再生骨料透水混凝土的制備及性能研究

姚碩，陸宗武

(1.安徽建筑大學，安徽 合肥 230601；2.合肥東凱新型建材有限公司，安徽 合肥 231600；3安徽皖維高新材料股份有限公司，安徽 合肥 238000)

0 前言

近年來，中國城市化進程的加快導致大量基礎設施的拆除，其中大部分是混凝土和磚石建筑，這些拆除產生了大量的拆建廢料。目前，中國的拆建廢物數量已占城市固體廢物總量的30%～40%。據估計，目前中國大陸每年生產約2億噸廢混凝土。回收和再利用廢混凝土的需求非常迫切和必要。將建筑垃圾中的廢混凝土、磚石破碎、篩分可制得再生骨料。這種骨料表面粗糙、多棱角、比表面積大、吸水量大。因此，用其配制混凝土時單位用水量比普通混凝土大，混凝土坍落度損失也大。再生骨料混凝土的強度和彈性模量相當于天然骨料混凝土的2/3。

透水混凝土又稱多孔混凝土，無砂混凝土，透水地坪。是由骨料、水泥、增強劑、和水拌制而成的一種多孔輕質混凝土，它不含細骨料。透水混凝土由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結構，具有透氣、透水和重量輕的特點。

本論文主要是研究制備高透水性能的透水混凝土，并對其性能機理進行初步研究，將廢棄混凝土、廢棄紅磚破碎成不同粒徑，并作為粗骨料制備透水混凝土。以天然碎石為對照組，研究骨料種類、粒徑對透水混凝土性能的影響規律。

1 實驗

1.1 實驗原料

本次實驗采用的水泥是P.S.A 32.5礦渣硅酸鹽水泥，密度為3.1×10kg/m，對碎石、廢棄紅磚、廢棄混凝土三種骨料進行了堆積密度和表觀密度的性能測試，同時計算空隙率，結果如表1所示。由表可以看出，與碎石相比，廢棄混凝土的密度有小幅度降低，廢棄紅磚密度最小。隨粒徑增大，體系空隙率增大。

原材料性能指標 表1

1.2 實驗過程

1.2.1 最佳水灰比

查閱資料可知，透水混凝土最佳水灰比范圍為0.25～0.45，對三種骨料按照配合比計算方法，進行設計計算，然后進行試拌。發現，W/C=0.35時，碎石和廢棄混凝土為粗骨料的透水混凝土狀態最好，此時拌合物的粘聚性很好且漿體能夠很均勻地包裹在粗骨料表面，不會出現漿體過多沉積溢出等現象；由于紅磚吸水率較大，W/C=0.45時，紅磚為粗骨料的透水混凝土狀態最好。

1.2.2 實驗方案

根據試拌的結果，將碎石和廢棄混凝土作為粗骨料的透水混凝土的水灰比確定為0.35，廢棄紅磚作為粗骨料的確定為0.45。具體實驗方案如表2所示。

實驗方案 表2

1.2.3 配合比設計

設計過程以4.75～9.5mm石子作粗骨料，透水混凝土目標孔隙率P=15%為例。1m混凝土中石子的質量為：

由式（2）可知1m混凝土中水泥漿的體積為170mL

由于水泥密度為3.1×10kg/m,水灰比為0.35，則有：

則配合比計算結果為：Mg=1774kg，Mw=2541kg，Mc=89kg。

按照配合比計算實例中的計算方法，對實驗方案所設計的透水混凝土試塊進行了配合比計算，匯表如表1～表2。

1.3 試塊的成型、制備與養護

本次試驗采用手工拌合，試樣模具尺寸為100mm×100mm×100mm，每組實驗做兩個試件進行對比。混凝土經攪拌后，分兩次裝進模型，每一次把拌合物裝進模型后都要用搗棍進行搗實，使混凝土拌合物緊密堆積。普通混凝土采用的振搗方法都是振動成型或機械振搗，而本課題透水混凝土成型時并沒有選擇振動成型和靜壓成型，因為無法很準確地掌握好時間，所以選擇的是人工搗實。本次試驗采用的是自然養護，次日拆模后放在實驗室的柜子里面進行自然狀態下的養護。

2 性能測試

本實驗力學性能測試所用儀器為NYL-600型壓力試驗機。根據以下公式計算出強度：

式（5）中：P——壓強（MPa）；F——壓力（N）；S——受力面積（m）。采用變化水頭的試驗方法對透水性能進行測試，如圖1所示，在套筒中注入一定量的水，水通過透水混凝土流出，通過計時，測定單位時間的出水量，即單位時間通過透水混凝土試塊的水流量。

圖1 透水測定裝置示意圖

碎石作為粗骨料的配合比 表3

廢棄紅磚作為粗骨料的配合比 表4

廢棄混凝土作為粗骨料的配合比 表5

3 結果與討論

3.1 力學性能結果分析

3.1.1 水灰比對透水混凝土力學性能的影響

圖2為以粒徑為9.5～16mm的碎石做粗骨料時，在目標孔隙率為25%的情況下，水灰比對試樣力學性能的影響。由圖可知，當水灰比為 0.30、0.35、0.40、0.45時，制得透水混凝土的抗壓強度分別 為 13.04 MPa、23.07MPa、17.42MPa、9.14MPa。可見，隨著水灰比的增大，抗壓強度值是先增大后減小，呈拋物線型。較小的水灰比在孔隙率一定的情況下，試塊中水泥的量會增多，而水的量也有限，而導致水泥漿干的快也硬的快，拌合物的流動性差，無法裝模成型，對其強度不利；反之，水灰比太大，透水混凝土的和易性就會特別的好，這時水泥漿的量就會超出范圍，多出的水泥漿有可能會將骨料之間的空隙填堵，試拌過程中發現漿體從骨料之間的縫隙沉積到試塊底部，最終發生封底現象，透水混凝土的抗壓強度也會降低。

圖2 水灰比對透水混凝土力學性能的影響

3.1.2 骨料粒徑對透水混凝土力學性能的影響

骨料粒徑對透水混凝土力學性能的影響結果見圖3。由圖可知，三種骨料隨著粒徑的減小，抗壓強度均呈現一樣的變化趨勢，即逐漸增大。究其原因是粗骨料的粒徑愈小，混凝土單位體積的表面積是愈大的。這種情況下，單位體積的透水混凝土里，骨料與膠凝材料的接觸面就會增大；同時與膠凝材料的粘結力也就會增大。因為就混凝土而言，其強度的主要貢獻力來源就是骨料之間的粘結力度，在這種情況下，透水混凝土的強度顯然會增強。

圖3 不同透水率混凝土抗壓強度

3.1.3 目標孔隙率對透水混凝土力學性能的影響

由圖3可知，隨著目標空隙率的增大，透水混凝土的抗壓強度逐漸降低，得到的這個結果是與透水性混凝土內部的構造機制有很大聯系的，因為透水混凝土結構中存在很多的孔隙，透水混凝土內部并不是密實的，在目標孔隙率選取很小的情況下，混凝土內部結構的密實度肯定會有所增加，進而抗壓強度也會增加；相反，目標孔隙率大的情況下，抗壓強度值也會降低。

3.1.4 骨料種類對透水混凝土力學性能的影響

由圖3可知，三種粗骨料拌制的透水混凝土，廢棄混凝土的抗壓強度最大，依次降低的是碎石和廢棄紅磚。廢棄混凝土的主要成分是碎石、膠結的水泥塊，拌制的透水混凝土的抗壓強度較高的原因可能是廢棄混凝土中含有一定量的礦物摻合料、外加劑等，拌制和養護過程中起到了一定的作用。通過碎石和廢棄紅磚的對比可以看出，廢棄混凝土拌制透水混凝土的再生利用是有開發前景的，可以通過改進實驗方案、添加外加劑、優化配合比等方式制作出高強、高性能透水混凝土。

3.2 透水性能結果分析

3.2.1 水灰比對透水混凝土透水性能的影響

以粒徑為9.5～16mm的碎石做粗骨料，目標孔隙率為25%時，水灰比對透水混凝土透水性能的影響結果見圖4。試拌過程中，水灰比為0.30時，拌合物幾乎沒有粘聚性，處于分散狀態，測得的透水率為1620mL/min；水灰比達到0.35時，透水率為3585mL/min；水灰比為0.40時，對試拌的試塊進行透水率檢測，透水率為1825mL/min，雖然可以透水，但是由于漿體過多，填充在粗骨料中，孔隙率減少，透水率已經大大降低；水灰比為0.45時，由于拌合物漿體太多，搗實時有漿體從底部和縫隙溢出，導致漿體對骨料的包裹不均勻，拆模后試塊出現封底現象，無法測定透水率。由圖4可知隨著水灰比的增加，透水混凝土的透水率先增大，水灰比到0.35左右時，達到理想透水率，隨后開始降低。增大的原因是水灰比增加，漿體增多，可以均勻的包裹骨料；降低則是因為漿體過多，試塊會出現封底現象。

圖4 水灰比對透水混凝土透水率的影響

3.2.2 骨料粒徑對透水混凝土透水性能的影響

骨料粒徑對透水混凝土透水性能的影響見圖5。由圖可知，粒徑越小，透水率越大，透水性能越好；粒徑越大，透水率反而越小，透水性能越差。當骨料粒徑增大時，粗骨料相互間的孔隙會很大，這些孔隙利于水泥漿體的充填，孔隙就會變小，這時透水率也會相應的變小。

圖5 透水混凝土透水率值

3.2.3 目標孔隙率對透水混凝土透水性能的影響

觀察圖5可以看出，隨著目標孔隙率的增大，透水率逐漸增大，例如4.75～9.5mm碎石，目標孔隙率為15%時，透水率為3615mL/min，目標孔隙率為20%時，透水率為3735mL/min，目標孔隙率為25%時，透水率為3825mL/min。雖然透水率測定存在很大誤差，但是通過在相同條件下的對比可以看出，結果還是符合方案設計的。

3.2.4 不同粗骨料透水混凝土透水性能的比較

由圖5可知，三種粗骨料拌制的透水混凝土，碎石為粗骨料的透水率最大，廢棄混凝土為粗骨料的透水混凝土的透水率高于廢棄紅磚為粗骨料的透水混凝土。雖然廢棄混凝土作為粗骨料制作的透水混凝土的透水性能不是三種骨料里最優的，但是差值也不是很大。說明廢棄混凝土有很好的應用前景，可以通過調整骨料級配，優化配合比設計來改善其透水性能。

4 結語

①隨體系水灰比增大，試樣抗壓強度和透水系數均呈先增大后降低趨勢；減小骨料粒徑對體系力學性和透水性有利；

②以廢棄紅磚和混凝土做粗骨料制備的透水混凝土較天然骨料制備的透水混凝土，力學性能和透水性能相當。當廢棄混凝土粒徑為4.75～9.5mm，目標孔隙為20%時，制備出的透水混凝土，抗壓強度為34.12MPa，透水率為3120mL/min。