再生骨料透水混凝土性能及改性研究

摘要：作為一種全新的建筑材料，再生骨料透水混凝土不僅具備較強(qiáng)的綠色性能和經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)勢(shì)，還具備顯著的環(huán)境優(yōu)勢(shì)和效益。再生骨料透水混凝土的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)較為顯著，是今后混凝土行業(yè)乃至建筑施工行業(yè)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的重要施工材料。基于此，該文將以再生骨料透水混凝土性能為基礎(chǔ)展開詳細(xì)研究，全面分析材料應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)其相關(guān)改性問題展開詳細(xì)論述，希望對(duì)再生骨料材料的實(shí)際應(yīng)用提供有效幫助。

關(guān)鍵詞：再生骨料 ?透水混凝土 ?性能特點(diǎn) ?施工材料

中圖分類號(hào)：?TU528 ????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???文章編號(hào)：1672-3791（2021）05（b）-0000-00

作者簡(jiǎn)介：張志萱，女，1989.02，大學(xué)本科，講師，研究方向：建筑材料與檢測(cè)

Research on Performance and Modification of Recycled Aggregate Permeable Concrete

ZHANG Zhixuan

（Qinghai College of Architecture Technology， Xining， Qinghai Province，810001 China）

Abstract： As a new building material， recycled aggregate permeable concrete not only has strong green performance and economic performance advantages， but also has significant environmental advantages and benefits. Recycled aggregate permeable concrete has significant social benefits and economic characteristics， and it is an important construction material for the long-term development of the concrete industry and even the construction industry in the future. Based on this， this article will conduct a detailed study based on the performance of recycled aggregate permeable concrete， comprehensively analyze the current situation of the material application， and discuss its related modification issues in detail， hoping to provide effective help for the practical application of recycled aggregate materials.

Key Words： Recycled aggregate; Permeable concrete;Performance characteristics; Construction materials

與普通混凝土相比，透水混凝土的透水性效果顯著，有著較高孔隙率，在合理應(yīng)用的過程中可有效緩解城市排水系統(tǒng)壓力，減小地表徑流，是一種特點(diǎn)顯著的環(huán)境友好型新材料，近年來在建筑行業(yè)和土木工程行業(yè)均得到了較大發(fā)展。研究表明，在建筑行業(yè)中每年都會(huì)出現(xiàn)大量建筑垃圾，且這些建筑垃圾和廢料呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在此背景下加強(qiáng)再生骨料透水混凝土材料的應(yīng)用就尤為必要，其不僅能有效緩解垃圾存儲(chǔ)問題，還能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)自然資源的保護(hù)，是提升社會(huì)整體效益的重要手段。此背景下，該文將著重論述再生骨料透水混凝土性能與改性問題，著重研究和探討現(xiàn)有材料問題與應(yīng)用特點(diǎn)，為材料行業(yè)健康發(fā)展提供參考價(jià)值。

1 ?再生骨料透水混凝土概述

所謂再生骨料透水混凝土主要是一種輕質(zhì)透水混凝土，由水泥、外加劑、水和骨料組成。此前，制備透水混凝土已經(jīng)有了基礎(chǔ)理論研究，而再生骨料主要是對(duì)透水混凝土中的部分骨料予以替換，在合理配比分析過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)再生骨料的分級(jí)和清洗，將其融合于混凝土材料后，進(jìn)一步提升再生骨料透水混凝土抗壓性能和透水強(qiáng)度。在某種程度而言，對(duì)再生骨料透水混凝土的強(qiáng)度和耐久度進(jìn)行研究，探索再生骨料透水混凝土技術(shù)手段對(duì)于社會(huì)材料領(lǐng)域健康發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響。

當(dāng)前傳統(tǒng)路面建設(shè)中主要材料為瀝青混凝土、水泥混凝土等，雖然這類材料的整體強(qiáng)度較高，但透水效果并不樂觀，所以城市降雨量一旦增加，排水系統(tǒng)很可能受到嚴(yán)重影響，形成的路面大量積水很可能造成群眾生產(chǎn)生活受阻。作為透水性路面的重要組成材料，再生骨料透水混凝土的透水性效果顯著，其材料在混凝土中增加了很多表面粗糙且孔隙率較大的特殊材料，透水性效果顯著，可發(fā)揮良好滲水能力，對(duì)于城市中路面排水不暢問題有著重要影響。同時(shí)這類材料的也應(yīng)用還能有效降低城市環(huán)境溫度，在增加空氣適度的基礎(chǔ)上改善城市現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境，是城市熱島效應(yīng)得以緩解的重要手段。

2 ?再生骨料透水混凝土的性能特點(diǎn)

2.1 ?再生骨料透水混凝土的抗壓性

在再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度中，影響最為深遠(yuǎn)的因素之一就是水灰比。如果水灰比例控制在合理范圍內(nèi)，其材料抗壓強(qiáng)度也將隨著水灰比的增加出現(xiàn)變動(dòng)?；谒冶葧?huì)對(duì)水泥漿稠度產(chǎn)生直接影響，因此如果水灰比過大，水泥漿體中的粘結(jié)材料也會(huì)受到顯著影響，出現(xiàn)粘稠度降低，這也意味著骨料包裹后的水泥漿體會(huì)發(fā)生改變，甚至出現(xiàn)硬化后再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度下降問題。反之，如果水灰比過小，水泥漿很難實(shí)現(xiàn)對(duì)骨料的全面包裹，此種情況也會(huì)造成骨料粘結(jié)性下降問題，不利于混凝土材料抗壓強(qiáng)度的提升。同時(shí)，再生骨料透水混凝體強(qiáng)度在再生骨料摻量增加過程中，很可能出現(xiàn)先增加后降低的情況。由于再生骨料的表面存在較強(qiáng)的粗糙度特點(diǎn)，因此在骨料摻入量小于30%后，可能實(shí)現(xiàn)和天然骨料的有效融合，此情況下骨料的摩擦力和穩(wěn)定性將得到顯著提升，是材料抗壓強(qiáng)度提升的重要基礎(chǔ)。但再生骨料的摻量增加到50%后，骨料表面會(huì)出現(xiàn)明顯的裂縫問題，長(zhǎng)期受到荷載影響很可能發(fā)生邊界膨脹，甚至引發(fā)其他材料損傷問題。為避免此類情況的發(fā)生，在天然骨料中也要適當(dāng)添加一定比例的再生骨料，只有這樣才能在界面粘結(jié)力不斷提升的背景下，實(shí)現(xiàn)再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定提升。單一粒徑范圍的集料可以在專業(yè)技術(shù)操作后轉(zhuǎn)變?yōu)橥杆炷粒@也意味著抗壓強(qiáng)度會(huì)根據(jù)透水混凝土粒徑變化出現(xiàn)明顯改變。所以，當(dāng)再生骨料粒徑出現(xiàn)變化后，骨料的接觸面積就會(huì)逐漸減少，引發(fā)透水混凝土遮擋阻力降低，此種情況也會(huì)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度造成嚴(yán)重影響。

2.2 ?再生骨料透水混凝土的透水性

首先，在再生骨料透水混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，水灰比會(huì)直接對(duì)材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。如果水灰比增加，水泥漿很可能出現(xiàn)流動(dòng)性增加問題，甚至重力作用和影響下，透水混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到干擾，水泥漿直接在孔隙中進(jìn)行流動(dòng)，作用混凝土底部結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)水泥漿完成硬化要求后就會(huì)造成滲透性明顯下降問題。而水灰比較小情況下，過于粘稠的水泥漿也無法在混凝土材料中完成滲透，無法滿足再生骨料透水混凝土的透水要求。其次，再生骨料粒徑也會(huì)對(duì)透水性產(chǎn)生直接影響，換言之，骨料粒徑越大意味著混凝土透水性特點(diǎn)越顯著。這是因?yàn)榇罅皆偕橇现g的骨料顆粒較大，因此材料接觸點(diǎn)和接觸面積有限，增加了相鄰骨料之間的孔隙。此外，透水混凝土材料中存在大量孔隙結(jié)構(gòu)，所以混凝土中集料的粘結(jié)面積較低也使得混凝土水分流通率得到明顯提升。最后，再生骨料透水混凝土中應(yīng)用粉煤灰和硅粉等材料的填充效果顯著。在材料填充過程中，這類材料的應(yīng)用可以有效降低孔隙大小和數(shù)量，這就要求施工人才在尊重透水性能標(biāo)準(zhǔn)和要求的基礎(chǔ)上合理控制填充量，避免滲透系數(shù)受到負(fù)面影響。

3 ?再生骨料強(qiáng)化方法概述

當(dāng)前常見的高品質(zhì)再生育骨料高品質(zhì)方法分為機(jī)械研磨法和濕處理法。無論是對(duì)水泥層表面裂縫進(jìn)行去除還是填補(bǔ)，都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)再生骨料強(qiáng)度提升和吸水率的降低要求。

3.1 ?機(jī)械研磨

在對(duì)機(jī)械研磨法進(jìn)行應(yīng)用過程中，可以采用選擇性研磨法和空氣加熱研磨法，這些手段的應(yīng)用都能在不同程度上實(shí)現(xiàn)再生骨料品質(zhì)的優(yōu)化，此外，這種物理手段的應(yīng)用可以有效去除天然骨料的表面雜質(zhì)，當(dāng)水泥漿體整體質(zhì)量得到優(yōu)化后，其骨料強(qiáng)度必然得到顯著提升，優(yōu)勢(shì)性能較為顯著。

3.2 ?濕處理法

當(dāng)前，對(duì)再生骨料強(qiáng)度進(jìn)行提升期間，濕處理法也是常見的手段之一。所謂濕處理法指的就是對(duì)再生育骨料進(jìn)行浸泡，或者直接在表面進(jìn)行對(duì)應(yīng)試劑涂抹，通過此種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)再生骨料表面裂縫和孔隙的填補(bǔ)。此外，在化學(xué)手段影響下，試劑中材料可以更直接的和骨料膠結(jié)層產(chǎn)生反應(yīng)，這對(duì)于骨料表面漿體層的去除也有著十分重要的影響。目前應(yīng)用率較高的化學(xué)漿液主要有純水泥漿、有機(jī)硅防水劑和聚合物乳液等等。

3.3 ?碳化反應(yīng)

通過對(duì)混凝土碳化反應(yīng)研究可知，二氧化碳對(duì)于再生骨料力學(xué)性能的提升有著重要幫助。純度極高的二氧化碳在對(duì)再生骨料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)過程中，可以獲取碳化程度不相同的再生粗骨料。且實(shí)驗(yàn)證明，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，骨料碳化效果越高，這對(duì)于骨料整體強(qiáng)度提升也有著十分顯著的積極影響。相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過碳化處理后的再生骨料可以顯著提升骨料表面密度，降低骨料整體吸水率，這也可以幫助再生骨料實(shí)現(xiàn)自身性能的優(yōu)化，最大程度接近天然骨料的材料標(biāo)準(zhǔn)與要求。

3.4 ?超聲波洗滌

除了可以在工作中應(yīng)用上述方法之外，在對(duì)骨料預(yù)處理過程中采用的清洗方法往往也會(huì)直接對(duì)再生骨料的強(qiáng)度產(chǎn)生影響，和其他手段相比，超聲波洗滌法應(yīng)用期間的經(jīng)濟(jì)效益更為顯著，是一種高效的清洗手段。

4 ?再生骨料透水混凝土改性研究

4.1 ?再生骨料粒徑改性

通過上文研究可知，再生骨料粒徑越小意味著透水混凝土孔隙越小，能保證分布的均勻性，特別是骨料和混凝土接觸面積的增加，使得水的粘滯阻力增加，不利于水傳輸效率的提升。此外，基于粒徑增大孔數(shù)增加，所以骨料之間的接觸面積必然有所下降，這些問題的出現(xiàn)也會(huì)造成透水混凝土強(qiáng)度降低。所以，目標(biāo)孔隙度增加和再生骨料粒徑提升都會(huì)造成混凝土透水性能增加，透水混凝土強(qiáng)度在此背景下必然會(huì)出現(xiàn)降低情況。作為材料施工人員，在對(duì)透水混凝土進(jìn)行配置期間，更需要加強(qiáng)對(duì)透水性能和材料強(qiáng)度因素的分析，只有在全面考慮兩方面因素的背景下才能有效發(fā)揮出再生骨料透水混凝土的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

4.2 ?膠結(jié)層水泥用量改性

與水灰比相同，在不增加粘結(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上，利用表面積的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥漿厚度和接觸面積增加的方式實(shí)現(xiàn)透水混凝土強(qiáng)度的提升要求。再生骨料強(qiáng)度要求較高，但水泥膠凝劑的強(qiáng)度要求相對(duì)較低，此背景下使得骨料和水泥漿體界面的連接位置強(qiáng)度有限，抗壓能力不佳，因此在二者交界界面發(fā)生強(qiáng)力外力干預(yù)，很可能受到嚴(yán)重影響，甚至對(duì)整體結(jié)構(gòu)造成破壞。這就要求施工人員在操作期間通過對(duì)粘結(jié)點(diǎn)粘結(jié)強(qiáng)度的提升，實(shí)現(xiàn)界面過渡能力的提升，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)透水混凝土強(qiáng)度的增加。

4.3 ?再生骨料取代率改性

通過上文研究可知，再生骨料的增加會(huì)對(duì)透水混凝土孔隙度造成先減小后增加的影響。所以再生骨料置換率達(dá)到百分之四十以上后，透水混凝土的孔隙率也將明顯降低。同時(shí)，基于再生骨料用量的提升，混凝土的滲透系數(shù)也將發(fā)生先減小后增加的情況。再生骨料的增加可以有效提升混凝土中的孔隙率，換言之，混凝土結(jié)構(gòu)的滲透效果將不斷提升，當(dāng)施工人員及時(shí)進(jìn)行再生骨料置換后，混凝土的抗壓能力將得到顯著提升，這也意味著合理、科學(xué)的材料取代率可以進(jìn)一步提升再生骨料透水混凝土強(qiáng)度，是保證材料滲透性平衡發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

5 ?再生骨料透水混凝土材料的問題和發(fā)展方向

第一，相關(guān)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，基于再生粗骨料替代率增加，再生骨料透水混凝土強(qiáng)度、密度、劈裂抗拉強(qiáng)度等系數(shù)均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，所以材料的透水性能和表面耐磨性將不斷提升。第二，雖然近年來對(duì)再生骨料透水混凝土研究范圍不斷增加，但觀點(diǎn)仍然沒有得到統(tǒng)一，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)研究和理論的優(yōu)化。再生骨料透水混凝土的強(qiáng)度偏低問題很可能影響材料發(fā)展和推廣，這就要求工作人員在材料應(yīng)用期間盡可能選擇粒徑較小的骨料或是在骨料中摻加多種骨料，利用不同外加劑進(jìn)行水泥替代，從而實(shí)現(xiàn)骨料整體抗壓能力和透水性效果的提升。第三，目前材料領(lǐng)域中對(duì)再生骨料透水混凝土的耐久性、熱傳導(dǎo)性能研究仍然比較少，因此在后續(xù)工作中需要相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)再生骨料物理特性的研究。

但需要注意的是，當(dāng)前再生骨料透水混凝土仍然存在較大發(fā)展空間，除了上述提及內(nèi)容外，工作人員也要對(duì)下問題進(jìn)行關(guān)注：首先，再生骨料的改性可采用物理和化學(xué)手段，但物理手段的機(jī)械損耗較大，改性后效率點(diǎn)下，而化學(xué)技術(shù)的環(huán)保效果不佳，往往需要耗費(fèi)較高成本。其次，在再生骨料透水混凝土中增加硅粉和膠結(jié)層厚度的方法雖然能一定程度上提升材料強(qiáng)度，但密實(shí)度的增加意味著孔隙率將受到嚴(yán)重影響，不利于透水性的提升。最后，當(dāng)前需要應(yīng)用一種高效方法實(shí)現(xiàn)孔隙率提升，從而在確保強(qiáng)度不受到影響的情況下，全面提升透水混凝土的透水率。

6 ?結(jié)語

綜上所述，再生骨料透水混凝土材料中對(duì)抗壓強(qiáng)度和透水性能影響最為深遠(yuǎn)的元素有很多，最常見因素為再生骨料摻量、孔隙率和水灰比。這也意味著混凝土材料和普通混凝土存在較強(qiáng)的性能差異。為保證再生骨料透水混凝土基本性能優(yōu)勢(shì)的穩(wěn)定發(fā)揮，就需要工作人員加強(qiáng)對(duì)骨料透水混凝土的各項(xiàng)特點(diǎn)展開詳細(xì)研究和探索，在充分掌握材料性能影響因素背景下，不斷認(rèn)識(shí)到目前材料應(yīng)用中的問題，最終在制定合理應(yīng)對(duì)方案基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)再生骨料透水混凝土質(zhì)量的全面提升，為材料領(lǐng)域的健康和穩(wěn)定發(fā)展提供有效幫助。

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