再生骨料透水混凝土研究與進(jìn)展

(江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

0 引言

近年來，海綿城市建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生，而透水混凝土是海綿城市建設(shè)的重要組成部分。研究表明，透水混凝土自身多孔透水透氣的特性，有利于緩解大雨天氣城市排水系統(tǒng)的排水壓力，有利于土壤和大氣進(jìn)行熱量的交換，有利于土壤水分得到補(bǔ)充，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)和土壤中微生物的生存，透水混凝土主要應(yīng)用于低強(qiáng)度的路面和邊坡。目前，在城市建設(shè)中，大量建筑物的拆除、廢棄堆放及填埋，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。例如，我國(guó)每年廢棄建筑垃圾量高達(dá)15億t以上，有效利用率卻低于5%[1]；若將廢棄的磚石和混凝土材料加以利用，提高廢棄建筑材料再次利用率，一定程度將有效緩解天然骨料短缺，既節(jié)約資源，又保護(hù)環(huán)境。為此，本文結(jié)合了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)再生骨料的使用進(jìn)行研究，綜述了國(guó)內(nèi)外再生骨料透水混凝土的制備及性能，以期為再生骨料透水混凝土的研究與應(yīng)用提供參考。

1 再生粗骨料的分類

再生粗骨料是將建筑廢棄物中的混凝土、砂漿、磚瓦等加工成粒徑大于4.75 mm的顆粒。有如下幾種分類方式。

1)按粒徑尺寸分類[2]。連續(xù)粒級(jí)：5～16 mm，5～20 mm，5～25 mm，5～31.5 mm；單粒級(jí)：5～10 mm，10～20 mm，16～31.5 mm。

2)再生粗骨料按性能要求分類[2]。

(1)Ⅰ類：表觀密度>2 450 kg/m3，空隙率<47%，微粉含量<1.0%，泥塊含量<0.5%，針片狀顆粒<10%，吸水率<3.0%，壓碎指標(biāo)<12%，硫化物和硫酸鹽<2.0%，氯化物<0.06%，雜物<1.0%，5次硫酸鹽凍融循環(huán)的質(zhì)量損失<5.0%。

(2)Ⅱ類：表觀密度>2 350 kg/m3，空隙率<50%，微粉含量<2.0%，泥塊含量<0.7%，針片狀顆粒<10%，吸水率<5.0%，壓碎指標(biāo)<20%，硫化物和硫酸鹽<2.0%，氯化物<0.06%，雜物<1.0%，5次硫酸鹽凍融循環(huán)的質(zhì)量損失<9.0%。

(3)Ⅲ類：表觀密度>2 250 kg/m3，空隙率<53%，微粉含量<3.0%，泥塊含量<1.0%，針片狀顆粒<10%，吸水率<7.0%，壓碎指標(biāo)30%，硫化物和硫酸鹽<2.0%，氯化物<0.06%，雜物<1.0%，5次硫酸鹽凍融循環(huán)的質(zhì)量損失<5.0%。

2 再生骨料透水混凝土的制備

再生骨料透水混凝土是指用部分或者全部再生骨料取代天然粗骨料、水、水泥、摻和料和外加劑等，經(jīng)過攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)等工藝，制作成具有高空隙率的再生骨料透水混凝土。

1)配合比設(shè)計(jì)方面。配置強(qiáng)度，采用再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)；透水性能，根據(jù)再生骨料透水混凝土透水要求設(shè)計(jì)孔隙率，且孔隙率不應(yīng)低于10%，透水系數(shù)不小于5 mm/s；水膠比，根據(jù)透水再生骨料透水混凝土的配置強(qiáng)度和工作性能，水膠比取值一般為0.25～0.35[2]。根據(jù)“體積法”計(jì)算出再生骨料透水混凝土配合比和材料用量。

2)攪拌成型方面。攪拌，水泥裹漿法，將骨料和1%～3%的水預(yù)拌，然后加入膠凝材料拌和，最后加入剩余的水進(jìn)行攪拌；較一次攪拌法，它使膠結(jié)材料更均勻地包裹在骨料表面。成型，振搗成型和靜壓方法對(duì)透水混凝土的目標(biāo)孔隙率均有良好的保證。

3)養(yǎng)護(hù)方面。通過攪拌、裝模、成型、24～48 h后拆模，將試件置于溫度為20±2 ℃，相對(duì)濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境養(yǎng)護(hù)28 d，然后測(cè)試相應(yīng)性能。

3 再生骨料透水混凝土性能

再生骨料透水混凝土是一種多孔結(jié)構(gòu)，是典型的點(diǎn)接觸受力模型。再生骨料透水混凝土的力學(xué)性能、透水性能及耐久性能受再生骨料質(zhì)量、孔隙率以及骨料之間的漿體質(zhì)量的影響較大。

1)力學(xué)性能方面。再生骨料透水混凝土受力破壞時(shí)，呈現(xiàn)再生骨料本身破壞和界面破壞，當(dāng)水泥強(qiáng)度小于再生骨料強(qiáng)度2倍時(shí)，受力破壞形態(tài)為骨料本身破壞。再生骨料的表面包裹著舊砂漿，較天然骨料，表面更粗糙，有利于骨料間膠凝材料的粘結(jié)，但再生骨料的強(qiáng)度較天然骨料更低，較少摻量的再生骨料替代天然骨料對(duì)透水混凝土強(qiáng)度影響不大。目標(biāo)孔隙率是影響再生骨料透水混凝土強(qiáng)度的主要原因，隨著目標(biāo)孔隙率的增大，骨料之間的接觸面積就會(huì)減小，抗壓強(qiáng)度也會(huì)顯著降低；其次，再生骨料級(jí)配決定了再生骨料透水混凝土中骨料間受力面積，隨著骨料級(jí)配的增大，骨料間受力面積減小，抗壓強(qiáng)度顯著降低[3]。

2)透水性能方面。再生透水混凝土的孔隙率和透水系數(shù)呈正相關(guān)，抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)呈負(fù)相關(guān)。隨著再生骨料替代率增大，再生骨料透水混凝土的孔隙率和透水系數(shù)逐漸增大，隨著再生骨料級(jí)配增大，再生骨料透水混凝土的透水系數(shù)逐漸增大[4]。若水膠比太小，膠凝漿體過于干稠，不易在骨料間均勻包裹，而水膠比太大，膠凝漿體比較稀，容易封堵底部，降低有效孔隙率。

3)耐久性方面。再生骨料透水混凝土孔隙率高、強(qiáng)度低，在一定程度限制了透水混凝土的使用壽命。在我國(guó)北方，冬天的再生骨料透水混凝土材料產(chǎn)品會(huì)受凍融破壞，且沿海城市雨水呈堿性；不同凍融介質(zhì)對(duì)再生骨料透水混凝土凍融后質(zhì)量劣化程度不同，清水和3.5 wt% NaCl溶液作為凍融介質(zhì)，經(jīng)過25次凍融循環(huán)后，氯鹽環(huán)境中的試件劣化程度比清水中更為嚴(yán)重[5]。再生骨料透水混凝土多孔結(jié)構(gòu)，耐磨性能較差，當(dāng)再生骨料替代率在50%以內(nèi)對(duì)透水混凝土耐磨性影響較小，當(dāng)再生骨料替代率超過50%對(duì)透水混凝土耐磨性影響顯著[6]。

4 再生骨料透水混凝土研究意義及展望

目前，再生骨料透水混凝土是將建筑廢棄物機(jī)械破碎、分離，得到再生粗骨料，在透水混凝土中不同程度替代天然粗骨料，有利于透水混凝土綠色低碳生產(chǎn)使用。研究發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樵偕橇蠌?qiáng)度低，透水混凝土又是一種高空隙率材料，所以再生骨料透水混凝土一般適用于透水性高、強(qiáng)度低的場(chǎng)所；例如公園、小區(qū)和非機(jī)動(dòng)車道路面、透水磚鋪筑、護(hù)坡等透水混凝土建筑；但是，再生透水混凝土強(qiáng)度低卻制約了再生透水混凝土的推廣使用。因此，需要尋找一種或者幾種摻和料、外加劑，增強(qiáng)再生骨料自身強(qiáng)度和骨料間粘結(jié)強(qiáng)度。縱觀國(guó)內(nèi)外，對(duì)再生骨料透水混凝土的耐久性、導(dǎo)熱性和吸聲性方面的研究較少，因而需要對(duì)此領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步的研究，對(duì)再生骨料透水混凝土技術(shù)的進(jìn)一步完善和標(biāo)準(zhǔn)化，將有助于再生骨料透水混凝土產(chǎn)品的應(yīng)用推廣，促進(jìn)“海綿城市”建設(shè)。