基于透水再生混凝土的抗壓性能試驗(yàn)對比研究

陳再興

(青海建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 西寧 810012)

0 引言

透水混凝土系不含細(xì)骨料或去掉部分級配細(xì)骨料的混凝土，俗稱無砂混凝土。在城市化建設(shè)加速且建設(shè)過程中原有生態(tài)系統(tǒng)被破壞，城市洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生的背景下，以“低影響開發(fā)技術(shù)”為理念的新型城市建設(shè)方案逐漸受到人們的關(guān)注，并取得了很多成功的應(yīng)用案例[1-4]。其中，透水混凝土路面以其能夠減少地表徑流、延遲洪峰來臨時間、提高雨期路面行車安全和舒適性等優(yōu)點(diǎn)，得到了非常廣泛的應(yīng)用[5-8]。我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度和數(shù)量均處于世界領(lǐng)先水平，廢棄混凝土等建筑垃圾也逐年增多，利用廢棄的混凝土作為再生骨料不僅能節(jié)約能源和資源，保護(hù)地下水資源和自然環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展的基本國策，同時還能就地取材，減輕建筑垃圾處理成本和骨料制造及運(yùn)輸成本，從而大大降低施工單位負(fù)擔(dān)[9-10]。然而當(dāng)前我國對透水再生混凝土的相關(guān)研究尚不完全成熟，相關(guān)實(shí)際工程也并不多，為此，本文以廢棄的C30混凝土試塊為原材料，同時采取正常的粗集料作為對比試驗(yàn)，對透水再生混凝土抗壓性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，旨于為廢棄混凝土再生提供更多的數(shù)據(jù)支持和理論支撐。

1 試驗(yàn)用原材料

本次試驗(yàn)水泥采用強(qiáng)度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，對比試驗(yàn)組的粗骨料采用普通碎石，再生骨料采用經(jīng)過破碎和篩分的廢棄的C30混凝土試塊，細(xì)骨料采用普通河沙，最小粒徑1.25 mm，細(xì)度模數(shù)2.2；外加劑采用固含量為20%的聚羧酸高效減水劑；水采用飲用自來水。見表1、表2、圖1、圖2。

圖1 試驗(yàn)用再生粗骨料實(shí)物圖Fig.1 Physical image of recycled coarse aggregate for test

圖2 對比試驗(yàn)用粗骨料實(shí)物圖Fig.2 Physical image of coarse aggregate for comparison test

表1 試驗(yàn)用水泥性能Table 1 Properties of experimental cement

表2 天然骨料及再生骨料性能指標(biāo)Table 2 Performance index of natural and recycled aggregates

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)工況組合

本試驗(yàn)中混凝土配合比設(shè)計(jì)采用體積法進(jìn)行計(jì)算，文獻(xiàn)研究成果表明，再生骨料摻加量較小時，廢棄混凝土利用率過低，此時混凝土本身性能也不會受到影響，而當(dāng)再生骨料添加過多時，會影響混凝土的性能，為此，本次試驗(yàn)時再生骨料的應(yīng)用添加量取35%[11-13]。

為此，試驗(yàn)分為TR和ZS兩組，其中TR組中粗骨料100%采用普通碎石；ZS組粗骨料中摻加35%的C30再生骨料，試驗(yàn)配合比見表3。試驗(yàn)用混凝土塊拌制時，天然骨料與再生骨料的用量按照其緊密堆積狀態(tài)下的質(zhì)量乘以0.98，ZS系列中，天然骨料與再生骨料按緊密堆積狀態(tài)下的體積比按0.65：0.35取值；減水劑的用量以水泥凈漿流動度約為180 mm摻加。

表3 試驗(yàn)用混凝土配合比設(shè)計(jì)Table 3 Design of mix proportion for experimental concrete test

2.2 成型及養(yǎng)護(hù)

本次混凝土抗壓性能試驗(yàn)用混凝土拌制采用水泥裹石法，當(dāng)混凝土拌合物呈現(xiàn)出一定的金屬光澤時，視為拌制完成[14-17]。成型采用插搗成型法，混凝土拌制完成后裝進(jìn)邊長為150 mm的正方形混凝土試模中，由表面至中心均勻插搗20下，然后將試模表面的混凝土滾壓至表面平整，灑水養(yǎng)護(hù)24 h后拆模并放進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天，然后拆模進(jìn)行試驗(yàn)。試塊抗壓性能試驗(yàn)依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》予以執(zhí)行[18-20]。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

首先將18組混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果整理見表4。

表4 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test result of compressive strength of concrete blocks

3.1 再生骨料對混凝土抗壓性能的影響分析

圖3所示為不同透水混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度值。由圖3可見，當(dāng)砂率、減水劑用量、粗骨料粒徑和水灰比均相同時，天然骨料混凝土抗壓強(qiáng)度值均高于再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度值，這主要是因?yàn)橄啾扔谔烊还橇?，再生骨料由廢棄混凝土破碎得到，其強(qiáng)度本身就要比天然骨料的強(qiáng)度要低；同時，廢棄混凝土破碎得到的再生粗骨料，很難避免存在大量的裂隙；而且，再生骨料表面存在水泥砂漿，新舊水泥漿之間的粘接能力小于水泥漿與天然骨料之間的粘接能力。6組再生骨料拌制的透水混凝土試塊抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值較天然骨料拌制的混凝土試塊標(biāo)準(zhǔn)值低13.3%，其中TR-4和ZS-4之間的差距最大，達(dá)到32.4%，可見摻加再生骨料確實(shí)會對透水混凝土的抗壓性能造成一定的影響，實(shí)際工程應(yīng)該合理選用，以免影響工程質(zhì)量。

圖3 不同透水混凝土試塊抗壓強(qiáng)度值Fig.3 Compressive strength of different permeable concrete blocks

3.2 水灰比對混凝土抗壓性能的影響分析

圖4所示為不同水灰比下混凝土試塊抗壓強(qiáng)度值。由圖4可見，當(dāng)水灰比從0.25增大至0.30時，再生骨料拌制的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度由11.7 MPa增大至17.6 MPa，增長率51.26%，而當(dāng)水灰比由0.30增大至0.35時，其抗壓強(qiáng)度由17.6 MPa減小至16.4 MPa，減小率7.22%；當(dāng)水灰比從0.25增大至0.30時，天然骨料拌制的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度由12.3MPa增大至18.8MPa，增長率53.60%，而當(dāng)水灰比由0.30增大至0.35時，其抗壓強(qiáng)度由18.8MPa減小至17.3MPa，減小率7.81%，水灰比稍大時，對試塊強(qiáng)度的影響并不明顯?？梢?，針對本試驗(yàn)，最佳水灰比為0.30，這主要是因?yàn)樗冶冗^小時，水泥的水化反應(yīng)不完全，水泥漿因稠度過大而無法均勻地包裹住粗骨料，致使抗壓性能變差；而當(dāng)水灰比過大時，后期水泥漿凝固過程中水分揮發(fā)較多，使得粗骨料之間孔隙率明顯增大，也會使得混凝土試塊的抗壓性能變差。

圖4 不同水灰比下混凝土試塊抗壓強(qiáng)度值Fig.4 Compressive strength of concrete blocks with different water-cement ratio

3.3 骨料粒徑對混凝土抗壓性能的影響分析

圖5所示為不同骨料粒徑下混凝土試塊抗壓強(qiáng)度值。由圖5可見，當(dāng)粗骨料粒徑由5～10 mm增加至10～15 mm時，再生骨料拌制的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度由17.6 MPa減小至12.8 MPa，減小率27.22%，天然骨料拌制的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度由18.8 MPa減小至12.8 MPa，減小率21.35%?？梢?，骨料粒徑對透水混凝土強(qiáng)度的影響比較大，這主要是因?yàn)楫?dāng)粗骨料增大時，其比表面積減小，與水泥漿之間的接觸面積隨之減小，圍裹在粗骨料表面的水泥漿厚度增加，粗骨料之間的嵌鎖能力減弱，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。但骨料粒徑較小時，成品混凝土的孔隙率會降低，因此，應(yīng)按照實(shí)際工程對混凝土強(qiáng)度和孔隙率(透水能力)的需求，合理選取骨料粒徑。

圖5 不同骨料粒徑下混凝土試塊抗壓強(qiáng)度值Fig.5 Compressive strength of concrete blocks with different aggregate sizes

4 結(jié)論

為了研究透水再生混凝土抗壓性能，本文以天然骨料配制的混凝土作為對比試驗(yàn)組，分別對35%比例的再生骨料混凝土抗壓性能以及水灰比和骨料粒徑對混凝土抗壓性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到主要結(jié)論如下：

1)35%產(chǎn)量的再生骨料透水混凝土試塊抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值較純天然骨料混凝土試塊標(biāo)準(zhǔn)值低13.3%，這主要是因?yàn)樵偕橇系膹?qiáng)度本身就要比天然骨料的強(qiáng)度要低；同時，再生骨料很難避免存在大量的裂隙，而且，再生骨料表面存在水泥砂漿，新舊水泥漿之間的粘接能力小于水泥漿與天然骨料之間的粘接能力；

2)本次試驗(yàn)得到的最佳水灰比為0.30，增加或減小水灰比均會對再生骨料透水混凝土的抗壓性能造成不良影響，這主要是因?yàn)樗冶冗^小時，水泥的水化反應(yīng)不完全，水泥漿因稠度過大而無法均勻地包裹住粗骨料，致使抗壓性能變差；而當(dāng)水灰比過大時，后期水泥漿凝固過程中水分揮發(fā)較多，使得粗骨料之間孔隙率明顯增大，也會使得混凝土試塊的抗壓性能變差；

3)增大粗骨料粒徑，會使得再生混凝土抗壓性能變差，這主要是因?yàn)楫?dāng)粗骨料增大時，其比表面積減小，與水泥漿之間的接觸面積隨之減小，圍裹在粗骨料表面的水泥漿厚度增加，粗骨料之間的嵌鎖能力減弱，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。但骨料粒徑較小時，成品混凝土的孔隙率會降低，因此，應(yīng)按照實(shí)際工程對混凝土強(qiáng)度和孔隙率(透水能力)的需求，合理選取骨料粒徑。