建筑垃圾再生骨料制備砂基透水磚工藝設計研究

王亞東 韋性全 李紅紅 龍世和

摘 要：以建筑垃圾再生骨料作為粗骨料代替碎石制備砂基透水磚。研究分析了建筑垃圾再生骨料的粒徑與級配、膠凝材料的摻量及成型工藝對砂基透水磚強度及透水系數的影響，得出了以建筑垃圾再生骨料代替碎石制備砂基透水磚的最佳配合比及成型工藝參數范圍：當水泥摻量為14%-16%，粒徑2.36-4.75mm集料在2.36-4.75mm與4.75-9.5mm混合料中的質量百分比為20-100%，成型壓力20MPa，振動時間0.2-0.3s時，7d抗壓強度大于30MPa，透水系數滿足JC/T 945-2005 《透水磚》標準要求。建筑垃圾再生骨料代替碎石制備砂基透水磚實現了建筑垃圾的再利用，提高了砂基透水磚的透水性。

關鍵詞：砂基透水磚;建筑垃圾再生骨料;抗壓強度;透水系數

近年來，海綿城市理念作為新的城市建設方向被提出來^[1]，砂基透水磚相較于普通透水磚具有更高的透水性和更長服役時間，因此鋪設砂基透水磚已成為主要發展方向，經調研發現，使用砂基透水磚可以明顯改善雨水的地面下滲，減輕城市內澇、熱島效應等一系列問題，維持城市生態系統的平衡。因此砂基透水磚的需求將日益增加。

隨著我國城鎮化步伐的推進，建筑業高速發展，隨之帶來建筑垃圾數量的持續增長，大量堆放的建筑垃圾占用大量土地，污染水土資源和大氣環境，對生態環境造成巨大壓力^[2][3]。采用建筑垃圾再生骨料生產砂基透水磚將大大減少建筑垃圾的堆積，減輕建筑垃圾對生態環境造成的壓力，還可節約大量礦產資源;建筑垃圾再生骨料具有較大的比表面積和孔隙率^[4]，用于制備砂基透水磚，具有更好的力學性能和透水性，為建筑垃圾的處理提供了新方向。

一、試驗方案

（一）原材料

水泥：白銀壽鹿山P.O42.5級水泥，其物理性能見表1。

建筑垃圾再生骨料：蘭州新區市政建材有限公司廢棄混凝土路面磚經干燥、破碎、篩分加工制成的2.36-4.75mm、4.75-9.5mm級配骨料，物理性能指標見表2。

風積砂：取自甘肅省永登縣武勝驛鎮地區風積砂，物理性能指標見表3。

環氧樹脂：采用深圳明德化工有限公司產E44（6101）.650非溶劑型水性環氧樹脂膠。

固化劑：采用深圳明德化工有限公司產E44（6101）.650環氧樹脂固化劑。

（二）實驗設計

本次實驗砂基透水磚面層采用已有較為成熟的經驗配合比，取天然砂：環氧樹脂：固結劑=95：4：1，基層骨料采用建筑垃圾來制備砂基透水磚，實驗通過設置2.36-4.75mm與4.75-9.5mm建筑垃圾再生骨料加入的不同比例、不同膠凝材料摻量以及不同成型工藝，分析其對砂基透水磚強度、透水系數的影響。

（三）試樣成型

本次實驗采用RT-15A型成型機干法成型，按照設計好的試驗配合比方案依次稱取原材料，將環氧樹脂與風積沙、固結劑按設計比例加入面料攪拌機攪拌均勻;再將水泥與骨料加入底料攪拌機拌合2min，最后再緩慢加入水，加水過程保持一直攪拌，加水至底料濕度為38%±2%時停止加水，最后攪拌1min完成底料拌合。將拌合好的面料與底料分別由面料攪拌機和底料攪拌機通過皮帶傳送至主機，分層加入模具振壓成型，成型后放入標準養護窯養護。

（四）性能檢測

在標準養護窯養護至7d齡期后，按照GB/T 25993-2010《透水路面磚和透水路面板》對所制備的砂基透水磚進行力學性能和透水系數測試。

二、結果與分析

（一）水泥摻量對砂基透水磚強度及透水系數影響

集料級配取2.36-4.75mm：4.75-9.5mm=20%∶80%，成型壓力20MPa，振動時間0.3s，取不同水泥摻量，分析了水泥摻量對砂基透水磚強度及透水系數的影響，試驗結果見表2.1，水泥摻量與砂基透水磚強度及透水系數的關系見圖2.2。

由表2.1和圖2.2分析可知，水泥摻量對7d抗壓強度和透水系數有著重要影響，隨著水泥摻量的增大，水泥漿硬化后集料顆粒間的接觸點增多，粘結面積增加，空洞體積減少，孔隙率下降，大部分透水通道被隔斷，水分下滲通道減少，具體表現為砂基透水磚7d抗壓強度增加，透水系數降低^[5]。

（二）集料粒徑與級配對砂基透水磚強度及透水系數影響

取水泥摻量15%，成型壓力20MPa，振動時間0.3s，設置2.36-4.75mm與4.75-9.5mm骨料不同級配比例，分析集料粒徑與級配對砂基透水磚強度及透水系數影響。實驗結果見表2.3，集料粒徑與級配對砂基透水磚強度及透水系數影響見圖2.4 。

分析表2.3和圖2.4可知集料粒徑與級配與砂基透水磚強度及透水系數有著密切關系，隨著細集料摻量提高，7d抗壓強度逐漸降低，透水系數逐漸增大，細集料摻量越高，透水磚7d抗壓強度越高，透水系數越小，這是因為細集料之間的接觸點和粘結面積大于粗集料，減小了透水磚內部空洞，降低了空隙率，表現在孔隙率隨細集料摻量的提高而逐漸減小，從而提高了透水磚的抗壓強度降低了透水系數。試件JP3相比于JP2強度略微提高，是因為設置2.36-4.75mm與4.75-9.5mm集料的比例使得試件JP3細集料相比其他試件更好的填充了4.75-9.5mm的間隙，進一步降低了空隙率，從而提高了強度。

（三）成型工藝對強度及透水系數的影響

水泥摻量取15%，集料級配取2.36-4.75mm：4.75-9.5mm=20%∶80%，設置不同成型壓力與振動時間，分析不同成型壓力與振動時間對強度及透水系數的影響。實驗結果見表2.5。

由表2.5分析可知，隨著成型壓力和振動時間的提高，砂基透水磚的7d抗壓強度逐漸增大，透水系數逐漸減小，這是因為隨著成型壓力和振動時間的提高，砂基透水磚內部的空隙被進一步壓縮，從而提高了強度，降低了透水系數^[6]。

三、結語

（一）采用建筑垃圾再生骨料作為基層制備透水路面磚，能夠滿足GB/T 25993-2010《透水路面磚和透水路面板》的要求。實現了建筑垃圾的資源化利用，又在一定程度上提高了透水路面磚的性能。

（二）抗壓強度和透水系數是一對相互制約的指標，為滿足不同條件下的使用要求，可合理調整配合比及生產工藝參數。

（三）從降低成本的角度考慮，找到了采用建筑垃圾再生骨料作為基層制備透水路面磚的最優配合比及生產工藝參數范圍，水泥摻量為14%-16%，粒徑為2.36-4.75mm集料在2.36-4.75mm與4.75-9.5mm混合料中的質量百分比為20-100%，成型壓力20MPa，振動時間0.2-0.3s時，7d抗壓強度大于30MPa，透水系數滿足GB/T 25993-2010《透水路面磚和透水路面板》標準要求。

參考文獻：

[1] 俞孔堅.海綿城市理論與實踐[J].城市規劃，2015.39（6）：25-32.

[2]張小娟.國內城市建筑垃圾資源化研究分析[D].西安建筑科技大學.2013.

[3]Silvio Schade.Successful recycling of construction waste and precast concrete production under one roof?[J]. Betonwerk+Fertigteil-Technik/Concrete Plant+Precast Technology，2018，84（6）：40-45.

[4]高崇信，劉丹丹.建筑垃圾再生骨料生產工藝及性能[J].城市建設理論研究.2013（23）.

[5]賀圖升，趙旭光，趙三銀，黎載波，林云龍。復合結構透水磚配合比參數研究[J].武漢理工大學學報，2014.36（1）：35-38.

[6]范一坤 趙 飛 趙佳興 孫樹夫 崔俊毅.壓力荷載對混凝土路面磚性能的影響分析[J].河北建筑工程學院學報，2017.35（2）：6-9.