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關(guān)于利用再生骨料制備透水混凝土試驗(yàn)研究結(jié)論

　　隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的發(fā)展，建筑垃圾排放量逐年增長(zhǎng)，可再生組分比例也不斷提高。然而，大部分建筑垃圾未經(jīng)任何處理，被運(yùn)往郊外或城市周邊進(jìn)行簡(jiǎn)單填埋或露天堆存，這不僅浪費(fèi)了土地和資源，還污染了環(huán)境;另一方面，隨著人口的日益增多，建筑業(yè)對(duì)砂石骨料的需求量不斷增長(zhǎng)。長(zhǎng)期以來，由于砂石骨料來源廣泛易得，價(jià)格低廉，被認(rèn)為是取之不盡、用之不竭的原材料而被隨意開采，從而導(dǎo)致資源枯竭、山體滑坡、河床改道，嚴(yán)重破壞了自然環(huán)境。生產(chǎn)和利用建筑垃圾再生骨料對(duì)于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

在我國(guó)，建筑垃圾再生骨料主要用于取代天然骨料來配制普通混凝土或普通砂漿，或者作為原材料用于生產(chǎn)非燒結(jié)砌塊或非燒結(jié)磚。采用建筑垃圾再生骨料部分取代或全部取代天然骨料配制混凝土和砂漿已經(jīng)在很多工程中得以成功應(yīng)用，有些商品混凝土攪拌站已經(jīng)專設(shè)儲(chǔ)存庫將建筑垃圾再生骨料作為一種原材料；利用建筑垃圾再生骨料生產(chǎn)非燒結(jié)砌塊和非燒結(jié)磚能夠消納更多的建筑垃圾，是目前我國(guó)建筑垃圾資源化利用的重要途徑。

利用再生骨料制備透水混凝土，具有良好的生態(tài)效應(yīng)和社會(huì)效益。試驗(yàn)采用附加水量法，按不同凈漿水灰比及凈漿對(duì)骨料空隙的填隙系數(shù)配制一系列試樣，觀察無砂透水混凝土試樣的積漿情況并測(cè)試抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，凈漿水灰比偏大時(shí)易造成透水混凝土積漿堵孔，水灰比偏小時(shí)則成型效果差，兩種情況均對(duì)強(qiáng)度不利。透水混凝土屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度與灰水比的關(guān)系不符合鮑羅米公式。在不積漿條件下，凈漿強(qiáng)度與流動(dòng)性矛盾達(dá)到平衡時(shí)的水灰比為最佳水灰比（約0.30），此時(shí)試樣不易積漿且強(qiáng)度達(dá)到最高（10.2MPa）。透水平衡時(shí)，每平方米地面透水流量將近0.3m3/min，將在海綿城市系統(tǒng)中發(fā)揮很好的調(diào)蓄作用。


引言

現(xiàn)代化城市地表過度硬化，引起了嚴(yán)重的生態(tài)問題。每逢大雨，全國(guó)各大城市紛紛出現(xiàn)市內(nèi)“觀海”景象。城市內(nèi)澇的直接原因是排水設(shè)施能力不足、溝渠清淤不到位及常規(guī)的硬化地面失去了對(duì)雨水的調(diào)蓄作用。無砂混凝土不含細(xì)骨料，僅包括膠材、粗骨料、拌合水和外加劑等組分。無砂混凝土中膠材僅起粘結(jié)作用，同時(shí)保留較多的透水孔隙，從而形成多孔結(jié)構(gòu)，具有保溫、透氣和透水性能，是透水混凝土的不二選項(xiàng)。透水混凝土符合我國(guó)建設(shè)海綿城市的需要，將降雨蓄集利用，既補(bǔ)給了地下水又緩解了城區(qū)排水困難問題。舊建筑物拆除量增多，出現(xiàn)大量廢棄混凝土，我國(guó)建筑垃圾利用率仍處于較低水平。廢棄混凝土經(jīng)破碎可加工成再生骨料，但再生骨料強(qiáng)度一般較低，而透水混凝土由于許多大孔的存在也導(dǎo)致材料強(qiáng)度很低。因此，利用再生骨料制備透水混凝土在力學(xué)性能方面具有適用性。用再生骨料制備透水混凝土，一舉兩得。

1 試驗(yàn)原材料與方法

1.1 原材料

（1）水泥為P·O42.5普通硅酸鹽水泥，28d實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度45.1MPa。

（2）再生粗骨料是用廢棄混凝土塊經(jīng)破碎機(jī)簡(jiǎn)單破碎制得，顆粒粒徑介于5~16mm，攪拌過程中（約5~10min）的吸水率為2.86%，表觀密度2300kg/m3，緊密堆積密度1380kg/m3。再生粗骨料的級(jí)配曲線見圖1。

 

▲ 圖 1 再生粗骨料級(jí)配曲線

1.2 試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)方法

?取粗骨料間的緊密系數(shù)為0.97，在次緊密堆積狀態(tài)下空隙率為42%，記凈漿用水量為W0，水泥用量為C，吸入粗骨料顆粒內(nèi)的附加水量為W1，每立方米拌和物中粗骨料顆粒間的空隙體積為Vo，則凈漿體積Vp=Vc+Vw0，凈漿體積占粗骨料空隙體積之比本文稱為填隙系數(shù)，即k=Vp/Vo．試驗(yàn)按凈漿水灰比W0/C=0.2~0.5以及填隙系數(shù)k=0.2~0.5，設(shè)計(jì)一系列配合比進(jìn)行試拌。在試拌過程中邊攪拌、邊加水、邊觀察凈漿稠度，當(dāng)目測(cè)凈漿泛光時(shí)停止加剩余的水，如果達(dá)不到泛光程度再補(bǔ)充少許水量，整理后的試驗(yàn)配合比見表1。成型拆模后觀察試件底部及側(cè)面是否積漿，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至7d和28d 齡期，參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定抗壓強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 透水混凝土的強(qiáng)度與積漿情況

試件強(qiáng)度與積漿情況見表1，28d強(qiáng)度與C/W0關(guān)系如圖2所示。在圖2中，曲線左上方試驗(yàn)點(diǎn)均存在積漿現(xiàn)象；曲線下方的若干試驗(yàn)點(diǎn)屬于漿量不足，強(qiáng)度沒有達(dá)到最優(yōu)。不積漿并且強(qiáng)度相對(duì)較高的試樣連接成曲線，從連接線的形狀來看，透水混凝土強(qiáng)度與C/W0不成線性關(guān)系，說明透水混凝土的強(qiáng)度并不符合鮑羅米公式表述的規(guī)律，而存在最佳灰水比。

 

▲ 圖 2   不同灰水比時(shí)積漿情況和抗壓強(qiáng)度

用凈漿水灰比(W0/C)作橫軸時(shí)，強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系見圖3，W0/C≈0.40的試樣多數(shù)積漿；試件底部存在一定面積的堵孔現(xiàn)象，W0/C≈0.50的試樣積漿嚴(yán)重，底面全部堵實(shí)并且積漿層厚度較大。曲線下方的試樣屬于漿量不足的情況，粗骨料顆粒間粘結(jié)面積較小，強(qiáng)度相對(duì)較低。W0/C≈0.30時(shí)，如果漿量合理，透水混凝土強(qiáng)度可達(dá)最高（10.2MPa），即凈漿最佳水灰比在0.30左右。

表 1   透水混凝土配合比與試驗(yàn)結(jié)果

 

▲ 圖 3  不同水灰比時(shí)積漿情況和抗壓強(qiáng)度
 

在水灰比一定的條件下，填隙系數(shù)k對(duì)透水混凝土強(qiáng)度的影響如圖4所示。水灰比一定時(shí)，透水混凝土的28d強(qiáng)度隨著填隙系數(shù)k的增加而增加。圖中W0/C分別為0.40、0.30和0.25時(shí)，隨著水灰比的減小，趨勢(shì)線的斜率增大，也就是說水灰比影響著強(qiáng)度對(duì)填隙系數(shù)的敏感性。

當(dāng)填隙系數(shù)均為k=0.32時(shí)，W0/C≈0.40和W0/C≈0.25時(shí)的強(qiáng)度均低于W0/C≈0.30時(shí)的強(qiáng)度；在試驗(yàn)范圍內(nèi)W0/C≈0.30趨勢(shì)線整體位于另外兩條趨勢(shì)線（及延長(zhǎng)線）之上，即對(duì)于強(qiáng)度而言最佳水灰比約為0.30。

 

▲ 圖 4   填隙系數(shù)k對(duì)透水混凝土強(qiáng)度的影響

2.2 透水混凝土的透水性

試驗(yàn)制備的透水混凝土具有良好透水性（如圖5所示）。為了量化表征透水混凝土的透水性，本文采用透水平衡時(shí)單位面積透水流量（簡(jiǎn)稱透水流量）來表示透水混凝土的透水性。

 

▲ 圖 5   透水混凝土試件的透水性

對(duì)于強(qiáng)度和填隙系數(shù)接近最佳值的代表性試件（A4），經(jīng)測(cè)試，其單位面積透水流量為294 L/(m2·min)。這意味著，每平方米透水混凝土地面，可透水將近0.3m3/min，在土壤飽和之前很難造成地面積水，從而可緩解路面排水困難的問題。

3 結(jié)論

（1）在設(shè)計(jì)再生骨料透水混凝土配合比時(shí)，宜采用附加水量法，凈漿稠度以達(dá)到目測(cè)泛光為宜，以免積漿堵孔。

（2）透水混凝土的強(qiáng)度不符合鮑羅米公式，凈漿水灰比取0.30左右較合理，如果取值偏大，則因凈漿流動(dòng)性過大而造成積漿堵孔，嚴(yán)重影響混凝土的透水性；如果取值偏小，則凈漿對(duì)骨料粘結(jié)不良，成型效果差，透水混凝土的強(qiáng)度不足。

（3）水灰比一定時(shí)，隨著凈漿對(duì)骨料間空隙填充程度的增加，透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨之增大，且在試驗(yàn)范圍內(nèi)，水灰比減小能夠增大強(qiáng)度對(duì)填隙系數(shù)的敏感度。

（4）作透水用途的無砂混凝土屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)，水灰比的減小使凈漿強(qiáng)度增加；水灰比的適量增大使凈漿流動(dòng)性增加，也就改善了粘結(jié)效果，有利于提高透水混凝土的強(qiáng)度。在不積漿條件下，凈漿強(qiáng)度與流動(dòng)性矛盾達(dá)到平衡時(shí)的水灰比為最佳水灰比。

（5）水灰比和填隙系數(shù)都接近最優(yōu)時(shí)，透水混凝土每平方米透水流量將近0.3m3/min，若用于城市地面或路面，將能很好地解決雨天積水問題。