潘宏，張偉，胡雷，徐亦冬

（浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100）

0　引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的拆舊建新產(chǎn)生了大量的廢棄建筑材料，其中廢棄混凝土約占建筑垃圾的30%，除了極少數(shù)低層次被再生利用于路基基層等非承重結(jié)構(gòu)外，絕大部分被填埋或堆放，既污染環(huán)境，又浪費資源。傳統(tǒng)路面混凝土材料缺乏吸收熱量和滲透雨水的能力，使雨水無法有效利用并對自然水體產(chǎn)生污染。使雨天行車易產(chǎn)生 “漂滑”、“飛濺”、“夜間眩光”等現(xiàn)象，還會增加城市的“熱島效應(yīng)”。

針對目前傳統(tǒng)混凝土路面的缺點，如何將廢棄混凝土進行再生化處理，同時制備具有自凈和透水功能于一體的新型混凝土，成為當(dāng)今研究的熱點。

本文首先從光催化再生集料透水混凝土的三大組分入手，然后分析水膠比、集膠比、粉煤灰摻量和再生集料替換率等主要影響因素對其強度、透水系數(shù)、光催化效應(yīng)等基本性能的影響，采用四因素、三水平的正交設(shè)計方法分析得出最優(yōu)配合比，最后提出該領(lǐng)域尚待解決的一些關(guān)鍵性問題。

1　材料組分介紹

1.1　再生混凝土組分

再生混凝土利用技術(shù)是將廢棄混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗、分級后，按一定的配比混合而成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技術(shù)。經(jīng)過破碎、分級并按一定的比例摻和而成的骨料稱為再生骨料，再利用再生骨料配制后形成的混凝土，稱為再生骨料混凝土，簡稱再生混凝土。

1.2　透水混凝土組分

透水混凝土的透水特性是通過多孔混凝土組分體現(xiàn),多孔混凝土亦稱透水混凝土，它是由粗骨料、水泥和水拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土,不含細(xì)骨料,由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結(jié)形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu),故具有透氣、透水和重量輕的特點。

1.3　光催化混凝土組分

光催化混凝土是混凝土負(fù)載二氧化鈦光催化劑，因而具有催化作用,可以對煤炭燃燒時產(chǎn)生的或由機動車排放的二氧化硫、氮氧化物等對人體有害的污染氣體進行分解,起到凈化空氣的作用，同時也能殺菌去污，具有良好的抗菌功能。

2　配合比設(shè)計

2.1　正交試驗配合比設(shè)計

實驗采用正交設(shè)計法結(jié)合配合比設(shè)計的體積法進行光催化再生集料透水混凝土的試驗配合比設(shè)計。試驗方案設(shè)計實際采用三水平四因素的正交設(shè)計表，共產(chǎn)生9組試驗配合比方案，具體試驗因素與水平如表1所示；由三水平四因素正交試驗表得到的透水混凝土試驗配比見表2。

表1　試驗因素與水平表

表2　正交試驗配比表

文章對光催化再生集料透水混凝土正交試驗考察指標(biāo)有三：抗壓強度、透水系數(shù)以及光催化效應(yīng)。首先，將正交試驗結(jié)果記錄見表3。在對抗壓強度、透水系數(shù)和有光催化效應(yīng)進行效應(yīng)分析的基礎(chǔ)上，綜合分析各因素和水平對試驗指標(biāo)的影響，給出因素和水平的最優(yōu)配合比組合。

表3　正交試驗結(jié)果匯總

2.2　正交試驗結(jié)果分析

采用極差分析方法對試驗數(shù)據(jù)進行直觀分析，并對數(shù)據(jù)進行方差分析?？箟簭姸?、透水系數(shù)、光催化效應(yīng)的直觀分析試驗結(jié)果如表4～6所示，方差分析試驗結(jié)果如表7～9所示。

由表4和表5的極差直觀分析可知，在試驗因素水平變化范圍內(nèi)，水膠比是對抗壓強度和透水系數(shù)的主要影響因素，其次是粉煤灰摻量、集膠比和再生集料替換率；由表6的極差直觀分析可知，在試驗因素水平變化范圍內(nèi)，再生集料替換率是對光催化效應(yīng)的主要影響因素，其次是水膠比、集膠比和粉煤灰摻量。

表4　抗壓強度直觀分析試驗結(jié)果

表5　透水系數(shù)直觀分析試驗結(jié)果

表6　光催化效應(yīng)直觀分析試驗結(jié)果

表7　抗壓強度方差分析表

表8　透水系數(shù)方差分析表

綜合分析各因素和水平變化范圍對三種試驗指標(biāo)的影響，最后選定了正交試驗因素和水平的最優(yōu)組合，如表10所示。最優(yōu)水平組合下的光催化再生集料透水混凝土配合比如表11所示。由選定的最優(yōu)組合下進行的試驗，可得到強度在C25以上、光催化效率達到45%，透水水系數(shù)達到0.350 mm/s的光催化再生集料透水混凝土。

表9　光催化效應(yīng)方差分析表

表10　正交試驗因素與水平的最優(yōu)組合表

表11　1 m3最優(yōu)水平組合下的配合比

3　光催化可再生集料透水混凝土有待解決的關(guān)鍵性問題

（1）由于光催化反應(yīng)中NOx氧化后生成的產(chǎn)物硝酸鹽吸附于混凝土材料的表面,故需要經(jīng)常加以清除,才能保證二氧化鈦的光催化效應(yīng)。雖利用材料多孔的蜂窩狀結(jié)構(gòu)特性可以令雨水帶走部分殘余物，但如何防止透水混凝土空隙被堵塞仍有待解決。

（2）相對于普通混凝土，現(xiàn)階段對光催化再生集料透水混凝土耐久性研究成果明顯不足，對荷載與多重環(huán)境因素耦合作用下的力學(xué)與耐久性能研究尤其欠缺，而實際工程中路面必定是在疲勞荷載與地下水中的硫酸鹽侵蝕、凍融循環(huán)等環(huán)境的耦合作用下失效。研究在耦合作用下的性能演化規(guī)律，揭示失效機制，也是亟待解決的關(guān)鍵性問題。

4　結(jié)語

光催化可再生集料透水混凝土一方面可實現(xiàn)廢棄混凝土的資源化利用，另一方面還可使新制備的路面材料具有透水與分解汽車尾氣的功能，從而同時解決廢棄混凝土處理與大氣污染物凈化兩大難題，并可用于海綿城市的建設(shè)當(dāng)中，具有優(yōu)異的環(huán)境效益和生態(tài)效益。對其配合比進行三水平四因素的正交設(shè)計，由試驗結(jié)果分析可知，在試驗因素水平變化范圍內(nèi)，水膠比是對抗壓強度和透水系數(shù)的主要影響因素，再生集料替換率是對光催化效應(yīng)的主要影響因素，并可得出光催化再生集料透水混凝土的最優(yōu)配合比。

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