郭磊 陳平平 郭利霞

摘 要：作為新型建筑材料，再生透水混凝土在保證透水性的同時(shí)，必須保證其強(qiáng)度才能夠滿足應(yīng)用要求。為探究不同減水劑對(duì)RPC性能的影響，設(shè)計(jì)10組水灰比，分別摻入巴斯夫、聚羧酸、萘系3種減水劑，通過試驗(yàn)來研究其抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、透水系數(shù)、孔隙率發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明：隨著減水劑摻量的增加，劈拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度呈先增大后減小趨勢(shì)，孔隙率和透水系數(shù)呈先減小后增大的趨勢(shì);通過熵值法對(duì)透水混凝土性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，可知3種減水劑作用效果以萘系為最優(yōu)，最佳摻量為0.75%。

關(guān)鍵詞：減水劑;再生透水混凝土;抗壓強(qiáng)度;劈拉強(qiáng)度;孔隙率

Abstract：As a new type of building material， recycled permeable concrete （RPC） must ensure its strength can meet the application requirements while ensuring its permeability. In order to explore the influence of different water-cement super-plasticizer to the RPC performance， 10 sets of experiments were designed and basf， polycarboxylic acid and naphthalene superplasticizer were added respectively to study their compressive strength， splitting tensile strength， permeability， porosity and other law of development. The results show that RPC splitting strength and compressive strength increase first and then decrease with the increase of water reducer content; the porosity and permeability coefficient decrease first and then increase with the increase of water reducer content; through the entropy method to evaluate the pervious concrete performance， the naphthalene series is the best effect of the three water reducing agent， the optimal dosage is 0.75%.

Key words： water reducing agent; recycled permeable concrete; compressive strength; splitting tensile strength; porosity

再生透水混凝土（Recycled Permeable Concrete，RPC）是由再生骨料、水、水泥等材料經(jīng)特殊工藝制成的具有連續(xù)孔隙的混凝土。與天然骨料相比，再生骨料（Recycled Aggregate，RA）棱角多，表面粗糙，含有砂漿，吸水量更大，其與水泥漿體之間的黏結(jié)性能差等，這使得再生骨料混凝土的和易性和強(qiáng)度降低[1-4]。如果在混凝土混合料中加入更多的水，其和易性可以得到補(bǔ)償，但水灰比升高，抗壓強(qiáng)度降低。為了增強(qiáng)再生骨料混凝土的和易性，可在拌和料中摻入一定量的減水劑，使水泥顆粒更易分散[5]。Chindaprasirt等[6]通過改變透水混凝土的拌制條件進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，1%高效減水劑可以降低水灰比，從而提高透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)。Gneyisi等[7]研究不同取代率再生粗骨料對(duì)透水混凝土性能的影響，采用GLM-ANOVA進(jìn)行分析，認(rèn)為再生骨料取代率和水灰比是影響透水混凝土性能的兩個(gè)主要因素。由于再生骨料表面含有砂漿，其表面粉料無法準(zhǔn)確衡量，現(xiàn)有減水劑用量計(jì)算方法并不能適用，因此應(yīng)采用性能評(píng)價(jià)的方法，確定最優(yōu)減水劑種類及其最優(yōu)使用量范圍。筆者以廢舊路面混凝土為再生骨料來源，選用巴斯夫、聚羧酸和萘系減水劑，研究其摻量對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、透水系數(shù)、孔隙率等的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

水泥為天瑞集團(tuán)水泥有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥（P.O 42.5），試驗(yàn)用水采用鄭州市自來水。再生粗骨料（Recycled Coarse Aggregate，RCA）：廢舊路面混凝土經(jīng)人工錘石及Y123S-4型鄂式破碎機(jī)（上海德中電機(jī)有限公司生產(chǎn)）破碎，經(jīng)XSZ-73型單雙層兩用振篩機(jī)篩分后獲得，骨料粒徑為10～20 mm。依據(jù)《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）對(duì)再生骨料的物理性能進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，其吸水率高于天然粗骨料（Natural Coarse Aggregate，NCA），表觀密度與堆積密度均較低，與李佳彬等[8]的研究結(jié)論一致，其材料性能符合規(guī)范要求[9]，其主要物理性能見表1。

1.2 試驗(yàn)配比

為研究不同減水劑對(duì)RPC性能的影響，本試驗(yàn)根據(jù)控制水膠比為0.3、再生骨料用量為1 916.8 kg/m3，采用巴斯夫F10、HPWR型聚羧酸和萘系3種減水劑，每種減水劑設(shè)計(jì)3種摻量，共設(shè)計(jì)10組配合比方案，以KB組（不摻減水劑）為對(duì)照。試驗(yàn)方案見表2。

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)試件選用100 mm（直徑）×200 mm（高）圓柱體和150 mm×150 mm×150 mm立方體，圓柱體試件用于測(cè)試強(qiáng)度，立方體試件用于測(cè)試孔隙率及透水性能?？紫堵始巴杆禂?shù)測(cè)試方法分別參考CJJ/T253—2016、CJJ/T135—2009。試件成型采用機(jī)械拌制，經(jīng)兩次振搗成型，1 d后脫模并放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，28 d后進(jìn)行性能測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同減水劑摻量對(duì)RPC強(qiáng)度性能的影響

由圖1與圖2可以看出，不摻減水劑制成RPC的抗壓強(qiáng)度（9.06 MPa）與劈拉強(qiáng)度（1.75 MPa）均高于摻入3種減水劑試件的。摻入減水劑后，RPC抗壓強(qiáng)度隨減水劑摻量的增加先增大后減小。其中，萘系減水劑對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的作用效果優(yōu)于聚羧酸與巴斯夫兩種減水劑，其摻量為0.75%時(shí)的抗壓強(qiáng)度（5.90 MPa）優(yōu)于摻量為0.50%（5.05 MPa）、1.00%（4.91 MPa）時(shí)的。聚羧酸與巴斯夫兩種減水劑在摻量為0.50%時(shí)的抗壓強(qiáng)度低于摻量為0.75%時(shí)的。當(dāng)摻量提高為1.00%時(shí)，抗壓強(qiáng)度均減小，其中聚羧酸試件強(qiáng)度降低74%，巴斯夫試件強(qiáng)度降低56%。原因是減水劑中的有機(jī)分子會(huì)在特定的地方發(fā)生反應(yīng)[10]，水化反應(yīng)開始后，糖分與甲酸氫離子等通過形成復(fù)合物進(jìn)入水泥漿體，可以加快分解，提高反應(yīng)速度，同時(shí)水泥漿中的離子濃度越高，不可溶水化硅酸鈣（C-S-H）析出越慢。減水劑消耗完以后，復(fù)合物的反應(yīng)停止，因此在增加減水劑時(shí)，抗壓強(qiáng)度增大，但減水劑摻量增加到一定程度后，因水泥量不足，故水化反應(yīng)的水泥不足，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

圖2表明不同的減水劑對(duì)RPC劈拉強(qiáng)度的影響與抗壓強(qiáng)度類似，隨著減水劑摻量的增加先增大后減小。對(duì)于摻入巴斯夫減水劑的RPC，在摻量為0.75%時(shí)劈拉強(qiáng)度（1.02 MPa）相較于摻量為0.50%（0.77 MPa）的提高33%;在RPC中摻入聚羧酸減水劑后，在摻量為1.00%時(shí)劈拉強(qiáng)度（0.91 MPa）略低于0.75%摻量時(shí)的劈拉強(qiáng)度（1.20 MPa），以摻量為0.50%時(shí)的劈拉強(qiáng)度（1.12 MPa）為最優(yōu);萘系減水劑在3種減水劑中對(duì)RPC劈拉強(qiáng)度作用效果最優(yōu)，在0.50%、0.75%、1.00%的摻量下，RPC劈拉強(qiáng)度分別為1.22、1.27、1.05 MPa，強(qiáng)度值較為均衡。因此，萘系減水劑對(duì)RPC的強(qiáng)度性能作用效果優(yōu)于聚羧酸減水劑與巴斯夫減水劑。

拉壓比為劈拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比，是衡量混凝土脆性的重要參考指標(biāo)?；炷晾瓑罕仍叫。浯嘈栽酱?、韌性越小，因此提高RPC的拉壓比是其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。由于再生透水混凝土材料多用于人行道、步行街、非機(jī)動(dòng)車道、廣場(chǎng)等的鋪設(shè)，因此對(duì)其力學(xué)性能的要求是其抗壓強(qiáng)度要優(yōu)于其抗拉強(qiáng)度。由圖3可知，3種減水劑中相較于不摻減水劑的RPC拉壓比（0.193），摻量為0.75%的聚羧酸RPC拉壓比（0.243）提高了26%，摻量為0.75%的巴斯夫RPC拉壓比（0.197）提高了2%，摻量為0.75%的萘系RPC拉壓比（0.241）提高了11%。巴斯夫減水劑與聚羧酸減水劑不同摻量下RPC強(qiáng)度較低，因此萘系對(duì)RPC拉壓比性能提升效果最優(yōu)。

2.2 不同減水劑摻量對(duì)RPC孔隙率、透水系數(shù)的影響

由圖4可知，隨著減水劑摻量的增加，孔隙率呈先減小后增大的趨勢(shì)。其中，摻入萘系的RPC孔隙率提高37%～47%，摻入聚羧酸的RPC孔隙率提高71%～91%，摻入巴斯夫的RPC孔隙率提高73%～82%。有效孔隙率是決定RPC透水性能的主要因素，有效孔隙指在RPC內(nèi)部貫穿且連續(xù)的孔隙，保持水灰比不變的條件下，減水劑的加入減少了水泥量，包裹骨料的水泥漿體減少，使得孔隙率增大。

與孔隙率變化相同，透水系數(shù)隨減水劑摻量的增大呈先減小后增大的趨勢(shì)（見圖5）。相較于基準(zhǔn)的RPC，摻入減水劑后RPC透水系數(shù)提高17%～49%。其中：摻入0.50%、0.75%、1.00%的巴斯夫減水劑后RPC透水系數(shù)分別提高38%、33%、38%;摻入0.50%、0.75%、1.00%的聚羧酸減水劑后RPC透水系數(shù)分別提高49%、33%、42%;摻入萘系減水劑后RPC透水系數(shù)分別提高34%、17%、41%。這與孔隙率隨減水劑摻量變化趨勢(shì)相符合，隨著孔隙率的增大，透水系數(shù)相應(yīng)增大。摻入聚羧酸減水劑對(duì)RPC透水性的提高程度優(yōu)于巴斯夫與萘系減水劑。

透水系數(shù)與孔隙率的關(guān)系見圖6，擬合線性方程為y=（0.08±0.01）x+（2.21±0.45）（y為透水系數(shù)，x為孔隙率），確定系數(shù)R2=0.73。

2.3 摻減水劑RPC綜合評(píng)價(jià)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析（Grey Relational Analysis，簡(jiǎn)稱GRA）為一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法，其目的是判斷參考序列與比較序列幾何圖形的接近程度，按照接近程度得到結(jié)論[12]。本文采用熵值法，計(jì)算步驟如下。

有關(guān)研究表明，抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、透水系數(shù)、拉壓比是表征不同摻量、不同減水劑對(duì)RPC作用效果的主要關(guān)聯(lián)因素，故選定此4項(xiàng)作為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo);同時(shí)，由圖6可知，透水系數(shù)與孔隙率相關(guān)性較高，故以兩者之間的比值（滲孔比）作為表征不同減水劑對(duì)RPC作用效果的指標(biāo)更加客觀。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

利用熵值法確定的權(quán)重分別為：抗壓強(qiáng)度22.93%，劈拉強(qiáng)度12.95%，透水系數(shù)13.92%，拉壓比8.65%，滲孔比41.55%?；陟刂捣ǖ腉RA進(jìn)行最優(yōu)減水劑摻量綜合評(píng)價(jià)分析，綜合性能最佳的配合比編號(hào)為N1，即減水劑摻量為0.75%、減水率20%的萘系減水劑。3種減水劑作用效果以萘系減水劑為最優(yōu)，其中萘系減水劑摻量為0.75%時(shí)效果最佳。

3 結(jié) 語

（1）設(shè)計(jì)巴斯夫、聚羧酸、萘系3種減水劑，根據(jù)定水灰比的原則分別以0.50%、0.75%、1.00%的摻量加入RPC，進(jìn)行強(qiáng)度和滲透性試驗(yàn)，結(jié)果表明，定水灰比條件下，摻入減水劑導(dǎo)致RPC抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度降低。一方面，保持水灰比不變，水泥量減少，對(duì)骨料的包裹程度不足;另一方面，摻入減水劑后增強(qiáng)了水泥的流動(dòng)性，在制備過程中采用振搗的方式使水泥漿沉積于試件底部形成淤積，在試件內(nèi)無法均勻分布。

（2）在摻入減水劑保持水灰比不變的條件下，RPC透水系數(shù)增大，孔隙率增大，且透水系數(shù)與孔隙率為線性正相關(guān)關(guān)系，擬合公式為y=（0.08±0.01）x+（2.21±0.45），其中摻入聚羧酸減水劑對(duì)RPC透水性的提高程度優(yōu)于巴斯夫與萘系減水劑。

（3）在摻入減水劑保持水灰比不變的條件下，萘系減水劑對(duì)RPC的力學(xué)性能提高能力優(yōu)于巴斯夫與聚羧酸減水劑，且萘系減水劑摻量為0.75%對(duì)RPC抗壓、劈拉強(qiáng)度提高最佳且經(jīng)濟(jì)。

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【責(zé)任編輯 張華巖】