再生粗骨料透水混凝土性能的实验研究★

邱宙廷　丰　田　李光范

(海南大学土木建筑工程学院，海南 海口　570228)

0　引言

透水型生态混凝土是由单一粒径的粗骨料、水泥、添加剂、少量细骨料和水进行搅拌、加固及养护后，呈米花糖状并具有间隙的混凝土[1-3]。为了保证透水性混凝土的强度及透水功能，粗骨料通常采用粒径较小的单一粒径，比较集中的集料制备的混凝土有利于提高空隙率和孔隙率的尺寸及连同程度[4-6]。卢育英等研究了各因素对再生混凝土各性能指标的影响[8]，姜楠等研究了再生透水混凝土中再生粗骨料的掺量问题[6]，宋超等重点对再生透水混凝土的抗压强度进行了研究[3]。但他们对于各种成型工艺之间的对比和添加剂的影响因素都鲜有涉及，而且都是利用现成的材料制作，没有考虑过更加环保的方式。本次研究采用了民宅废弃混凝土块破碎后作为再生粗骨料，选用不同粒径的再生粗骨料做出的再生透水混凝土加入SR-02透水水泥混凝土增强剂提高其强度，改善性能，绿色环保，为再生透水混凝土的施工和研究提供了实验依据。

1　试验原材料、设备、粗骨料基本性能及成型工艺

1.1　试验原材料

再生混凝土的材料很多都是通过废物回收利用的，符合绿色理论。

水泥：天涯牌P.O42.5普通硅酸盐水泥；

再生粗骨料：海口市龙华区南大桥龙昆北路四层民宅柱子；

细骨料：南渡江河沙；

外加剂：南京佳境生态景观工程技术有限公司生产的SR-02透水水泥混凝土增强剂、胶结料、胶结剂、强化剂。

1.2　实验仪器

透水水泥混凝土透水系数试验装置：TS-A型透水系数试验装置和TS-B型真空饱水实验装置；

透水水泥混凝土试块模具：中国无锡华南实验仪器有限公司生产的电通量试模，规格φ100 mm×50 mm；

水泥砂浆搅拌机：无锡建仪仪器机械有限公司生产的JJ-5型水泥砂浆搅拌机；

压力试验机：TYE—2000B型压力试验机。

1.3　粗骨料基本性能

不同粒径的再生粗骨料的基本力学性能如表1，表2所示。

1.4　试块加工过程

在实验室内分别用直径为4.75 mm～9.5 mm和9.5 mm～19 mm的再生粗骨料制作混凝土标准试块。采用水泥裹石法进行混凝土搅拌,先往骨料中加入骨料可吸水量的水进行搅拌,待骨料的表面全部都被润湿后再加水泥拌和,形成包裹骨料表面的水泥粉壳,最后加入剩余水量的水搅拌均匀,使透水混凝土骨料表面形成厚度均匀的水泥浆层。采用不同的方法成型，然后填满稍微磨平，在温度为20 ℃±5 ℃的环境中静置养护24 h脱模。在养护条件温度为20 ℃±2 ℃，湿度为95%下不断洒水养护。

表1　粗骨料基本性能(一)

表2　粗骨料基本性能(二)

2　性能相关的实验研究及结论

2.1　成型方法对透水混凝土性能的影响

为了进一步研究成型方法对透水混凝土抗压强度和透水系数的影响，进行了不同的成型方法的对比试验。加压成型的方式是将搅拌均匀的混凝土拌合物一次性装满试模，将其表面整平移至压力机压板中进行不同压力加压成型；振捣成型是将混凝土拌合物一次性装满试模，移至混凝土振动台进行振捣；插捣成型是将混凝土拌合物分两次装满试模，进行插捣。试件成型养护后，测定相关系数，试验结果见表3。

表3　成型方法对比试验结果

由试验结果可知:现采用插捣20次、振捣12 s、加压2 MPa的成型方法，均能获得性能良好的透水混凝土；对比这三种成型方法可知：加压2 MPa的成型方法得到的透水混凝土强度、透水系数、连通孔隙率更优于其余两种成型方法。

2.2　材料配比对透水混凝土性能的影响

2.2.1初步试配过程

根据《建筑垃圾再生骨料透水性混凝土试验研究》再生透水混凝土强度和透水性能达到最佳平衡点的合理配合比为：骨灰比3.5，砂率15%，水灰比0.34。再生粗骨料的吸水率、压碎指标、堆积密度、孔隙率等基本性能差别很大。本试验采用骨灰比3.5，砂率15%试配能满足基本路用性能的最佳水灰比。

2.2.2初步实验室配合比

按上述方法用4.75 mm～9.5 mm和9.5 mm～19 mm的再生粗骨料分别配制水灰比为0.35，0.4，0.45，0.5和0.55的试块。将试块标准养护14 d，粒径为4.75 mm～9.5 mm的再生粗骨料制成的再生透水混凝土对应的14 d平均抗压强度分别为2.56 MPa,4.16 MPa,6.01 MPa,9.40 MPa,11.13 MPa，粒径为9.5 mm～19 mm 的再生粗骨料制成的再生透水混凝土对应的14 d平均抗压强度分别为1.78 MPa,2.35 MPa,4.78 MPa,8.02 MPa,7.03 MPa。当粒径为4.75 mm～9.5 mm时抗压强度随着水灰比的增大而增大，从抗压强度的角度分析水灰比越大越好。然而通过观察成型的混凝土试块很容易看出当水灰比达到0.5时，由于混凝土流动性过大，从而成型试块下部形成致密层、上部疏松、上下离析，严重影响透水性能。当再生粗骨料粒径为9.5 mm～19 mm 时抗压强度先是随着水灰比的增大而增大，当水灰比达到0.5时其抗压强度为最大，而此时混凝土试块上下严重离析，透水系数很小。9.5 mm～19 mm的粗骨料粒径之间的孔隙和4.75 mm～9.5 mm粗骨料粒径之间的孔隙相比更大，故相同水灰比时，粒径大的试块更容易发生离析现象。通过对比由两种不同单一粗骨料制成的14 d抗压强度可知由粒径较小的一组制成的再生透水混凝土的抗压强度偏大。

2.2.3分析试配结果并进一步试配最佳配合比

经上分析采用4.75 mm～9.5 mm的再生粗骨料粒径作为原材料，通过对比不同水灰比下的抗压强度推断能够满足基本路用强度的最佳水灰比在0.4～0.5之间。加入5%的外加剂试配水灰比为0.40,0.45,0.50的三种混凝土试块，检测三组试块的抗压强度再探索最佳水灰比。结果显示在水灰比为0.4,0.43,0.44,0.45,0.46,0.5再生透水混凝土14 d平均抗压强度分别为13.32 MPa，14.46 MPa，15.95 MPa，18.17 MPa,17.71 MPa,11.23 MPa。可以看出抗压强度最有可能达到基本路用性能的水灰比应该在0.44～0.46之间，对试块进行表面观察发现当水灰比为0.46时试块下部有形成密实层的痕迹，原因是流动性较大，砂浆从上到下集中流到了试块底部，并对水灰比为0.46的试块进行透水系数测试，其透水系数为0.86 mm/s不能达到1 mm/s。水灰比为0.45的试块透水系数达到1.15 mm/s，能够满足透水等级B级的要求。最后根据上述试验结果对水灰比为0.45的标准试块28 d标准养护下抗压强度能达到23.2 MPa。

2.3　添加剂对透水混凝土性能的影响

添加剂是配制透水混凝土中必不可少的一部分，常见的添加剂有增强剂、强固剂、强化剂、胶粘剂。本实验采用的添加剂SR-02是一种含SiO2与特殊功能单体合成的聚合物。SR-02将参与水泥水化反应形成高分子聚合物水泥水化体；大幅度提高水泥水化体的抗压和粘结强度；提高混凝土的抗冻融性能、耐久性和耐候性。现对添加剂的最佳使用量进行研究，实验结果如表4所示。

从表4数据可以看出，随着添加剂含量增加，透水系数和连通孔隙率都是在不断增长的，但是强度却存在拐点。28 d抗压强度随着添加剂含量的增加，缓慢上升，但是当添加剂含量大于8%之后，强度大幅度下降；透水系数始终随着添加剂的含量增大而增大，但增大的速率不太稳定；连通孔隙率比较稳定，稳定缓慢的上升。当添加剂的含量为8%时，再生粗骨料透水混凝土的性能最佳。

表4　不同添加剂含量下的性能

3　结语

粒径为4.75 mm～9.5 mm再生粗骨料制成的再生透水混凝土其抗压强度要优于直径为9.5 mm～19 mm的再生粗骨料制成的再生透水混凝土。以直径为4.75 mm～9.5 mm的再生粗骨料为原材料，加入SR-2型增强剂其抗压强度得到明显的提升。在砂率为15%，骨灰比为3.5，粗骨料粒径为4.75 mm～9.5 mm的情况下用该再生粗骨料试配的再生透水混凝土最佳水灰比为0.45，最佳添加剂添加量为8%，其标准试块的抗压强度23.2 MPa，透水系数为1.15 mm/s，透水系数能够达到一级标准，抗压强度能够满足人行道路基本路用性能，可用于实际施工。

再生透水混凝土的使用不仅使建筑垃圾变废为宝，而且有利于维护生态平衡，为海绵城市的建设添砖加瓦。随着天然粗骨料的不断减少和人们环保意识的增加，再生透水混凝土作为一种绿色产品，相信在不久的将来再生透水混凝土一定能够得到广泛的应用。

参考文献:

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