利用再生骨料制備透水混凝土試驗研究

蔡基偉，李靜，張少波，吳計旭，羅斐

（1. 河南大學材料與結構研究所，河南 開封 475004；2. 邯鄲涉縣金隅水泥有限公司，河北 邯鄲 056400；3. 邯鄲金隅太行水泥有限責任公司，河北 邯鄲 056200）

利用再生骨料制備透水混凝土試驗研究

蔡基偉1，李靜1，張少波2，吳計旭3，羅斐1

（1. 河南大學材料與結構研究所，河南 開封 475004；2. 邯鄲涉縣金隅水泥有限公司，河北 邯鄲 056400；3. 邯鄲金隅太行水泥有限責任公司，河北 邯鄲 056200）

利用再生骨料制備透水混凝土，具有良好的生態(tài)效應和社會效益。本試驗采用附加水量法，按不同凈漿水灰比及凈漿對骨料空隙的填隙系數(shù)配制一系列試樣，觀察無砂透水混凝土試樣的積漿情況并測試抗壓強度。試驗發(fā)現(xiàn)，凈漿水灰比偏大時易造成透水混凝土積漿堵孔，水灰比偏小時則成型效果差，兩種情況均對強度不利。透水混凝土屬于骨架空隙結構，強度與灰水比的關系不符合鮑羅米公式。在不積漿條件下，凈漿強度與流動性矛盾達到平衡時的水灰比為最佳水灰比（約 0.30），此時試樣不易積漿且強度達到最高（10.2MPa）。透水平衡時，每平方米地面透水流量將近 0.3m3/min，將在海綿城市系統(tǒng)中發(fā)揮很好的調(diào)蓄作用。

透水混凝土；再生骨料；抗壓強度；填隙系數(shù)；積漿

0 引言

現(xiàn)代化城市地表過度硬化，引起了嚴重的生態(tài)問題。每逢大雨，全國各大城市紛紛出現(xiàn)市內(nèi)“觀海”景象。城市內(nèi)澇的直接原因是排水設施能力不足、溝渠清淤不到位及常規(guī)的硬化地面失去了對雨水的調(diào)蓄作用。無砂混凝土不含細骨料，僅包括膠材、粗骨料、拌合水和外加劑等組分[1]。無砂混凝土中膠材僅起粘結作用，同時保留較多的透水孔隙，從而形成多孔結構，具有保溫、透氣和透水性能，是透水混凝土的不二選項[2-4]。透水混凝土符合我國建設海綿城市的需要，將降雨蓄集利用，既補給了地下水又緩解了城區(qū)排水困難問題。舊建筑物拆除量增多，出現(xiàn)大量廢棄混凝土[5]，我國建筑垃圾利用率仍處于較低水平[6]。廢棄混凝土經(jīng)破碎可加工成再生骨料，但再生骨料強度一般較低，而透水混凝土由于許多大孔的存在也導致材料強度很低。因此，利用再生骨料制備透水混凝土在力學性能方面具有適用性。用再生骨料制備透水混凝土，一舉兩得。

1 試驗原材料與方法

1.1 原材料

（1）水泥為 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，28d 實測抗壓強度 45.1MPa。

（2）再生粗骨料是用廢棄混凝土塊經(jīng)破碎機簡單破碎制得，顆粒粒徑介于 5～16mm，攪拌過程中（約 5～10min）的吸水率為 2.86%，表觀密度 2300kg/m3，緊密堆積密度1380kg/m3。再生粗骨料的級配曲線見圖 1。

1.2 試驗配合比及試驗方法

取粗骨料間的緊密系數(shù)為 0.97，在次緊密堆積狀態(tài)下空隙率為 42%，記凈漿用水量為 W0，水泥用量為 C，吸入粗骨料顆粒內(nèi)的附加水量為 W1，每立方米拌合物中粗骨料顆粒間的空隙體積為 V0，則凈漿體積 Vp=Vc+Vw0，凈漿體積占粗骨料空隙體積之比本文稱為填隙系數(shù)，即 k=Vp/V0．試驗按凈漿水灰比 W0/C=0.2～0.5 以及填隙系數(shù) k=0.2～0.5，設計一系列配合比進行試拌。在試拌過程中邊攪拌、邊加水、邊觀察凈漿稠度，當目測凈漿泛光時停止加剩余的水，如果達不到泛光程度再補充少許水量，整理后的試驗配合比見表 1。成型拆模后觀察試件底部及側面是否積漿，標準養(yǎng)護至 7d 和 28d 齡期，參照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測定抗壓強度。

圖1 再生粗骨料級配曲線

2 結果與討論

2.1 透水混凝土的強度與積漿情況

試件強度與積漿情況見表 1，28d 強度與 C/W0關系如圖2 所示。在圖 2 中，曲線左上方試驗點均存在積漿現(xiàn)象；曲線下方的若干試驗點屬于漿量不足，強度沒有達到最優(yōu)。將不積漿并且強度相對較高的試樣強度結果連接成曲線，從連接線的形狀來看，透水混凝土強度與 C/W0不成線性關系，說明透水混凝土的強度并不符合鮑羅米公式表述的規(guī)律，而存在最佳灰水比。

圖2 不同灰水比時積漿情況和抗壓強度

用凈漿水灰比（W0/C）作橫軸時，強度與水灰比的關系見圖 3，W0/C≈0.40 的試樣多數(shù)積漿；試件底部存在一定面積的堵孔現(xiàn)象，W0/C≈0.50 的試樣積漿嚴重，底面全部堵實并且積漿層厚度較大。曲線下方的試樣屬于漿量不足的情況，粗骨料顆粒間粘結面積較小，強度相對較低。W0/C≈0.30 時，如果漿量合理，透水混凝土強度可達最高（10.2MPa），即凈漿最佳水灰比在 0.30 左右。

圖3 不同水灰比時積漿情況和抗壓強度

表1 透水混凝土配合比與試驗結果

在水灰比一定的條件下，填隙系數(shù) k 對透水混凝土強度的影響如圖 4 所示。水灰比一定時，透水混凝土的 28d 強度隨著填隙系數(shù) k 的增加而增加。圖中 W0/C 分別為 0.40、0.30和 0.25 時，隨著水灰比的減小，趨勢線的斜率增大，也就是說水灰比影響著強度對填隙系數(shù)的敏感性。

當填隙系數(shù)均為 k=0.32 時，W0/C≈0.40 和 W0/C≈0.25 時的強度均低于 W0/C≈0.30 時的強度；在試驗范圍內(nèi) W0/C≈0.30趨勢線整體位于另外兩條趨勢線（及延長線）之上，即對于強度而言最佳水灰比約為 0.30。

圖4 填隙系數(shù) k 對透水混凝土強度的影響

2.2 透水混凝土的透水性

試驗制備的透水混凝土具有良好透水性（如圖 5 所示）。為了量化表征透水混凝土的透水性，本文采用透水平衡時單位面積透水流量（簡稱透水流量）來表示透水混凝土的透水性。

圖5 透水混凝土試件的透水性

對于強度和填隙系數(shù)接近最佳值的代表性試件（A4），經(jīng)測試，其單位面積透水流量為 294L/(m2·min)。這意味著，每平方米透水混凝土地面，可透水將近 0.3m3/min，在土壤飽和之前很難造成地面積水，從而可緩解路面排水困難的問題。

3 結論

（1）在設計再生骨料透水混凝土配合比時，宜采用附加水量法，凈漿稠度以達到目測泛光為宜，以免積漿堵孔。

（2）透水混凝土的強度不符合鮑羅米公式，凈漿水灰比取 0.30 左右較合理，如果取值偏大，則因凈漿流動性過大而造成積漿堵孔，嚴重影響混凝土的透水性；如果取值偏小，則凈漿對骨料粘結不良，成型效果差，透水混凝土的強度不足。

（3）水灰比一定時，隨著凈漿對骨料間空隙填充程度的增加，透水混凝土抗壓強度隨之增大，且在試驗范圍內(nèi)，水灰比減小能夠增大強度對填隙系數(shù)的敏感度。

（4）作透水用途的無砂混凝土屬于骨架空隙結構，水灰比的減小使凈漿強度增加；水灰比的適量增大使凈漿流動性增加，也就改善了粘結效果，有利于提高透水混凝土的強度。在不積漿條件下，凈漿強度與流動性矛盾達到平衡時的水灰比為最佳水灰比。

（5）水灰比和填隙系數(shù)都接近最優(yōu)時，透水混凝土每平方米透水流量將近 0.3m3/min，若用于城市地面或路面，將能很好地解決雨天積水問題。

[1] 胡勇有，胡春明，謝磊，等．植生型生態(tài)混凝土孔隙狀態(tài)對植物生長的影響[J]．華南理工大學學報（自然科學版），2006,34(12): 5-9．

[2] 李政啟，相陽，李家明，等．植生型無砂多孔生態(tài)混凝土性能評述[J]．建筑節(jié)能，2012,40(4): 50-53．

[3] 趙雁，鐘志遠，韋延年．無砂大孔混凝土在環(huán)保節(jié)能技術中的應用[J]．四川建筑科學研究，2009,35(2): 227-228．

[4] 沈衛(wèi)國，楊志峰，馬威，等．透水生態(tài)混凝土與植草性能的研究[J]．公路，2008,(8): 230-233．

[5] 嚴捍東．再生骨料混凝土配制透水路面磚[J]．華僑大學學報，2006,27(1): 54-57．

[6] 王永海，寇衛(wèi)鋒，周永祥，等．再生骨料透水混凝土力學性能的影響因素研究[J]．工程質量，2015,33(5): 46-50．

［通訊地址］河南省開封市金明大道（475004）

Experimental research on pervious concrete with recycled aggregate

Cai Jiwei1, Li Jing1, Zhang Shaobo2, Wu Jixu3, Luo Fei1
(1. Institute of Materials and Structures, Henan University, Kaifeng, Henan 475004; 2.Handan Shexian Jinyu Cement Co., Ltd., Handan, Hebei, 056400; 3.Handan Jinyu Taihang Cement Co., Ltd., Handan, Hebei, 056200)

The application of recycled aggregate in preparing pervious concrete has great ecological effects and social benefits. The experiment was performed in method of additional water content. In the experiment, a series of no-fines pervious concrete samples with recycled aggregate were prepared in various water-to-cement ratio of paste (W0/C) and different paste-to-voids ratio (k) to observe the situation of paste deposition and test their compressive strength. The results reveal that higher W0/C brings possibility of paste deposition and blocks up pores inside pervious concrete, however, lower W0/C causes bad formation of concrete. Lower strength appears in both cases. Because pervious concrete belongs to skeleton-gap structure, the relation between strength and cement-to-water ratio (C/W0) doesn’t comply with Bolomey equation. In condition of none paste deposition, there exists optimal W0/C (approximate 0.30) when discrepancy between strength and fluidity is balanced. In such circumstance, the strength of pervious concrete reaches maximum (10.2MPa) without paste deposition. The measured regime discharge through each square meter was near upon 0.3m3/min. The pervious concrete will play an important role in a ‘sponge city’ to deal with rainwater.

pervious concrete; recycled aggregate; compressive strength; paste-to-voids ratio; paste deposition

蔡基偉（1963—），男，教授，博士。主要從事高性能水泥基材料和固體廢棄物資源化利用研究。