再生骨料及再生骨料透水混凝土的研究現狀簡介

陳欣然 達則曉麗＊

（西昌學院土木與水利工程學院，四川 西昌 615000）

0 引言

再生骨料透水混凝土，結合了再生混凝土和透水混凝土兩者的優勢，既能將建筑垃圾回收利用，又能減少城市的積水，降低城市的噪聲和熱島效應，符合可持續發展的理念， 還能應用于海綿城市的建設，具有重要的社會和經濟效益[1]。

本文主要總結闡述了再生骨料透水混凝土改善抗壓強度和透水率等有關方面已經取得的進展，凝練總結目前主流認可的骨料改性方法、 強化制備方法，并對目前尚未解決的問題進行總結，為再生骨料透水混凝土的進一步發展和研究提供參考。

1 再生骨料的改性和強化研究

目前較為普遍的獲得高品質再生骨料的方法主要有機械研磨法和濕處理法兩大類，無論是去除表面的水泥層或是填補表面的細小裂紋，都可以有效提高再生骨料的強度、降低吸水率。

1.1 機械研磨

選擇性研磨法和空氣加熱研磨法可以使再生骨料的品質得到不同程度的提高， 都是通過物理手段去除天然骨料表面的水泥漿體從而達到提升強度的目的。

1.2 濕處理法

目前， 濕處理法也是常用的提高再生骨料強度的有效方法。 將再生骨料浸泡或者涂抹相應試劑，可以粘合大部分再生骨料表面的裂紋和空隙， 或是通過化學的方法，使試劑與骨料膠結層中的物質反應，去除骨料表面的漿體層。 常見的化學漿液有：水泥外摻Kim 粉、聚合物乳液、有機硅防水劑、純水泥漿、水玻璃溶液、火山灰溶液、水泥外摻一級粉煤灰、石灰石粉等[2]。

1.3 碳化反應

根據混凝土的碳化反應可知，CO2可以增強再生骨料的力學性能。 KOU[3]采用100%濃度的CO2，經過控制養護時間， 獲得碳化程度不一樣的再生粗骨料。結果表明，養護時間越長，碳化程度越好，骨料的強度就越高。 李亞可學者的實驗結果表明，碳化處理再生骨料能有效提高再生骨料的表觀密度，減小其吸水率和壓碎指標，使再生骨料的性能更接近天然骨料[2]。

1.4 超聲波洗滌

除上述改性方法外，在對骨料進行預處理階段的清洗方法對再生骨料的強度也有較大的影響。超聲波洗滌法就是其中較為高效經濟的清洗方法。

2 再生骨料透水混凝土的改性研究

以下簡要概述有關再生骨料透水混凝土的制備工藝、抗壓強度和透水率等方面的研究成果。

2.1 再生骨料顆粒級配的選擇

經過張萍等學者的試驗研究發現10～15 mm 的粒徑試樣透水性最好。 首先，由于再生骨料的粒徑越小，相對試樣內部孔隙越小且分布更加均勻，水流與試樣內部的接觸面積增大， 導致水流受到的粘滯阻力增大，減弱了水透過的能力。 與此同時，過大的粒徑雖然連通孔數量增多，但同時使得孔隙率增大，骨料與骨料間接觸面積減小，會導致強度明顯下降。 所以， 增大目標孔隙率和再生骨料粒徑會使試樣透水能力提高但強度降低。 經過反復實驗， 對比實驗數據，綜合考慮強度和透水率兩個指標，認為選擇粒徑比為 5～10 mm∶10～15 mm=1:1 的復合級配為最佳配合比[4]。

2.2 膠結層水泥用量

在相同的集灰比下，減少比表面積，增加水泥漿厚度，在不增加膠結點的前提下增加接觸面積，也能夠提高透水混凝土的強度[5]。 骨料的強度高而水泥膠結層強度相對較低， 這使得骨料-水泥漿體的界面過渡區強度較弱，受力時該界面最容易被破壞，所以提高透水混凝土的強度可以從提高膠結點黏結強度和界面過渡區狀態等考慮[6]。

2.3 再生骨料品種的混合與配比

在骨料的選擇方面， 任藝楠學者經過研究發現，摻加再生紅磚和再生混凝土混合骨料一定配比（再生紅磚摻量為15%、砂率6%、水灰比0.25、骨料粒徑為5～20 mm）后，也能使得再生骨料透水混凝土各方面性能達到更優狀態[7]。

2.4 再生骨料取代率

研究發現，透水混凝土孔隙率和透水性能隨著再生骨料的增加呈先減后增的變化趨勢，其中，取代率為40%時，混凝土的孔隙率最小；隨著再生骨料的不斷增加， 混凝土的透水系數呈先減后增的變化趨勢，再生骨料的增加能增大混凝土孔隙率，進而能增強混凝土的透水性能；適宜的再生骨料取代率可有效增強混凝土的抗壓強度[8]。 而具體多少取代率時可以使再生骨料透水混凝土的強度和透水率平衡權重達到最佳狀態，仍需根據具體情況和要求進行針對性研究。

2.5 加入礦物摻合料（再生微粉）

改善混凝土性能的另一個技術手段是加入礦物摻合料。 活性礦物摻和料可與水泥水化產生的Ca（OH）2結合，促進二次水化反應，生成C-S-H 膠凝體，同時摻合料可填充內部空隙，可以增加密實度。 另外，利用再生微分取代部分水泥也有利于節約成本。

2.6 最佳水灰比

在制備過程中，相同再生骨料摻量下，再生透水混凝土的強度和透水性能均隨著水灰比的增加而先增后減。 綜合強度試驗和透水試驗結果， 摻10%和30%再生骨料的再生透水混凝土的最佳水灰比約為0.4， 摻50%再生骨料的再生透水混凝土的最佳水灰比約為 0.45[9]。

2.7 加入纖維

加入纖維，并不會對再生骨料透水混凝土的孔隙率和透水性能產生較大影響，但對于力學性能的提升有較大的幫助[10]。

3 存在的問題

目前，再生骨料透水混凝土在許多方面仍然存在爭議，除以上所提到的內容以外，仍存在以下問題有待解決。

（1）對于再生骨料的改性和強化，大致可以劃分為物理和化學的方法， 而物理方法存在機械能損耗大、改性效率低等不足，化學方法也存在不環保、成本高等問題[11]。

（2）摻加硅粉、增加膠結層厚度等方法雖能有效提高再生骨料透水混凝土的強度，但同時密實度也會增加，從而導致孔隙率下降，透水率下降。

（3）如何取舍并選擇取代率，是有必要針對具體要求和客觀環境進行研究的方面。

（4）目前需要一種能夠有效提高有效孔隙率的方法，來保證在強度不變的情況下，提高透水混凝土的透水率。

（5）再生骨料透水混凝土的耐久性通常不如天然骨料透水混凝土，如何減少單位時間內再生骨料透水混凝土的損耗率也是目前有待解決的一個問題。

4 總結

通過對以上再生骨料的改性、強化方法和再生骨料透水混凝土的研究現狀介紹，可以得出以下結論。

（1）再生骨料的顆粒級配、骨料混合種類以及透水混凝土中再生骨料的取代率、水灰比等均能取得相對穩定并且兼顧強度和透水率的數值。對于再生骨料透水混凝土的一些有關規范還需要完善，以便為以后工程實例提供依據。

（2）礦物摻合料及混凝土外加劑對于再生骨料透水混凝土的強度有很大提高。 另外，從長遠的角度出發，新興高品質建筑材料的普遍應用，使得我們可以選擇嘗試更多高性能材料來提高混凝土的品質。

（3）再生骨料透水混凝土經濟成本較高。 尋求簡單可行的有效制備和改性方式， 進一步降低其成本，使其成為極具普遍推廣應用價值的綠色建材是非常有必要的。

（4） 國內對于再生骨料透水混凝土的相關標準和要求仍不夠完善。建議加快建立完善的相關標準，以推動再生骨料透水混凝土技術在土木工程領域的應用。