骨料替代率是影響再生混凝土強(qiáng)度的主要因素，且得到了再生混凝土砌塊的最優(yōu)配合比，即用水量150 kg/m3，水灰比0.4，粗、細(xì)骨料取代率取40%，砂率50%。

2.2 力學(xué)性能相關(guān)研究

2.2.1 抗壓強(qiáng)度

在混凝土抗壓強(qiáng)度方面的研究主要集中在不同強(qiáng)度區(qū)間下混凝土抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律和不同外加劑作用下的混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比。石磊［5］通過(guò)制作5組不同配合比的全再生骨料混凝土試塊，研究其在不同齡期下立方體的抗壓強(qiáng)度、碳化深度、棱柱體收縮以及28 d軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量。王軍強(qiáng)［6］在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)再生骨料透水混凝土的強(qiáng)度受凝膠材料以及礦物摻和料比例的影響，試驗(yàn)中礦物摻合料比例為20%的強(qiáng)度最高。Kou SC等［7］采用強(qiáng)度為80 MPa與30 MPa的原生混凝土骨料分別配制相同強(qiáng)度的再生混凝土?xí)r，發(fā)現(xiàn)前者的抗壓強(qiáng)度要比后者高40%。

2.2.2 抗折強(qiáng)度

很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗折強(qiáng)度相對(duì)于普通混凝土有所降低，直接影響混凝土作為一些稱重結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，不利于再生混凝土的推廣應(yīng)用。雷斌等［8］得出建筑垃圾再生混凝土抗折強(qiáng)度隨水灰比的增大而降低，隨附加水用量的增大而降低，建議附加水用量按照廢磚粗骨料吸水率的75%進(jìn)行計(jì)算;并且得出顆粒的級(jí)配對(duì)再生混凝土抗折強(qiáng)度影響不大，由于廢磚骨料較輕，震動(dòng)時(shí)容易上浮，最好使用粒徑較大的廢磚骨料;陳宗平等［9］發(fā)現(xiàn)服役期(使用50年后)C30廢棄混凝土粗骨料的再生混凝土抗折強(qiáng)度值在5.1 MPa～6.0 MPa之間波動(dòng)，立方體抗壓強(qiáng)度能達(dá)到45 MPa，隨著再生粗骨料替代率的增加，再生混凝土的抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，而立方體抗壓強(qiáng)度變化不大，不同粗骨料替代率再生混凝土抗折強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值為0.12。

2.3 透水性能相關(guān)研究

隨著透水性鋪裝材料在海綿城市建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，使用再生骨料制作的再生透水混凝土的研究也成為園林景觀工程研究的一個(gè)主要方向。李秋實(shí)等［10］在天然與再生透水混凝土的對(duì)比試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):再生集料透水混凝土比天然集料透水混凝土具有較高的孔隙率;無(wú)論集料的種類如何，當(dāng)添加聚合物改性劑后會(huì)導(dǎo)致總孔隙率降低，但得到再生集料透水混凝土孔隙率可以控制在接受范圍之內(nèi);朱金春等［11，12］控制碎石級(jí)配、設(shè)計(jì)孔隙率和水灰比這三個(gè)因素，以及考察抗壓強(qiáng)度、有效孔隙率和透水系數(shù)這三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，比較不同再生骨料摻量下各評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果得到再生集料透水混凝土中再生骨料的合理?yè)搅繛?0%。

2.4 耐久性相關(guān)研究

作為室外景觀應(yīng)用的主要材料之一，再生混凝土的耐久性研究主要集中在:氯離子侵蝕、再生骨料的替代率、水灰比以及外加劑礦物摻合料等影響因子對(duì)再生混凝土持久性的影響。夏陽(yáng)［14］發(fā)現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用建筑垃圾再生混凝土過(guò)程中，將粗、細(xì)骨料分開(kāi)，可以控制優(yōu)化混凝土質(zhì)量，避免全級(jí)配骨料的砂率離散影響再生混凝土的品質(zhì)，從而能夠提升再生混凝土在實(shí)際運(yùn)用中的耐久性;張浩博等［15］發(fā)現(xiàn)粉煤灰在一定程度上對(duì)再生混凝土力學(xué)性能和耐久性能有明顯的提高，對(duì)廢棄混凝土再利用有著重要的意義。普遍來(lái)說(shuō)，再生骨料混凝土的耐久性能會(huì)比普通混凝土的耐久性能低，但是只要采取合理的措施，便可以獲得耐久性能良好的再生混凝土。

3 再生混凝土應(yīng)用形式研究

再生混凝土在園林景觀中的應(yīng)用形式主要集中于基層和面層兩種。

3.1 基層

作為園路基層的應(yīng)用，其力學(xué)特性至關(guān)重要，能否達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求的力學(xué)性能要求，是決定其能否很好應(yīng)用到園林工程中的關(guān)鍵因素。黃文奎［16］發(fā)現(xiàn)水泥混凝土路面再生粗、細(xì)集料均可以用于級(jí)配碎石墊層，再生集料級(jí)配碎石的最佳含水量高于天然級(jí)配碎石，而最大干密度則低于天然級(jí)配碎石，再生集料級(jí)配碎石的回彈性模量小于天然級(jí)配碎石，參照J(rèn)TG D50—2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范和JTG D40—2002公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)范，再生集料級(jí)配碎石的回彈性模量設(shè)計(jì)推薦值為150 MPa～200 MPa。

3.2 面層

再生混凝土作為面層的應(yīng)用形式較為多樣，主要形式有:植草磚、透氣性護(hù)坡混凝土、透水磚面層、彩色再生混凝土面層等。

傳統(tǒng)的護(hù)坡大多采用石料和預(yù)制混凝土塊等硬質(zhì)護(hù)坡體，這種護(hù)坡僅僅起到了加固的作用，忽視了河道生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。趙佳等［17］學(xué)者用再生磚骨料制作多孔再生混凝土，這種再生混凝土作為一種新型生態(tài)混凝土，既可以加固護(hù)坡，又能保持綠色自然景觀，其中多孔的結(jié)構(gòu)又為微生物和小動(dòng)物提供了棲息的空間，既可以保持生物多樣性，又可以對(duì)湖泊、河流的水質(zhì)間接進(jìn)行凈化，起到了保護(hù)環(huán)境的效果;羅旭等［18］的試驗(yàn)結(jié)果表明基層的目標(biāo)孔隙率為15%，水灰比為0.28，再生骨料選取粒徑為4.75 mm～9.50 mm，面層目標(biāo)孔隙率為10%，水灰比為0.28，再生骨料選取的粒徑為2.36 mm～4.75 mm，將新拌好的基層與面層的材料裝入模具進(jìn)行震動(dòng)成型，在這種配合比條件下得到的透水磚既可以滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，又可以保證透水性能。

4 再生混凝土研究意義及展望

再生混凝土材料因其節(jié)能、環(huán)保、低碳、改善環(huán)境和提高建筑功能等突出特點(diǎn)正在被各相關(guān)行業(yè)認(rèn)可。但其相關(guān)研究還有很大空間，目前的相關(guān)研究主要集中于再生混凝土的配比、力學(xué)性能、透水性能、耐久性能等方面的研究。就其應(yīng)用發(fā)展方面，應(yīng)當(dāng)大力推廣其在園林景觀工程中的非承載或承載較小的工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，同時(shí)可以結(jié)合不同的應(yīng)用形式，既能滿足相關(guān)結(jié)構(gòu)規(guī)范要求，又能滿足景觀的形式需要。