廖應(yīng)先

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙　410004)

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透水性再生混凝土的特性及工藝研究

廖應(yīng)先

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙410004)

摘要：提出了透水性再生混凝土極限強(qiáng)度的試驗(yàn)檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)方法，對(duì)透水性再生混凝土的相關(guān)性能進(jìn)行了分析，介紹了透水性再生混凝土進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)，并用浸漬工藝，成功研制出美觀、耐久的彩色透水性多功能再生混凝土。

關(guān)鍵詞：透水性再生混凝土； 極限強(qiáng)度； 浸漬工藝

0引言

歐洲共同體目前廢棄的混凝土約占其總生產(chǎn)的3%～7%，大約百萬余噸每年成為廢氣物被埋填[1]；美國每年大約有6.0×107t廢棄混凝土；日本每年約有1.6×107t廢棄混凝土。可為人類構(gòu)造舒適的生活環(huán)境。此外，由于我國硬化地面面積快速增加，導(dǎo)致地下水資源得不到有效補(bǔ)充，作為一個(gè)水資源短缺的國家，發(fā)展透水路面材料有利于水土保持。由此可見，透水性再生混凝土具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，符合節(jié)能減排、循環(huán)利用、珍惜能源等可持續(xù)發(fā)展的理念。

在這種大背景之下，對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行回收及再生工作變得很關(guān)鍵。本文研究再生混凝土的相關(guān)性能及加工工藝發(fā)現(xiàn)，廢棄混凝土在進(jìn)行回收再生之后，不僅能夠滿足相關(guān)的力學(xué)性能，還具備環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀等效果。

1透水性再生混凝土特性研究

廢棄混凝土對(duì)環(huán)境和能源帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，世界各國都在研究廢棄混凝土的處理問題，而在這個(gè)問題上，廢棄混凝土的再生無疑成了一個(gè)很好的方式。目前，對(duì)透水性再生混凝土的性能研究主要有以下幾個(gè)方面。

1.1再生混凝土透水性能研究

透水性與混凝土內(nèi)部貫通的孔道有關(guān)，并且隨著孔隙率的增大而增大[2]。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，以氣象上達(dá)到特大暴雨降水量時(shí)仍不積水作為設(shè)計(jì)計(jì)算的技術(shù)依據(jù)，提出當(dāng)混凝土的孔隙率在15%以上時(shí)滿足透水性要求[3]。減少細(xì)集料的摻入可有效提高其透水性能。值得注意的是，雖然稠度較低的膠結(jié)漿體可以使得混凝土的和易性更好，但如果膠結(jié)漿體的稠度過低則極易造成流漿[4]。

1.2再生混凝土的力學(xué)性能研究

除了影響普通混凝土強(qiáng)度的因素一般也同作用于再生混凝土外，透水性再生混凝土的強(qiáng)度特性還包括：同強(qiáng)度等級(jí)的再生骨料混凝土的強(qiáng)度低于同強(qiáng)度等級(jí)的天然骨料混凝土[5]；隨著原生混凝土強(qiáng)度降低，再生混凝土的強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，且配制的再生混凝土的強(qiáng)度越高，原生混凝土對(duì)再生混凝土的強(qiáng)度影響越大[6]；提高透水混凝土強(qiáng)度一般采用摻加適量細(xì)集料以擴(kuò)大粗集料之間的黏結(jié)面積，或者添加適量膠粉增大黏度兩種方法，使粗集料之間的黏結(jié)力變大，提高黏結(jié)強(qiáng)度，從而增加透水混凝土強(qiáng)度的機(jī)理[7]。

2透水性再生混凝土工藝研究

根據(jù)前面對(duì)透水性再生混凝土的研究，可以看出透水性再生混凝土工藝的主要技術(shù)瓶頸在骨料加工工藝，透水性再生混凝土制備工藝和強(qiáng)度指標(biāo)以及透水性再生混凝土的應(yīng)用這三個(gè)方面，針對(duì)這三個(gè)方面這里提出了改進(jìn)和創(chuàng)新，優(yōu)化透水性再生混凝土的實(shí)際應(yīng)用和生態(tài)環(huán)保方面水平。

2.1骨料加工工藝的改進(jìn)

2.1.1傳統(tǒng)再生骨料的加工工藝

傳統(tǒng)再生骨料生產(chǎn)工藝流程大體可分為三個(gè)階段，如圖1所示。

圖1　傳統(tǒng)的再生骨料加工方法

2.1.2新型再生骨料生產(chǎn)裝置

對(duì)于傳統(tǒng)的處理方法大都是利用物料之間碰撞和相互摩擦來達(dá)到目的，當(dāng)物料在高速飛轉(zhuǎn)的飛輪的帶動(dòng)下，很容易產(chǎn)生內(nèi)傷，使得回收的骨料在再次使用時(shí)達(dá)不到某些指標(biāo)，特別是強(qiáng)度方面的指標(biāo)。同時(shí)所涉及的工藝復(fù)雜、設(shè)備龐大、動(dòng)力消耗大、設(shè)備磨損大。為保證所回收的骨料沒有損傷，設(shè)計(jì)了一種混凝土骨料再生的以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備靜力作用下的骨料物理碾磨，克服傳統(tǒng)加工工藝的不足。如圖2。

圖2　改進(jìn)后的再生骨料加工設(shè)備

該設(shè)備原理是通過電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)，輥軸表面上的凸塊結(jié)構(gòu)帶動(dòng)碾磨腔內(nèi)的物料互相運(yùn)動(dòng)，結(jié)合與筒內(nèi)表面耐磨片的摩擦作用，加上變徑圓錐輥軸形成瓶頸作用，使得物料再次被擠壓、碾磨。這些設(shè)計(jì)特點(diǎn)，既能保證物料表面的砂漿和棱角被去掉，又能滿足粒徑的要求，同時(shí)又不損傷被處理的骨料，從而實(shí)現(xiàn)骨料的回收再利用。

綜上所述，本設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性很強(qiáng)，能很好的解決骨料產(chǎn)生很大內(nèi)傷的問題，從而保證骨料在再次使用時(shí)不因強(qiáng)度不夠而導(dǎo)致承載力發(fā)生破壞。此外，本設(shè)備的碾磨裝置和篩分裝置可安裝在一個(gè)可移動(dòng)的支架上，實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)混凝土粗骨料的再生。

2.2透水性再生混凝土工藝優(yōu)化和極限強(qiáng)度測(cè)試

2.2.1傳統(tǒng)再生混凝土制備和極限強(qiáng)度研究亟待解決的問題

對(duì)連通孔隙率有一定要求的透水性再生混凝土的強(qiáng)度來自于集料之間的相互擠嵌和膠凝材料的強(qiáng)度，且一般選擇使用水泥作為主要膠凝材料。對(duì)于傳統(tǒng)再生混凝土，通過周勇[9]關(guān)于無砂透水性再生混凝土試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，采用C42.5硅酸鹽水泥制備透水性再生混凝土?xí)r，再生混凝土的破壞界面一般在硬化后的水泥漿體與集料的界面上，也有破壞界面發(fā)生在硬化后的水泥漿體上，發(fā)生在集料顆粒內(nèi)部的極少，這說明一方面集料本身的強(qiáng)度相對(duì)于硬化后的水泥漿體而言較高，另一方面水泥漿與再生集料的接觸面不能形成有效的強(qiáng)度。水泥漿體的強(qiáng)度與生產(chǎn)工藝和養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)，單純提升使用的水泥強(qiáng)度等級(jí)并不能保證硬化后的水泥漿強(qiáng)度遠(yuǎn)高于集料的強(qiáng)度，更無法解決與再生集料難以形成牢固的接觸面這個(gè)問題。

2.2.2引入新材料，探索解決問題的方案

針對(duì)傳統(tǒng)的透水性混凝土的制備過程中出現(xiàn)的再生混凝土破壞發(fā)生在硬化后的水泥漿體與集料的界面上的問題，這里引入一種具有極高強(qiáng)度和極強(qiáng)粘聚力的材料作為骨料的膠凝材料，在此前提下，假設(shè)此種膠凝材料的力學(xué)特性是無限大的，混凝土的強(qiáng)度由骨料提供，即利用此種膠凝材料制作的某型號(hào)再生骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度即為此種再生骨料的極限強(qiáng)度。

通過對(duì)大量的膠凝材料做分析和比較，最終發(fā)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于修補(bǔ)、加固、粘結(jié)混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂在強(qiáng)度和對(duì)混凝土粘結(jié)力方面具有十分優(yōu)異的性能。

環(huán)氧樹脂固化后顯出強(qiáng)度高，粘結(jié)力大，收縮性小及化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是用來探索透水性再生混凝土強(qiáng)度極限的理想材料。所以，此工藝使用環(huán)氧樹脂作為膠凝材料測(cè)試透水性再生混凝土的極限強(qiáng)度。根據(jù)此工藝和強(qiáng)度測(cè)試方法制備混凝土，然后對(duì)制備的混凝土(圖3)行力學(xué)性能、透水性能進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

圖3　試制的高強(qiáng)透水性再生混凝土

1) 力學(xué)性能。

力學(xué)特性測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 試制的高強(qiáng)透水性再生混凝土強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果養(yǎng)護(hù)時(shí)間/d抗壓強(qiáng)度/MPa抗折強(qiáng)度/MPa718.432.232826.373.37

2) 透水系數(shù)。

根據(jù)周勇得出的透水混凝土透水系數(shù)K計(jì)算公式(1)：

K=-3.814 2+0.978 75Po-0.012 21Po2

(1)

式中：Po表示孔隙率，%。

計(jì)算得：K=8.30。

將水灌注到試件上表面，在無四周滲出的情況下，水從試件下底部迅速滲出。

綜上所述，制備的透水性再生混凝土抗壓強(qiáng)度在26 MPa以上，抗折強(qiáng)度接近3.4 MPa，透水系數(shù)8.30的高強(qiáng)透水性再生混凝土，足以滿足人行路面和停車場(chǎng)地面的鋪裝要求。

2.3優(yōu)化外觀設(shè)計(jì)工藝

2.3.1目前彩色透水混凝土磚的制作工藝

目前的彩色混凝土磚都是采取在水泥中添加著色劑的方法制作磚的面層，用普通混凝土制作磚的基層，兩者形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的彩色混凝土磚的制作工藝(圖4)，在水泥漿體中摻入一定比例的藍(lán)、綠等顏料，但結(jié)果并不理想，成品色彩黯淡，與未添加顏色的透水性再生混凝土顏色并無明顯區(qū)別。通過實(shí)驗(yàn)，加大顏料的比例，發(fā)現(xiàn)透水性再生混凝土材料對(duì)著色劑比

圖4　傳統(tǒng)彩色混凝土磚制作工藝

較敏感，其強(qiáng)度易受其中化學(xué)成分的影響。

2.3.2使用浸漬方法，優(yōu)化外觀設(shè)計(jì)工藝

浸漬的方法，選擇具有較高耐磨性能和顏色光鮮的墻面漆材料作為著色劑，將透水性再生混凝土試件浸漬在著色溶劑中10 s后迅速取出過濾晾干。此種方法色彩附著度較好，顏色飽滿鮮艷，使原本色彩黯淡、單一的混凝土塊煥然一新，同時(shí)克服了傳統(tǒng)工藝色彩黯淡，強(qiáng)度受影響等方面的缺陷。如圖5。

圖5　浸漬后的透水性再生混凝土試件

2.3.3彩色透水性再生混凝土實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

彩色透水性混凝土在實(shí)際應(yīng)用中有極大的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在的城市建設(shè)越來越關(guān)注資源節(jié)約和環(huán)境友好，彩色透水性再生混凝土的主要特點(diǎn)就是環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀。

1) 較強(qiáng)的透水、排水和貯存功能。

經(jīng)過浸漬的透水性再生混凝土的孔隙率很大，浸漬后迅速濾干的混凝土試件同樣保持了一定的聯(lián)通孔道，并未產(chǎn)生可能的孔隙完全堵塞情況[8]，經(jīng)過試驗(yàn)，仍然能夠迅速排出澆灌在其上的水。由此可見，其透水性能符合要求，應(yīng)用于實(shí)際工程中，有較強(qiáng)的透水、排水以及儲(chǔ)水能力，同時(shí)能解決普通混凝土由于透水性、透氣性帶來的負(fù)面影響。

2) 熱環(huán)境緩解效果。

3) 降低噪音功能。

表2為某多孔混凝土鋪路工程(厚度為20 cm)的噪音測(cè)定結(jié)果[9]，由表2中數(shù)據(jù)可知彩色透水性混凝土具有和排水性瀝青鋪路工程一樣的降低噪音的功能，而且粗骨料粒徑越小，降低噪音的效果越大。

除以上幾點(diǎn)之外，與同類透水混凝土產(chǎn)品相比較，由于再生骨料幾乎是零成本，透水性再生混凝土可以極大地發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益，可廣泛適用于廣場(chǎng)、停車場(chǎng)、人行步道等城市公共建設(shè)[10]。同時(shí)時(shí)尚、美觀、色彩豐富，符合人們的審美，可廣泛應(yīng)用于城市道路、景觀的美化。

表2 多孔混凝土噪音測(cè)定結(jié)果類別粒徑/mm現(xiàn)場(chǎng)浸水量/(mL·(15s)-1)噪音水平/dB多孔混凝土13134971.55124364.7多孔瀝青混凝土20121570.613126369.5

3結(jié)論

因我國對(duì)透水性再生混凝土的研究起步較晚，本文只是對(duì)其開展了一些初步的理論試驗(yàn)研究，離它的實(shí)際應(yīng)用還有較大距離。下一步可以進(jìn)行的相關(guān)研究有：墻漆浸漬工藝的色彩耐久性問題。完善透水混凝土極限抗壓強(qiáng)度理論，研究透水混凝土極限抗剪強(qiáng)度理論，極限抗壓、抗剪強(qiáng)度之間的聯(lián)系，形成系統(tǒng)的透水混凝土極限強(qiáng)度研究理論。研究針對(duì)不同強(qiáng)度骨料的普通水泥透水混凝土所能達(dá)到強(qiáng)度，提出當(dāng)水泥透水混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)的配合比設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)方法，提出相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)及評(píng)價(jià)方法并形成規(guī)范。

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文章編號(hào)：1008-844X(2016)02-0086-04

收稿日期:2015-10-24

作者簡(jiǎn)介:廖應(yīng)先( 1976-) ，女，工程師，研究方向: 公路與橋梁。

中圖分類號(hào)：U 414

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A