儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的制備及性能研究

試驗(yàn)以5～10mm或10～15mm石灰?guī)r碎石和廢棄紅磚為骨料，制備出一種儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土。然后試驗(yàn)研究了廢棄紅磚用量對混凝土透水性能、保水性能和力學(xué)性能的影響。

膠結(jié)材料；骨料；紅磚；透水性；保水性；強(qiáng)度；熱島效應(yīng)

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的迅速發(fā)展，城市規(guī)模急劇膨脹，城市綠化面積越來越少，取而代之的是大量的混凝土道路和地坪，這些材料吸熱能力強(qiáng)，阻隔了土壤與地表的熱量交換和濕度調(diào)節(jié)，導(dǎo)致了城市因熱島效應(yīng)而頻發(fā)高溫氣候。而另一方面，由于普通混凝土不具有透水性和儲(chǔ)水性，雨季路面就會(huì)有很多積水影響車輛行駛安全。高溫、內(nèi)澇表明城市生態(tài)脆弱已經(jīng)到了不可忽視的程度，而儲(chǔ)水混凝土由于具有良好的儲(chǔ)水和透水透氣性，能很好解決上述問題。因此，其研究將會(huì)日益受到人們的關(guān)注，應(yīng)用前景非常廣闊。

1 儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的制備

1.1 原材料

儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土呈多孔結(jié)構(gòu)，其主要組成材料為膠結(jié)材料和骨料。

⑴膠結(jié)材料：采用強(qiáng)度富裕系數(shù)高的拉法基P.O.42.5R硅酸鹽水泥。

⑵骨料：為了保證儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土具有連同大量孔隙而實(shí)現(xiàn)透水、保水性能，其骨料應(yīng)適用顆粒大小相近的單粒級(jí)骨料。于是，根據(jù)原料的來源情況，試驗(yàn)選擇了兩種粒級(jí)的石灰?guī)r碎石骨料，粒徑范圍分別為5～10mm和10～15mm。此外，為了提高儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的保水性能和增加建筑廢棄物的利用途徑，試驗(yàn)還選用具有一定強(qiáng)度且吸水率大的廢棄紅磚骨料來增加混凝土的儲(chǔ)水能力，其粒徑范圍為5～10mm和10～15mm。骨料的性能指標(biāo)見表1。

1.2 配和比

儲(chǔ)水混凝土具有強(qiáng)度低、孔隙率高、連通孔隙多等特點(diǎn)，其配合比可按無砂大孔混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)為水灰比、用水量和集灰比。經(jīng)配比設(shè)計(jì)，本試驗(yàn)制備強(qiáng)度為10MPa的儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土，詳細(xì)配合比見表

2。

表1 骨料的性能

表2 儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的配合比

1.3 制備工藝

1.3.1 攪拌方法

采用水泥裹石法，先將石灰?guī)r碎石和廢棄紅磚按比例混合，用水浸濕表面2h后，放入攪拌機(jī)攪拌2min，然后加入水泥攪拌1～2min，最后加水?dāng)嚢?min至均勻。

1.3.2 成型工藝

為了成型后有大量有效孔隙并保證膠凝材料對骨料均有包裹、粘結(jié)作用，儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土只能采用壓制成型方式，即：將攪拌好的混凝土分層倒入成型模具內(nèi)，每層厚度100mm，然后采用壓強(qiáng)為0.2～0.5MPa的重物進(jìn)行碾壓3次。

1.3.3 養(yǎng)護(hù)方式

因?yàn)閮?chǔ)水混凝土存在大量空隙，失水較快，所以養(yǎng)護(hù)相對非常重要。特別是在早期，要注意防止混凝土中水分的蒸發(fā)。成型后應(yīng)立即進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，如采用塑料薄膜覆蓋并定時(shí)澆水。

2 儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的性能

2.1 儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的透水性能

儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的透水系數(shù)采用自制的滲透儀進(jìn)行測試（見圖1），試驗(yàn)結(jié)果(見圖2)。

圖1 透水儀裝置

圖2 儲(chǔ)水混凝土透水率

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著紅磚取代碎石骨料百分比的增加，儲(chǔ)水混凝土透水率并沒有表現(xiàn)出明顯的增加或者減少的趨勢。當(dāng)取代率小于50%時(shí)，10～15mm級(jí)配儲(chǔ)水混凝土的透水系數(shù)比5～10mm級(jí)配儲(chǔ)水混凝土的透水系數(shù)略高，取代百分比率大于50%以后透水系數(shù)沒有規(guī)律，但10～15mm實(shí)驗(yàn)組中100%紅磚比0%的紅磚做粗集料時(shí)透水系數(shù)要高77%。5～10mm粒徑儲(chǔ)水混凝土透水率由最高60%取代率的2.97cm/s降低到最低80%取代率的2.17cm/s；10～15mm粒徑儲(chǔ)水混凝土透水率由100%紅磚骨料3.93cm/s的最大值降低到80%紅磚骨料的2.04cm/s的最小值。

儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的透水性主要由內(nèi)部的連通與半連通孔隙（即有效孔隙）決定。隨著紅磚取代百分比的增加，透水性下降的原因是因?yàn)榧t磚破碎后的集料易裂，片層易剝離，在攪拌中會(huì)發(fā)生部分崩離分裂，產(chǎn)生的裂片與剩下的碎石骨料以及完整的磚塊骨料混合，帶來局部的連續(xù)多重級(jí)配效果，增加了混凝土的致密性，繼而減少了混凝土內(nèi)部的連通與半連通孔隙，降低了紅磚-碎石混合骨料儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的透水性。

此外，10～15mm粒徑儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土透水性在各個(gè)紅磚百分比取代點(diǎn)上基本都高于5～10mm粒徑透水混凝土。這是由于骨料粒徑的增加使得混凝土內(nèi)部孔隙增大，微觀結(jié)構(gòu)從密實(shí)變?yōu)橄鄬κ杷?，孔隙率增大，而孔隙率是決定儲(chǔ)水生態(tài)混凝土透水性的重要因素，所以透水性大于小級(jí)配骨料透水混凝土。

2.2 儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的保水性能

如圖3所示，隨著紅磚取代百分比的增加，儲(chǔ)水混凝土的保水性有著明顯增長，100%紅磚骨料的儲(chǔ)水混凝土保水性達(dá)到100%碎石骨料儲(chǔ)水混凝土的280%多，達(dá)到了接近0.2g/cm3，即1體積的100%紅磚骨料儲(chǔ)水混凝土能保存0.2體積的水分。由于紅磚本身具有12%～14%的飽和吸水能力，而碎石集料飽和狀態(tài)下的水分含量僅為2%左右。以上說明紅磚作為骨料時(shí)可以利用自身的吸水能力鎖住水分，在集中降雨的時(shí)候，加快積水的排放，減小暴雨時(shí)排水道的壓力；而在炎熱時(shí)儲(chǔ)存的水分蒸發(fā)，又能降低道路表面的溫度，在一定程度上恢復(fù)了天然植被的功效，起到良好的環(huán)境保護(hù)效果。

圖3 儲(chǔ)水混凝土保水性的研究

圖4 儲(chǔ)水混凝土抗壓強(qiáng)度的研究

2.3 儲(chǔ)水型生態(tài)混凝土的力學(xué)性能咬合摩擦力以及骨料與水泥漿體之間的粘結(jié)強(qiáng)度，這與文獻(xiàn)報(bào)道的透水混凝土研究結(jié)果一致。實(shí)驗(yàn)中均使用相同標(biāo)號(hào)的水泥，并使用相同的成型方式，所以我們認(rèn)為強(qiáng)度減少的主要原因是當(dāng)廢舊磚塊做骨料時(shí)無法像碎石一樣在骨料互相摩擦的時(shí)候承擔(dān)那么大的摩擦力，從而發(fā)生斷裂和崩裂，繼而引起宏觀上儲(chǔ)水混凝土抗壓強(qiáng)度的降低。

3 結(jié)論

從圖4中可以看出，5～10mm骨料粒徑的儲(chǔ)水混凝土，當(dāng)骨料全部為碎石時(shí)抗壓強(qiáng)度為9.05MPa，當(dāng)全部換成廢舊磚塊時(shí)抗壓強(qiáng)度為5.77MPa，強(qiáng)度減少了36%。10～15mm粒徑的儲(chǔ)水混凝土，當(dāng)骨料全部為碎石時(shí)抗壓強(qiáng)度為9.10MPa，當(dāng)全部換成廢舊磚塊時(shí)抗壓強(qiáng)度為6.29MPa，強(qiáng)度減少了22%。隨著紅磚取代石子百分比的增加，儲(chǔ)水混凝土28d強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，但減少是非線性關(guān)系。在破碎磚塊到合適含量時(shí)，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)5～10mm與10～15mm的廢舊磚塊儲(chǔ)水混凝土強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于骨料全部為碎石時(shí)的抗壓強(qiáng)度，儲(chǔ)水混凝土是干硬性較大的混凝土，其強(qiáng)度來源主要決定于骨料之間的

⑴儲(chǔ)水混凝土強(qiáng)度隨著廢舊紅磚取代碎石增加而降低，降低速度在紅磚含量40%左右開始減慢。5～10mm粒徑的紅磚骨料儲(chǔ)水混凝土一般高于10～15mm紅磚骨料儲(chǔ)水混凝土（同等取代比例）。

⑵決定儲(chǔ)水混凝土的保水性能的關(guān)鍵因素是廢舊紅磚，隨著紅磚比例的增大能達(dá)到極大的增長，最高增幅280%。同時(shí)隨著紅磚含量的增加，儲(chǔ)水混凝土的孔隙率也大幅度增加，最高增幅可達(dá)220%。并且10～15mm粒徑的紅磚骨料儲(chǔ)水混凝土孔隙率高于5～10mm的紅磚骨料儲(chǔ)水混凝土（同等取代比例）。

⑶儲(chǔ)水混凝土的透水率與廢舊紅磚含量沒有線性規(guī)律。10～15mm粒徑的紅磚骨料儲(chǔ)水混凝土透水率高于5～10mm的紅磚骨料儲(chǔ)水混凝土（同等取代比例），并且10～15mm粒徑的紅磚骨料在100%取代時(shí)透水率達(dá)到了最高。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

建筑節(jié)能

生物混凝土環(huán)保又節(jié)能

一種適宜于在潮濕氣候環(huán)境中使用，并具有環(huán)保、節(jié)能功效的新型生物混凝土，最近由西班牙加泰羅尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)成功。

這種新型混凝土使用了兩種以水泥為原料的材料：一種是通用硅酸鹽水泥，其pH值(溶液酸堿度的衡量標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)pH＜7時(shí)呈酸性，pH＞7時(shí)呈堿性，pH＝7時(shí)溶液為中性)約為8；另一種是磷酸鎂水泥，它無須進(jìn)行任何處理以降低其pH值，因?yàn)檫@種材料具有弱酸性，能快速干燥，不會(huì)對環(huán)境構(gòu)成任何危害。除了pH值，科學(xué)家還對這種生物混凝土的其他屬性，如多孔性和表面粗糙度等進(jìn)行了調(diào)整。

新型生物混凝土具有多層結(jié)構(gòu)：第一層是防水層，能夠防止雨水滲入，避免對建筑結(jié)構(gòu)造成破壞；第二層是生物層，能夠收集雨水以供植物生長，例如它可以為微型藻類、菌類、地衣和苔蘚等提供天然生物屏障；第三層是覆蓋層，能夠讓雨水通過這一層滲入生物層，并可防止水分流失。

與傳統(tǒng)混凝土相比，這種新產(chǎn)品的最大優(yōu)勢是：既能吸收二氧化碳，改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量；又可美化墻體，改變城市色彩單一的外觀面貌；還能提升建筑物的保溫性，降低能源消耗。

該發(fā)明已申請專利?？茖W(xué)家的下一步目標(biāo)是加速植物在這種混凝土中的生長速度，將其生長周期縮短至一年內(nèi)，以便使建筑物的外墻能夠隨著不同季節(jié)的更替，呈現(xiàn)出不同色彩的外觀面貌。

(來源：《新民晚報(bào)》，作者：王瑞良，請作者速與本刊聯(lián)系支付稿費(fèi))

Study on Preparation and Performance of Ecological Concrete with Water Storage Capacity

江志萍1，唐世亮2
(1重慶漢泰置業(yè)有限公司，重慶400011；2重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶400015)

With crushed limestone of 5-10mm or 10-15mm and abandoned red brick as the aggregate,a type of ecological concrete with water storage capacity is prepared.The impacts of the amount of red brick on the water permeability,water retention capacity and mechanical performance of the concrete are studied.

binder;aggregate;red brick;permeability;water retention capacity;strength;heat island effect

tu5

A

1671-9107（2013）06-0046-03

2013-05-13

江志萍（1975-），女，重慶人，本科，工程師，從事建筑工程項(xiàng)目管理。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.06.046