建筑材料稻殼灰－廢舊磚再生透水混凝土的性能研究

1前言

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，當(dāng)前我國建筑垃圾的年均產(chǎn)量超35億噸，占據(jù)了城市固體廢物全年總量的 40% 左右，已成為影響我國生態(tài)環(huán)境的主要因素。因此，在“雙碳\"理念下，實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)，以及對建筑垃圾與材料進(jìn)行再生資源化利用展開研究是必要的。透水混凝土又稱為多孔混凝土，主要是指由骨料、水泥、增強(qiáng)劑與水制備而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土。在近幾年的建筑施工中，以建筑垃圾材料為原料形成的再生透水混凝土作為一種新型建筑材料，因具有環(huán)保、低碳與可持續(xù)再生等特點(diǎn)，備受關(guān)注。而稻殼灰是稻殼燃燒后殘留的副產(chǎn)物，其豐富的孔隙結(jié)構(gòu)以及巨大的比表面積，使其具有極強(qiáng)的吸附性與活性，通過其在建筑材料再生中的應(yīng)用，可以有效提高建筑材料的生態(tài)效應(yīng)。為此，本文以稻殼灰－廢舊磚為主要原料研究了再生透水混凝土的具體性能。

2試驗(yàn)方案

2.1再生原料

在本次建筑材料再生透水混凝土性能試驗(yàn)中，再生建筑原材料主要包括稻殼灰、廢舊磚與水泥，具體如下：

（1）稻殼灰：稻殼灰是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中稻殼燃燒后剩下的黑色粉末以及少量未燃盡的有機(jī)物，主要成分為二氧化硅（ SiO₂ ，含有少量的 CaO、Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃ 等，直徑一般為0.15mm～0.30mm^[2] 0

（2）廢舊磚：廢舊磚主要作為再生透水混凝土的骨料，通過將建筑拆除后產(chǎn)生的廢磚材料進(jìn)行破碎、篩選與烘干，可分為A、B兩種不同粒徑的骨料。A骨料粒徑為1.18mm～2.36mm，B 骨料粒徑為 1.36mm～4.75mm 骨料堆積密度 1052kg/m³ 、表觀密度 2390kg/m³ 、吸水率12.80% 、空隙率 56.0%¹³ 1o

（3）水泥：主要采用海螺牌規(guī)格為 P?O42.5 的水泥，其物理性質(zhì)具體如表1所示。

2.2正交試驗(yàn)方案

根據(jù)再生透水混凝土的大量實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果與其性能特征，主要采用正交試驗(yàn)的方式，對水灰比、廢舊磚骨料粒徑（用A骨料等質(zhì)量取代B骨料）以及稻殼灰摻量（等質(zhì)量取代水泥）影響再生透水混凝土性能的規(guī)律進(jìn)行了探究，且不考慮各因素之間的交互作用，正交試驗(yàn)

與此同時(shí)，對于試驗(yàn)材料的制備，主要根據(jù)配合比將相應(yīng)比例的骨料、稻殼灰、水泥與水?dāng)嚢韬蠓执渭尤朐囼?yàn)?zāi)＞?，然后進(jìn)行人工振搗，并按照J(rèn)C/T2558-2020《透水混凝土》的規(guī)定對再生形成的透水混凝土進(jìn)行周期為28d的養(yǎng)護(hù)。對于透水混凝土的抗壓與抗折強(qiáng)度檢測，則依照GB/T50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。正交試驗(yàn)配合比具體如表3所示。

2.3測試方法

本次基于稻殼灰－廢舊磚再生透水混凝土性能的正交試驗(yàn)檢測主要包括透水系數(shù)、抗壓強(qiáng)度與孔隙率三項(xiàng)指標(biāo)，其中抗壓強(qiáng)度主要按照GB/T50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定對尺寸為100mm×100mm×100mm 的試件進(jìn)行測試。對于透水系數(shù)，主要采用重量法對實(shí)際孔隙率進(jìn)行測試，并按照公式進(jìn)行計(jì)算，具體公式如下：

式中： ΔV_a 一實(shí)測孔隙率 （%）：m_i 一試件在水中的質(zhì)量

對于再生透水混凝土透水系數(shù)的檢測，根據(jù)達(dá)西定律，主要采用固定水頭法進(jìn)行測試，透水系數(shù)的具體計(jì)算公式如下：

式中： 一水溫為 TC 時(shí)的透水系數(shù)（ mm^?s^-1 ）；Qi—規(guī)定時(shí)間內(nèi)流過再生透水混凝土試件的水量 （mm³ ；L試件的厚度（ χ_mm^′， ；A一試件的橫截面積 ?mm². ）；h—水頭差 Π_mm， ；t—測定時(shí)間（s）。

3結(jié)果與分析

正交試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

3.1透水系數(shù)分析

對透水系數(shù)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差與方差分析，分析結(jié)果如表5所示。

由表5可得，在基于稻殼灰－廢舊磚材料的再生透水混凝土中，其透水系數(shù)的影響因素從大到小排序?yàn)榈練せ覔搅?gt; 水灰比 gt;A 骨料用量，并且隨著A骨料用量與稻殼灰摻量的增加，透水系數(shù)逐漸下降，但是隨著水灰比的增加，透水系數(shù)隨之上升，說明再生透水混凝土的透水最大的因素水平為A1B1C3。其中稻殼灰摻量對透水系數(shù)的影響最大，水灰比次之，A骨料用量影響最

小，究其原因，主要是稻殼灰摻量增加會(huì)導(dǎo)致水灰比的降低，使得有效孔隙數(shù)目減少，進(jìn)而影響混凝土的透水系數(shù)。

3.2抗壓強(qiáng)度分析

對抗壓強(qiáng)度正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差與方差分析，分析結(jié)果如表6所示。

由表6分析可得，在基于稻殼灰-廢舊磚材料的再生透水混凝土中，影響其抗壓強(qiáng)度的因素順序?yàn)锳骨料用量 gt; 稻殼灰摻量 gt; 水灰比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，抗壓強(qiáng)度的最高因素水平為A3B2C3。在所有因素水平中，A骨料用量對抗壓強(qiáng)度的影響最大，主要是因?yàn)榛炷恋膹?qiáng)度一般依賴骨料之間相互摩擦所產(chǎn)生的摩擦力與咬合力，當(dāng)A骨料用量增加時(shí)，顯著增加了骨料的接觸面積，降低了內(nèi)部的孔隙率，因而有效提高了再生透水混凝土內(nèi)部的粘合力與抗壓強(qiáng)度。

3.3孔隙率分析

對孔隙率正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差與方差分析，分析結(jié)果如表7所示。

由表7分析可得，影響基于稻殼灰-廢舊磚材料的再生透水混凝土的性能因素依次為水灰比 gt; 稻殼灰摻量 gt;A 骨料用量，且其最大因素水平為A2B1C1。其中水灰比對再生透水混凝土孔隙率的影響最大，在試驗(yàn)中，隨著水灰比的增加，再生透水混凝土的孔隙率呈下降趨勢，造成這種現(xiàn)象的原因主要是再生透水混凝土中水灰比的增加促進(jìn)了其內(nèi)部流動(dòng)性的上升，進(jìn)而使得粘結(jié)在骨料表面的水泥泥槳附著減少，逐漸流人骨料的孔隙中，造成有效孔隙減少，從而嚴(yán)重影響了再生透水混凝土的孔隙率。

3.4小結(jié)

綜合上述各因素對基于稻殼灰-廢舊磚的再生透水混凝土性能影響規(guī)律的分析，其最優(yōu)配合比為A骨料用量 30% ，稻殼灰摻量 3% ，水灰比 0.26 此時(shí)，基于稻殼灰-廢舊磚材料制備的再生透水混凝土的綜合性能最佳，其透水系數(shù)為 3.25cm/s ，抗壓強(qiáng)度為 3.90MPa ，孔隙率為 35.7% 。

4結(jié)論

綜上所述，通過正交試驗(yàn)表明，在上述三種因素中，稻殼灰摻量對再生透水混凝土的透水系數(shù)的影響最大，A骨料用量對抗壓強(qiáng)度的影響最大，而水灰比對孔隙率的影響最大。由正交結(jié)果的極差與方差分析得出，透水系數(shù)的最大因素水平為A1B1C3，抗壓強(qiáng)度的最大因素水平為A2B2C3，而孔隙率的最大因素水平則為A2B1C1。因此，在實(shí)際制備過程中，當(dāng)A骨料用量為30% ，稻殼灰摻量為 3% ，水灰比為0.26時(shí)，基于稻殼灰－廢舊磚的再生透水混凝土性能最佳，此時(shí)，其透水系數(shù)為 3.25cm/s ，抗壓強(qiáng)度為 3.90MPa ，孔隙率為35.7% ，可作為建筑施工材料的第一選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]王波，丁華柱，金建杰，等.再生粗骨料對堿激發(fā)透水混凝土的力學(xué)性能研究[J].江西建材，2024（S1）：102-105.

[2]李芳軍.建筑垃圾再生磚混透水混凝土性能研究[J].甘肅科技縱橫，2024，53（5）：81-87.

[3]DoganI，YildizelAS，KaplanG.Physio-mechanical，durabilityandmicrostructural propertiesof sustainablepermeable concretereinforcedwithbasalt fiber：reuse and recycling ofwastepolypropylene [J].Clean Technologies and Environmental Policy，2024，（prepublish）：1-17.

[5]張錦純.建筑廢棄物再生集料透水混凝土基層材料的路用性能研究[J].交通世界，2023（30）：25-27+36.

[6]辛志鵬，朱亞光，徐培蓁，等.粉煤灰及聚丙烯纖維對再生透水混凝土性能的影響[J].混凝土，2023（1）：73-77+81.

[7]達(dá)則曉麗，沙志陽.全再生骨料透水混凝土的制備及性能研究[J].科技資訊，2022，20（16）：77-80.

[8]張超，任鵬鵬，鄧鵬，等.再生骨料透水混凝土力學(xué)性能和耐久性研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，50（3）：185-194.