再生骨料透水混凝土配合比試驗(yàn)研究

胡春芳，陳星艮，鄧蔚珂，陳儀周，李 青

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院 廣州 510642）

0 引言

透水混凝土是由水泥、水、骨料及少量細(xì)骨料或不含細(xì)骨料制成［1-4］，通過(guò)單一級(jí)配形成大量連通孔隙，透水混凝土設(shè)計(jì)孔隙率一般在15%～30%，水灰比為0.25～0.40［5］，隨孔隙度增加，滲透系數(shù)越大，但抗壓強(qiáng)度越低，研究表明孔隙率、水灰比、骨料是影響透水混凝土滲透性和力學(xué)性能的主要影響因素［1-6］。利用廢棄的混凝土、磚為骨料制備的透水混凝土，具有減少建筑垃圾、節(jié)約天然骨料的優(yōu)點(diǎn)［7］，再生骨料透水混凝土得到越來(lái)越多的工程應(yīng)用和推廣。

再生骨料在破碎和篩分等制作工藝過(guò)程中造成骨料內(nèi)部大量微裂紋，再生骨料與天然骨料相比，棱角多，從而導(dǎo)致再生骨料的孔隙率高、吸水率大、堆積密度小、壓碎值高，并存在性能較差的界面結(jié)構(gòu)［8］。所以會(huì)導(dǎo)致再生骨料透水混凝土與天然骨料透水混凝土在力學(xué)性能和滲透性上均有較大的不同。

再生骨料透水混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)大多使用體積法，通過(guò)研究不同的孔隙率、水灰比、骨料特征等設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)研究對(duì)再生骨料透水混凝土強(qiáng)度和滲透系數(shù)的影響。王驚?。?］在水灰比為0.45 的條件下，再生骨料取代率條件下抗壓強(qiáng)度會(huì)降低，取代率越高，透水混凝土抗壓強(qiáng)度越低。孫家瑛等人［10］的試驗(yàn)表明，集料粒徑越大，提高抗壓和抗折強(qiáng)度均越低，但透水性能增加。本文通過(guò)對(duì)天然花崗巖骨料和再生骨料的透水混凝土在不同設(shè)計(jì)孔隙率和水灰比條件下，透水混凝土力學(xué)性能和滲透系數(shù)變化規(guī)律及對(duì)比。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)

本文采用再生骨料為粒徑10～20 mm 單一級(jí)配，水灰比為0.20、0.25、0.27、0.30。天然骨料選用花崗巖骨料，粒徑10～20 mm 單一級(jí)配，水灰比為0.25、0.30。骨料的物理參數(shù)如表1所示。透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)采用體積法，如水灰比為0.27、孔隙18%時(shí)，再生骨料透水混凝土質(zhì)量比骨料∶水泥∶水為6.86∶3.7∶1.0，減水劑摻量為水泥質(zhì)量的0.1%。

表1 粗骨料物理性能Tab.1 Physical Properties of Coarse Aggregate

強(qiáng)度加載荷載速度為0.5～0.8 MPa/s，滲透系數(shù)按常水頭測(cè)試方法。再生骨料混凝土攪拌采用一次加料法：先將再生骨料加入到攪拌機(jī)中攪拌30 s，然后加入水泥攪拌30 s，接著再加入總用水量的50%攪拌60 s，最后將減水劑和剩余的水混合后加入攪拌120 s。本試驗(yàn)選擇的成型方式是靜壓成型，1.5 MPa 靜壓3 min。養(yǎng)護(hù)方式為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

再生骨料在水灰比0.20 時(shí)成型情況如圖1?，由于再生骨料吸水率比天然骨料大，在水灰比0.20 條件下不能成型，所以后面討論成果不包括水灰比為0.20的透水混凝土。天然骨料的透水混凝土當(dāng)水灰比0.30 時(shí)，水泥漿體包裹骨料后，多余的漿體會(huì)下滲到試件底部，如圖1?，從而堵塞了透水混凝土有效孔隙通道，降低了混凝土的滲透系數(shù)。

圖1 透水混凝土成型Fig.1 The Forming Permeable Concrete

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 再生骨料結(jié)果分析

水灰比為0.25、0.27、0.30，設(shè)計(jì)孔隙率分別為15%、18%、21%時(shí)，再生骨料透水混凝土的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)變化規(guī)律如圖2所示。水灰比為0.25、0.27、0.30，透水混凝土抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律相似，水灰比增大，透水混凝土的強(qiáng)度越大，滲透系數(shù)隨水灰比增大而減小，隨設(shè)計(jì)孔隙率增大而增大。

圖2 再生骨料透水混凝土性能Fig.2 Performance of Recycled Aggregate Pervious Concrete

水灰比0.25、0.27、0.30 時(shí)，孔隙率分別為15%、18%、21%時(shí)，透水混凝土抗折強(qiáng)度分別2.09～2.78 MPa、2.45～3.10 MPa、2.62～3.25 MPa；透水混凝土抗壓強(qiáng)度分別為13.55～19.03MPa、15.07～20.28MPa、16.79～20.77MPa；透水混凝土滲透系數(shù)分別為1.38～2.78 mm/s、1.24～2.55 mm/s、1.03～2.32 mm/s。對(duì)不同水灰比，孔隙率18%時(shí)再生透水混凝土抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度最大，抗折強(qiáng)度分別為2.97 MPa、3.10 MPa、3.25 MPa，抗壓強(qiáng)度分別為19.03 MPa、20.28 MPa、20.77 MPa；滲透系數(shù)隨孔隙率增加而增大，孔隙率21%時(shí)滲透系數(shù)最大，水灰比0.25、0.27、0.30時(shí)，滲透系數(shù)分別為2.78 mm/s、2.55 mm/s、2.32 mm/s。

2.2 不同骨料結(jié)果分析

再生骨料和天然花崗巖骨料，選用水灰比為0.25、0.30，設(shè)計(jì)孔隙率分別為15%、18%、21%時(shí)，再生骨料和天然花崗巖透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)變化規(guī)律如圖3所示。

圖3 不同骨料透水混凝土性能Fig.3 Permeable Concrete Performance of Different Aggregates

相同條件下，再生骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度小于天然花崗巖骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度，而再生骨料透水混凝土的滲透系數(shù)大于天然花崗巖骨料透水混凝土的滲透系數(shù)。當(dāng)水灰比為0.25，孔隙率分別為15%、18%和21%時(shí)，再生骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度為天然花崗巖骨料透水的抗壓強(qiáng)度的72%、81%、74%，再生骨料透水混凝土的滲透系數(shù)為天然花崗巖骨料透水的滲透系數(shù)的162%、179%、152%；當(dāng)水灰比為0.30 時(shí)，孔隙率分別15%、18%和21%時(shí)，再生骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度為天然花崗巖骨料透水的抗壓強(qiáng)度的85%、95%、94%，再生骨料透水混凝土的滲透系數(shù)為天然花崗巖骨料透水的滲透系數(shù)的161%、200%、187%。

3 結(jié)論

對(duì)再生骨料和天然花崗巖骨料的透水混凝土性能試驗(yàn)進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

⑴對(duì)再生骨料透水混凝土，不同孔隙率條件下，水灰比在0.25～0.30 時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨水灰比增大而增大，設(shè)計(jì)孔隙率18%時(shí)達(dá)到最大，分別為19.03 MPa、20.28 MPa、20.77 MPa；滲透系數(shù)隨孔隙率增大而增大，隨水灰比增大而減小。

⑵再生骨料和天然花崗巖骨料透水混凝土性能的變化規(guī)律有所不同。水灰比為0.25 和0.30 時(shí)，再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨水灰比增大而增大，在設(shè)計(jì)孔隙率18%時(shí)抗壓強(qiáng)度最高；而天然骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨水灰比增大而減小，隨設(shè)計(jì)孔隙率增大而減小。