姚碩，陸宗武

(1.安徽建筑大學(xué)，安徽 合肥 230601；2.合肥東凱新型建材有限公司，安徽 合肥 231600；3安徽皖維高新材料股份有限公司，安徽 合肥 238000)

0 前言

近年來(lái)，中國(guó)城市化進(jìn)程的加快導(dǎo)致大量基礎(chǔ)設(shè)施的拆除，其中大部分是混凝土和磚石建筑，這些拆除產(chǎn)生了大量的拆建廢料。目前，中國(guó)的拆建廢物數(shù)量已占城市固體廢物總量的30%～40%。據(jù)估計(jì)，目前中國(guó)大陸每年生產(chǎn)約2億噸廢混凝土?；厥蘸驮倮脧U混凝土的需求非常迫切和必要。將建筑垃圾中的廢混凝土、磚石破碎、篩分可制得再生骨料。這種骨料表面粗糙、多棱角、比表面積大、吸水量大。因此，用其配制混凝土?xí)r單位用水量比普通混凝土大，混凝土坍落度損失也大。再生骨料混凝土的強(qiáng)度和彈性模量相當(dāng)于天然骨料混凝土的2/3。

透水混凝土又稱多孔混凝土，無(wú)砂混凝土，透水地坪。是由骨料、水泥、增強(qiáng)劑、和水拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土，它不含細(xì)骨料。透水混凝土由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，具有透氣、透水和重量輕的特點(diǎn)。

本論文主要是研究制備高透水性能的透水混凝土，并對(duì)其性能機(jī)理進(jìn)行初步研究，將廢棄混凝土、廢棄紅磚破碎成不同粒徑，并作為粗骨料制備透水混凝土。以天然碎石為對(duì)照組，研究骨料種類、粒徑對(duì)透水混凝土性能的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本次實(shí)驗(yàn)采用的水泥是P.S.A 32.5礦渣硅酸鹽水泥，密度為3.1×10kg/m，對(duì)碎石、廢棄紅磚、廢棄混凝土三種骨料進(jìn)行了堆積密度和表觀密度的性能測(cè)試，同時(shí)計(jì)算空隙率，結(jié)果如表1所示。由表可以看出，與碎石相比，廢棄混凝土的密度有小幅度降低，廢棄紅磚密度最小。隨粒徑增大，體系空隙率增大。

原材料性能指標(biāo) 表1

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 最佳水灰比

查閱資料可知，透水混凝土最佳水灰比范圍為0.25～0.45，對(duì)三種骨料按照配合比計(jì)算方法，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，然后進(jìn)行試拌。發(fā)現(xiàn)，W/C=0.35時(shí)，碎石和廢棄混凝土為粗骨料的透水混凝土狀態(tài)最好，此時(shí)拌合物的粘聚性很好且漿體能夠很均勻地包裹在粗骨料表面，不會(huì)出現(xiàn)漿體過(guò)多沉積溢出等現(xiàn)象；由于紅磚吸水率較大，W/C=0.45時(shí)，紅磚為粗骨料的透水混凝土狀態(tài)最好。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)試拌的結(jié)果，將碎石和廢棄混凝土作為粗骨料的透水混凝土的水灰比確定為0.35，廢棄紅磚作為粗骨料的確定為0.45。具體實(shí)驗(yàn)方案如表2所示。

實(shí)驗(yàn)方案 表2

1.2.3 配合比設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)過(guò)程以4.75～9.5mm石子作粗骨料，透水混凝土目標(biāo)孔隙率P=15%為例。1m混凝土中石子的質(zhì)量為：

由式（2）可知1m混凝土中水泥漿的體積為170mL

由于水泥密度為3.1×10kg/m,水灰比為0.35，則有：

則配合比計(jì)算結(jié)果為：Mg=1774kg，Mw=2541kg，Mc=89kg。

按照配合比計(jì)算實(shí)例中的計(jì)算方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案所設(shè)計(jì)的透水混凝土試塊進(jìn)行了配合比計(jì)算，匯表如表1～表2。

1.3 試塊的成型、制備與養(yǎng)護(hù)

本次試驗(yàn)采用手工拌合，試樣模具尺寸為100mm×100mm×100mm，每組實(shí)驗(yàn)做兩個(gè)試件進(jìn)行對(duì)比?；炷两?jīng)攪拌后，分兩次裝進(jìn)模型，每一次把拌合物裝進(jìn)模型后都要用搗棍進(jìn)行搗實(shí)，使混凝土拌合物緊密堆積。普通混凝土采用的振搗方法都是振動(dòng)成型或機(jī)械振搗，而本課題透水混凝土成型時(shí)并沒(méi)有選擇振動(dòng)成型和靜壓成型，因?yàn)闊o(wú)法很準(zhǔn)確地掌握好時(shí)間，所以選擇的是人工搗實(shí)。本次試驗(yàn)采用的是自然養(yǎng)護(hù)，次日拆模后放在實(shí)驗(yàn)室的柜子里面進(jìn)行自然狀態(tài)下的養(yǎng)護(hù)。

2 性能測(cè)試

本實(shí)驗(yàn)力學(xué)性能測(cè)試所用儀器為NYL-600型壓力試驗(yàn)機(jī)。根據(jù)以下公式計(jì)算出強(qiáng)度：

式（5）中：P——壓強(qiáng)（MPa）；F——壓力（N）；S——受力面積（m）。采用變化水頭的試驗(yàn)方法對(duì)透水性能進(jìn)行測(cè)試，如圖1所示，在套筒中注入一定量的水，水通過(guò)透水混凝土流出，通過(guò)計(jì)時(shí)，測(cè)定單位時(shí)間的出水量，即單位時(shí)間通過(guò)透水混凝土試塊的水流量。

圖1 透水測(cè)定裝置示意圖

碎石作為粗骨料的配合比 表3

廢棄紅磚作為粗骨料的配合比 表4

廢棄混凝土作為粗骨料的配合比 表5

3 結(jié)果與討論

3.1 力學(xué)性能結(jié)果分析

3.1.1 水灰比對(duì)透水混凝土力學(xué)性能的影響

圖2為以粒徑為9.5～16mm的碎石做粗骨料時(shí)，在目標(biāo)孔隙率為25%的情況下，水灰比對(duì)試樣力學(xué)性能的影響。由圖可知，當(dāng)水灰比為 0.30、0.35、0.40、0.45時(shí)，制得透水混凝土的抗壓強(qiáng)度分別 為 13.04 MPa、23.07MPa、17.42MPa、9.14MPa?？梢?，隨著水灰比的增大，抗壓強(qiáng)度值是先增大后減小，呈拋物線型。較小的水灰比在孔隙率一定的情況下，試塊中水泥的量會(huì)增多，而水的量也有限，而導(dǎo)致水泥漿干的快也硬的快，拌合物的流動(dòng)性差，無(wú)法裝模成型，對(duì)其強(qiáng)度不利；反之，水灰比太大，透水混凝土的和易性就會(huì)特別的好，這時(shí)水泥漿的量就會(huì)超出范圍，多出的水泥漿有可能會(huì)將骨料之間的空隙填堵，試拌過(guò)程中發(fā)現(xiàn)漿體從骨料之間的縫隙沉積到試塊底部，最終發(fā)生封底現(xiàn)象，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度也會(huì)降低。

圖2 水灰比對(duì)透水混凝土力學(xué)性能的影響

3.1.2 骨料粒徑對(duì)透水混凝土力學(xué)性能的影響

骨料粒徑對(duì)透水混凝土力學(xué)性能的影響結(jié)果見圖3。由圖可知，三種骨料隨著粒徑的減小，抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)一樣的變化趨勢(shì)，即逐漸增大。究其原因是粗骨料的粒徑愈小，混凝土單位體積的表面積是愈大的。這種情況下，單位體積的透水混凝土里，骨料與膠凝材料的接觸面就會(huì)增大；同時(shí)與膠凝材料的粘結(jié)力也就會(huì)增大。因?yàn)榫突炷炼?，其?qiáng)度的主要貢獻(xiàn)力來(lái)源就是骨料之間的粘結(jié)力度，在這種情況下，透水混凝土的強(qiáng)度顯然會(huì)增強(qiáng)。

圖3 不同透水率混凝土抗壓強(qiáng)度

3.1.3 目標(biāo)孔隙率對(duì)透水混凝土力學(xué)性能的影響

由圖3可知，隨著目標(biāo)空隙率的增大，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，得到的這個(gè)結(jié)果是與透水性混凝土內(nèi)部的構(gòu)造機(jī)制有很大聯(lián)系的，因?yàn)橥杆炷两Y(jié)構(gòu)中存在很多的孔隙，透水混凝土內(nèi)部并不是密實(shí)的，在目標(biāo)孔隙率選取很小的情況下，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)度肯定會(huì)有所增加，進(jìn)而抗壓強(qiáng)度也會(huì)增加；相反，目標(biāo)孔隙率大的情況下，抗壓強(qiáng)度值也會(huì)降低。

3.1.4 骨料種類對(duì)透水混凝土力學(xué)性能的影響

由圖3可知，三種粗骨料拌制的透水混凝土，廢棄混凝土的抗壓強(qiáng)度最大，依次降低的是碎石和廢棄紅磚。廢棄混凝土的主要成分是碎石、膠結(jié)的水泥塊，拌制的透水混凝土的抗壓強(qiáng)度較高的原因可能是廢棄混凝土中含有一定量的礦物摻合料、外加劑等，拌制和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中起到了一定的作用。通過(guò)碎石和廢棄紅磚的對(duì)比可以看出，廢棄混凝土拌制透水混凝土的再生利用是有開發(fā)前景的，可以通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案、添加外加劑、優(yōu)化配合比等方式制作出高強(qiáng)、高性能透水混凝土。

3.2 透水性能結(jié)果分析

3.2.1 水灰比對(duì)透水混凝土透水性能的影響

以粒徑為9.5～16mm的碎石做粗骨料，目標(biāo)孔隙率為25%時(shí)，水灰比對(duì)透水混凝土透水性能的影響結(jié)果見圖4。試拌過(guò)程中，水灰比為0.30時(shí)，拌合物幾乎沒(méi)有粘聚性，處于分散狀態(tài)，測(cè)得的透水率為1620mL/min；水灰比達(dá)到0.35時(shí)，透水率為3585mL/min；水灰比為0.40時(shí)，對(duì)試拌的試塊進(jìn)行透水率檢測(cè)，透水率為1825mL/min，雖然可以透水，但是由于漿體過(guò)多，填充在粗骨料中，孔隙率減少，透水率已經(jīng)大大降低；水灰比為0.45時(shí)，由于拌合物漿體太多，搗實(shí)時(shí)有漿體從底部和縫隙溢出，導(dǎo)致漿體對(duì)骨料的包裹不均勻，拆模后試塊出現(xiàn)封底現(xiàn)象，無(wú)法測(cè)定透水率。由圖4可知隨著水灰比的增加，透水混凝土的透水率先增大，水灰比到0.35左右時(shí)，達(dá)到理想透水率，隨后開始降低。增大的原因是水灰比增加，漿體增多，可以均勻的包裹骨料；降低則是因?yàn)闈{體過(guò)多，試塊會(huì)出現(xiàn)封底現(xiàn)象。

圖4 水灰比對(duì)透水混凝土透水率的影響

3.2.2 骨料粒徑對(duì)透水混凝土透水性能的影響

骨料粒徑對(duì)透水混凝土透水性能的影響見圖5。由圖可知，粒徑越小，透水率越大，透水性能越好；粒徑越大，透水率反而越小，透水性能越差。當(dāng)骨料粒徑增大時(shí)，粗骨料相互間的孔隙會(huì)很大，這些孔隙利于水泥漿體的充填，孔隙就會(huì)變小，這時(shí)透水率也會(huì)相應(yīng)的變小。

圖5 透水混凝土透水率值

3.2.3 目標(biāo)孔隙率對(duì)透水混凝土透水性能的影響

觀察圖5可以看出，隨著目標(biāo)孔隙率的增大，透水率逐漸增大，例如4.75～9.5mm碎石，目標(biāo)孔隙率為15%時(shí)，透水率為3615mL/min，目標(biāo)孔隙率為20%時(shí)，透水率為3735mL/min，目標(biāo)孔隙率為25%時(shí)，透水率為3825mL/min。雖然透水率測(cè)定存在很大誤差，但是通過(guò)在相同條件下的對(duì)比可以看出，結(jié)果還是符合方案設(shè)計(jì)的。

3.2.4 不同粗骨料透水混凝土透水性能的比較

由圖5可知，三種粗骨料拌制的透水混凝土，碎石為粗骨料的透水率最大，廢棄混凝土為粗骨料的透水混凝土的透水率高于廢棄紅磚為粗骨料的透水混凝土。雖然廢棄混凝土作為粗骨料制作的透水混凝土的透水性能不是三種骨料里最優(yōu)的，但是差值也不是很大。說(shuō)明廢棄混凝土有很好的應(yīng)用前景，可以通過(guò)調(diào)整骨料級(jí)配，優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)來(lái)改善其透水性能。

4 結(jié)語(yǔ)

①隨體系水灰比增大，試樣抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)均呈先增大后降低趨勢(shì)；減小骨料粒徑對(duì)體系力學(xué)性和透水性有利；

②以廢棄紅磚和混凝土做粗骨料制備的透水混凝土較天然骨料制備的透水混凝土，力學(xué)性能和透水性能相當(dāng)。當(dāng)廢棄混凝土粒徑為4.75～9.5mm，目標(biāo)孔隙為20%時(shí)，制備出的透水混凝土，抗壓強(qiáng)度為34.12MPa，透水率為3120mL/min。