再生骨料透水砖研究现状综述

李宗源，程海丽

（1.北方工业大学 土木工程学院，北京100144）

随着我国基础设施建设数量的不断增加，混凝土的需求量飞速上涨，仅2019年上半年，我国规模以上企业就生产混凝土10.32 亿m3[1]，与之相伴的是大量天然砂石的开采与使用。由于天然砂石的形成需要经过几百万年的地质演变，所以被视为一种不可再生资源，过量开采对自然环境的破坏不可逆转。另外，我国每年有大量老旧建筑物需要拆除，产生大量建筑废弃物，这些废弃物大多采用填埋的方式处理，不仅占用土地，而且在处理过程中，有机物质发生分解产生有害气体，严重污染环境，影响空气质量。

另一方面，我国城市面积不断扩大，但目前市内大多数道路路面材质为水泥和沥青混凝土，这些道路不具备快速透水和透气功能，降低了城市自身调节温度、湿度的能力，引发城市的热岛效应和内涝灾害，降低城市居住舒适性。2013年，习近平总书记在《中央城镇化工作会议》的讲话中指出，要建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市，透水砖便是海绵城市建设的基础条件和关键性材料，而再生骨料透水砖在实现了对建筑废弃混凝土的有效利用的同时，有效缓解了城市“热岛效应”[2]，逐渐受到专家学者们的关注。

1 再生骨料透水砖研究现状

1.1 再生骨料透水砖力学性能与透水性能

因再生骨料透水混凝土内部含有大量孔隙，所以，对再生骨料透水砖的力学性能与透水性的把控具有重要意义。但是，众所周知，透水混凝土的强度与透水性是两个相互制约的指标，目前，国内外专家学者的主要研究方向是在保证透水系数满足规范要求的前提下，尽可能地优化其力学性能。本节从骨料、掺合料、制作方法等方面分析再生骨料透水混凝土力学性能与透水性的研究现状。

根据再生骨料颗粒级配的特殊性，关于骨料粒径、水灰比等因素对再生骨料透水砖力学性能和透水性的影响，袁卓毅[3]和宋志斌等[4]均采用正交试验的方法进行了研究，试验结果表明，水灰比对再生骨料透水砖的各项性能影响最大，当水灰比为0.3、骨胶比为4.0、骨料粒径为2.5～10.0 mm 时，试件抗压强度和透水系数分别达到58.28 MPa 和0.289 mm/s，高于标准CJ/T 400—2012《再生骨料地面砖和透水砖》[5]中对于强度和透水系数的要求。何乃福等[6]采用废旧烧结粘土砖为骨料制备透水砖，通过试验选取最优再生骨料替代率，试验数据表明，当再生骨料替代率为20%时，再生骨料透水砖的各项指标满足标准要求。在骨料预处理方面，Liu[7]的研究显示，使用硅烷聚合物乳液预先浸泡再生骨料，可以有效提高再生骨料透水混凝土的各项性能。通过扫描试件断层水泥浆体的孔隙率和分布情况可知，在保持透水系数一致的情况下，骨料预处理可使试件的抗压强度提高30%。

掺合料是混凝土的六大组分之一，通过对现有文献分析得知，适量掺合料的掺入可以很好地改善再生骨料透水砖的力学性能和透水性能。李鹏[8]研究发现，在再生骨料透水砖中掺入一定比例的水性环氧和苯丙溶液，可以提高透水砖的力学性能。试验结果显示，透水砖的抗压强度与聚合物掺量正相关，与透水性负相关，当环氧树脂掺量保持在2%、透水系数为0.29 mm/s时，可使抗压强度提高3%左右。周云开等[9]研究了废弃橡胶粉对再生骨料透水砖性能的影响，研究结果显示，当废弃橡胶粉掺量从5.5%提高到9.5%时，透水系数从0.384 mm/s 降低到0.223 mm/s，抗压强度呈现先增后减的趋势，当废弃橡胶粉掺量为7.5%时，透水砖强度达到峰值，对应的透水系数为0.294 mm/s。

再生骨料透水砖性能特征与一般混凝土有较大差异，制备工艺的选择对其综合性能有较大影响。贺图升等[10]提出以集料裹浆厚度为主要参数计算透水砖配合比的方法，解决了再生骨料颗粒级配不一定满足普通混凝土配合比设计集料级配要求的问题。为满足再生骨料透水砖耐磨性的要求，周旭等[11]采用面层和基层分别配料的制作方法，试验得出面层和基层的最优配方分别为：目标空隙率10%，再生骨料粒径2.36～4.75 mm，水灰比0.28；目标孔隙率15%，骨料粒径4.75～9.00 mm，水灰比0.28。基于此配方制得的透水砖抗压强度为26 MPa，透水系数0.18 mm/s，符合再生骨料透水砖的规范要求。姜德民等[12]采用水泥裹石法制备的再生骨料透水砖，其抗压强度比普通搅拌法提高1 倍，透水系数虽略低于普通搅拌法，但大于0.01 mm/s，满足规范要求。张良[13]采用建筑垃圾破碎成再生骨料，通过砖机制备环保仿石透水砖并应用于实际工程，使用后工作状况良好，承载力与变形均符合要求。

1.2 再生骨料透水砖耐磨性

再生骨料透水砖由于具有高透水性，所以耐磨性相较于一般混凝土较差，且实际应用中耐磨性是影响透水砖使用寿命的关键因素。从再生骨料替代率、纤维等掺合料的掺入量等方面总结再生骨料透水砖耐磨性的研究现状。

王萍等[14]以沙漠风积沙配合耐火黏土材料制备再生骨料透水砖，探究沙漠沙掺量与透水砖耐磨性能之间的关系，试验数据显示，随着沙漠沙掺量的提高，磨坑长度逐渐加长，但透水系数有所上升，经过优化，确定沙漠沙最优掺量为50%，此时透水砖磨坑长度为26.6 mm，符合规范要求。

钢纤维等纤维属于高弹性模量材料，能显著改善再生骨料透水砖耐磨性能。干唯健等[15]针对透水砖耐磨性差的缺点，利用钢纤维和聚丙烯复合纤维对再生骨料透水砖进行强化，按照MU30 标准制作透水砖试件并测定耐磨性能。试验结果显示，掺入混合纤维的透水砖磨坑长度为32 mm，符合标准要求。

金属尾矿掺入配合高温烧结的成型方法也是目前增强再生骨料透水砖耐磨性能的重要方法。李峰等[16]采用钼尾矿搭配高温粘结剂，以压模成型法制备陶瓷透水砖，研究钼尾矿掺量对再生骨料透水砖的耐磨性的影响。结果显示，钼尾矿的含量与透水砖的磨坑长度和透水系数成正相关，透水砖烧成温度与之相反。当钼尾矿掺量为75%，烧成温度1 160 ℃时，透水砖磨坑长度为27 mm，符合规范CJ/T 400—2012 要求。Liu 等[17]的研究也得出过类似的结论，通过对掺入钢渣的透水混凝土的研究，发现1 320 ℃烧结透水砖具有优异的综合性能。

1.3 再生骨料透水砖耐久性

再生骨料透水砖的比表面积大于一般透水混凝土，当被广泛应用于实际工程中时，耐久性成为更应该关注的问题。

郭晓鹏等[18]通过对透水砖进行冻融循环试验，研究不同因素对透水砖抗冻性的影响，结果表明，对透水砖抗冻性能影响最大的3 个因素分别为：面层水饱和度、面层孔隙率和透水基层厚度。所以，透水砖抗冻性能的改善主要通过改变内部孔隙的数量和类型。杜运兴等[19]以再生粗骨料制备一种通孔透水砖，探究了通孔数量和再生粗骨料掺量对透水砖抗冻性能的影响，试验结果表明，随着再生骨料替代率和通孔数量的增加，透水砖的抗冻性能逐渐降低，但通孔透水砖的抗冻系数均在90.3%以上，部分达到99.3%，总体来说抗冻性能依旧优秀，能够满足CJ/T 400—2012 中强度损失率≤20%的要求。Mehmet Gesolu[20]的研究表明，由于橡胶粉颗粒的高比表面积在透水砖内产生大量的微尺寸孔隙，可以用来缓解水结冰体积变大的问题，所以橡胶粉的掺入可以有效提高再生骨料透水混凝土的抗冻性，且粒径小的橡胶颗粒对抗冻性的提高更为显著。

纤维作为一种增韧、阻裂效果优秀的材料，将其用于再生骨料透水砖是提高透水砖耐久性的新方向。干唯健等[21]提出将再生骨料透水砖榫卯异型结构，并通过添加钢纤维和聚丙烯纤维来提高再生骨料透水砖的强度和耐久性。试验结果表明，加入纤维后的再生混凝土透水砖的耐久性相较于普通再生混凝土透水砖有明显提升，而且榫卯异型透水砖铺装之后，比传统方形透水砖更加稳定。

2 结语

（1）在保证透水性的前提下，骨料预处理、优化再生骨料替代率、加入掺合料、合适的设计和制备方法，都可以提高再生骨料透水砖的强度。

（2）再生骨料的掺入使透水砖耐磨性有所降低，掺入适量细骨料、混杂纤维或金属尾矿等材料，配以合适的制备方式，可有效提高再生骨料透水砖的耐磨性能。

（3）再生骨料透水砖耐久性的提高，主要通过改变内部孔隙的数量和类型。橡胶粉等小粒径颗粒及高弹性模量的纤维材料可以用来提高其耐久性。