再生骨料透水混凝土力學性能試驗研究

湯 峰 劉保華 方 亮 杜于熙 周 鑫

（湖南農業大學水利與土木工程學院，湖南 長沙410128）

0 引言

近年來，我國每年產生約18億t的建筑垃圾，現階段的廢棄混凝土主要被直接填埋或棄置處理，總體的資源化利用率不足10%，遠低于歐美國家的90%和日韓的95%。同時，我國的混凝土行業正以每年約50億t的速度消耗天然骨料[1]，由于長期對混凝土天然骨料的過度開采和消耗，導致天然骨料嚴重緊缺，所帶來的環境問題也日益嚴峻。因此，對再生骨料的研究勢在必行。同時，由于許多城市因強降雨引發城市內澇災害頻發，嚴重影響人們的生產生活，威脅城市安全。為有效解決市政人行道路面積水、城市內澇等問題，推動我國“海綿城市”的建設，透水混凝土的應用越來越廣泛。因此，將建筑垃圾再生骨料完全取代天然骨料制備再生骨料透水混凝土，具有極高的經濟效益和商業價值[2]。

本研究是利用不同強度等級、不同粒徑的廢棄混凝土，經破碎、清洗、篩分等過程制成再生骨料，完全代替天然骨料，與水泥、水等拌合制成具有一定抗壓強度及透氣透水性的再生骨料透水混凝土。在試驗過程中，對不同強度等級的再生骨料進行組合試驗，以期設計一種應用于人行道的再生骨料透水混凝土，并根據強度設計要求尋找廢棄混凝土的最佳配比，以有效地解決廢棄混凝土的污染和填埋問題。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 再生粗骨料

本次試驗采用的再生粗骨料取自建筑廢棄混凝土，經顎式破碎機和人工破碎后，并經由方孔篩篩分成4.75～9.5mm和9.5～19mm兩組粒徑范圍，骨料表面經過人工清洗晾干，去除表面雜質，用于制備再生骨料透水混凝土，集料級配見表1。

表1 集料級配表

1.1.2 水泥和水

水泥選擇南方水泥有限公司生產的P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，試驗拌和用水為實驗室自來水。水泥的基本性能指標見表2[3]。

表2 水泥的基本性能

1.2 配合比設計

再生骨料透水混凝土的基本性能指標是透水性能，最大的影響因素為目標孔隙率[4]，在配合比設計時應先對目標孔隙率進行設計，設計孔隙率分別為10%、15%、20%、25%，再生骨料的強度等級分別取C20、C30、C40及以50%的比例互相進行摻和，共有6種組合，每組配合比下制備3個150mm×150mm×150mm的標準立方體試塊，參照《再生骨料透水混凝土應用技術規程》（CJJ/T 253-2016），再生骨料透水混凝土的水灰比介于0.25～0.35較優，且水灰比稍作調整對強度提高的作用不明顯，試驗采用水灰比為0.3，再生骨料由50%粒徑為4.75～9.5mm的再生骨料和50%粒徑為9.5～19mm的再生骨料組成，透水混凝土配合比設計結果見表3。

表3 透水混凝土配合比設計

1.3 透水混凝土的制作與養護

采用水泥裹石法拌制混凝土，具體為先投放50%的水和所有粗骨料攪拌30s，然后投放剩余拌合水和水泥灰，攪拌90s，最后裝模，1d后脫模取樣，將再生骨料透水混凝土試塊置于標準養護室中，控制溫度為20±2℃、相對濕度為95%以上，養護28d。

1.4 力學性能測試

參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002）規定，通過液壓式壓力機測試標準養護下28d齡期的再生骨料透水混凝土標準立方體試塊的抗壓強度，試驗結果取3個150mm×150mm×150mm標準立方體試塊的平均值[5]。

2 試驗結果與分析

試驗結果及對抗壓強度的影響分析如表4所示。設計孔隙率與抗壓強度的關系如圖1所示。

表4 抗壓強度試驗結果分析

圖1 設計孔隙率與抗壓強度的關系

對表4試驗結果進行分析可知，在再生骨料強度等級組合相同的情況下，伴隨著目標孔隙率的增加，水泥和水的用量減少，骨料之間的黏結力降低，再生骨料透水混凝土的抗壓強度逐漸減小。同時，由于試驗中強度等級為C40的再生骨料在破碎時摻入了大量的雜質，導致其組合的抗壓強度偏低。根據《再生骨料透水混凝土應用技術規程》（CJJ/T 253-2016）的規定，當透水混凝土的抗壓強度達到20MPa時，均可應用于人行道路面鋪設，其中滿足要求的試驗組合共有8組。試驗結果顯示，再生骨料強度等級為C30、目標孔隙率為10%的組合，抗壓強度達到最優[7]。如圖1所示，當設計孔隙率由10%到15%時，以強度等級為C20、C30、C40、C20+C30、C20+C40、C30+C40再生骨料制備的再生骨料透水混凝土抗壓強度分別下降48.0%、41.7%、44.9%、8.6%、46.6%、40.4%；當設計孔隙率由15%到20%時，抗壓強度分別下降3.0%、10.4%、10.9%、10.8%、20.8%、18.3%；當設計孔隙率由20%到25%時，抗壓強度分別下降23.3%、19.9%、19.8%、27.7%、31.1%、26.9%。由圖1可知，以強度等級為C20+C30再生骨料制備的再生骨料透水混凝土的抗壓強度基本呈線性變化，且伴隨著設計孔隙率的增加，強度降低不明顯。

3 結束語

利用廢棄混凝土制備再生骨料代替天然骨料與水泥等拌合制成再生骨料透水混凝土，采用水泥裹石法制備24組試驗樣品，研究再生骨料的強度等級、目標孔隙率對再生骨料透水混凝土抗壓強度的影響，得到如下結論：

（1）隨著目標孔隙率的增加，再生骨料顆粒間的膠結點數量和面積減少，再生骨料透水混凝土的28d抗壓強度逐漸降低，建議將再生骨料透水混凝土的孔隙率控制在10%左右。

（2）在相同的目標孔隙率下，與以單一強度等級再生骨料制備的再生骨料透水混凝土相比，以混合強度等級再生骨料制備的再生骨料透水混凝土抗壓強度偏低。

（3）綜合考慮抗壓強度和透水系數的影響，試驗得到的應用于人行道路面的最佳配比為：再生骨料強度等級為C20+C30，骨料摻和比例各為50%，設計孔隙率為15%，水灰比為0.3，再生骨料由50%粒徑為4.75～9.5mm的再生骨料和50%粒徑為9.5～19mm的再生骨料組成，再生骨料透水混凝土的最優配合比（kg/m3）為：m（再生骨料）：m（水泥）：m（水）=1357.04∶564.94∶169.88。根據此配合比制得的再生骨料透水混凝土兼具良好的抗壓強度和透水性能，抗壓強度為25.07MPa，符合《再生骨料透水混凝土應用技術規程》（CJJ/T 253-2016）的規定，可用于人行道路面鋪設。