石振慶，陳 昊，張 榮，金 爽，王忠風(fēng)，吳慶林

(滁州學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，安徽 滁州 239000)

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市化建設(shè)的不斷加快，廢棄混凝土的產(chǎn)量與日俱增。據(jù)資料顯示，現(xiàn)階段我國(guó)每年約產(chǎn)生15～24億噸建筑垃圾[1]。大量的建筑垃圾不僅污染了人們賴以生存的自然環(huán)境，也消耗了極大的自然資源。再生混凝土是將廢棄的混凝土通過(guò)物理破碎、除塵，根據(jù)粒徑分檔后得到的再生復(fù)合材料，根據(jù)合理的配比，選擇部分或全部再生骨料替代天然骨料，由此配制成的新型混凝土[2-4]。用再生骨料來(lái)替代天然骨料，并進(jìn)行合理、高效利用，既能減少混凝土相關(guān)工程對(duì)天然砂、石的采用，又避免生態(tài)環(huán)境污染，是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色建筑的重要途徑之一[5-6]。其次，隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展和建筑工業(yè)化水平的不斷提高，越來(lái)越多的建筑制品由工廠預(yù)制并現(xiàn)場(chǎng)安裝，其比例也在不斷增加[7]。然而，由于我國(guó)對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工專業(yè)化程度落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，從而導(dǎo)致預(yù)制結(jié)構(gòu)的發(fā)展較為緩慢[8-10]，相比發(fā)達(dá)國(guó)家，預(yù)制建筑在我國(guó)的普及率不到五分之一，這在一定程度上使得預(yù)制建筑的優(yōu)勢(shì)難以充分發(fā)揮。本文針對(duì)以上現(xiàn)狀，利用再生骨料制作通用塊的形式對(duì)再生混凝土和裝配式景觀構(gòu)件組合進(jìn)行了初步的研究和創(chuàng)新。

1.1 主要原材料

1.1.1 再生骨料

本文使用再生骨料由廢舊路面及建筑垃圾破碎而成。經(jīng)初步破碎處理后，通過(guò)電動(dòng)振篩機(jī)篩分，根據(jù)篩網(wǎng)的篩分粒徑對(duì)骨料進(jìn)行分類，將粒徑大于4.75mm的骨料分級(jí)為再生粗骨料，篩分粒徑小于4.75mm大于0.15mm的骨料分為再生細(xì)骨料，如圖1所示。

1.1.2 水泥

實(shí)驗(yàn)水泥采用景德鎮(zhèn)峰通水泥有限公司生產(chǎn)的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，比表面積為357m2/kg，初凝時(shí)間為203min，終凝時(shí)間為250min，3d抗壓強(qiáng)度為27.4MPa，28d抗壓強(qiáng)度為45.0MPa，3d抗折強(qiáng)度為5.9MPa，28d抗折強(qiáng)度為7.7MPa，安定性合格。

1.2 取代率及配合比

采用100%再生骨料取代天然骨料，配制混凝土。具體配合比如表1所示。

表1 再生骨料取代天然骨料的混凝土配合比 kg·m-3

1.3 工作性能檢測(cè)

1.3.1和易性

試驗(yàn)采用坍落度實(shí)驗(yàn)法，結(jié)果如圖1所示。

圖1 再生骨料混凝土坍落度變化示意圖

由圖可見(jiàn)，坍落度隨著時(shí)間的增加不斷下降，前15min坍落度的下降幅度最大。在15～30min期間的塌落度損失程度較大，30min以后，坍落度損失率顯著減小。

1.3.2 抗壓強(qiáng)度

再生混凝土試塊配合比為水泥：再生粗骨料：再生細(xì)骨料：水(1：3.4：2.1：0.5)，制作150mm*150mm*150mm試塊3組，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)得破壞荷載分別為255.4KN、236.5KN、247.2KN，以測(cè)值的算術(shù)平均值作為試塊的抗壓強(qiáng)度值，計(jì)算得到再生混凝土平均抗壓強(qiáng)度為24.63MPa。本文研究主要應(yīng)用在建筑室外景觀構(gòu)件中，構(gòu)件對(duì)于抗壓強(qiáng)度的要求較小，所測(cè)抗壓強(qiáng)度通用塊已滿足一般室外景觀構(gòu)件中混凝土的工作性能要求和應(yīng)用要求，對(duì)工作性能要求高的特殊通用塊，可通過(guò)適當(dāng)?shù)奶砑由奥驶蛘{(diào)配水灰比加強(qiáng)初期再生混凝土的工作性能[11]。

2 設(shè)計(jì)前景

建筑工業(yè)化不僅僅是全球化的大趨向，同時(shí)也是我國(guó)工業(yè)化改革和發(fā)展的必經(jīng)之路。隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，當(dāng)下我國(guó)建筑行業(yè)已經(jīng)被列為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主要產(chǎn)業(yè)和根本產(chǎn)業(yè)。我國(guó)的裝配式混凝土行業(yè)正處于成長(zhǎng)階段，有著廣闊的發(fā)展前景和較高的增長(zhǎng)率。在建筑行業(yè)急速發(fā)展的同時(shí)，建筑垃圾污染也應(yīng)運(yùn)而生，這對(duì)我們?nèi)粘－h(huán)境的影響日益凸顯。根據(jù)這一情況，結(jié)合“四節(jié)一環(huán)保”的理念，提出了裝配式再生混凝土通用塊在室外景觀中的應(yīng)用。

裝配式建筑的機(jī)械化程度高、材料節(jié)約、施工快捷方便，且裝配式再生混凝土通用塊的制作與可持續(xù)發(fā)展理念相契合，將絕大多數(shù)有污染的項(xiàng)目轉(zhuǎn)移到了工廠當(dāng)中，有效地減少了粉塵揮發(fā)、大氣污染以及工業(yè)垃圾的排放。針對(duì)以上優(yōu)勢(shì)，合理地利用建筑廢料，運(yùn)用成熟的工藝流程制作出裝配式再生混凝土通用塊，再結(jié)合前期的調(diào)研和當(dāng)今市場(chǎng)的需求，將其應(yīng)用到室外景觀工程中。裝配式再生混凝土所具備的靈活性特征，無(wú)論是紋理、構(gòu)圖等藝術(shù)特性，還是整體性、可塑性以及平整度等材料特性，均能與室外景觀多樣的藝術(shù)特性相協(xié)調(diào)。這不僅在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中存在商業(yè)價(jià)值，且在建筑材料中具有質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的優(yōu)勢(shì)。除此之外，將具有高自制力和靈活度的裝配式再生混凝土應(yīng)用在文化建設(shè)方面也可獲得較高的景觀文化價(jià)值。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 模板的設(shè)計(jì)

在通用塊的制作前，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了通用塊類型、尺寸的各類圖紙。模板采用的是9mm厚膠合板，此類型板利用率高，抗彎曲性出色，不容易出現(xiàn)變形。選擇好模板，按照設(shè)計(jì)圖紙的要求，依次在模板上畫出尺寸，標(biāo)記序號(hào)，考慮到模板的厚度，部分轉(zhuǎn)角處實(shí)際尺寸要比設(shè)計(jì)尺寸多出8～10mm。

依照板塊的序號(hào)順序進(jìn)行粘貼，各模板與底模首先選用801快干膠進(jìn)行初步固定，該膠操作簡(jiǎn)單、粘性強(qiáng)、固化程度快。完成初步固定后，選用透明膠帶對(duì)側(cè)模板進(jìn)行收縮性粘綁防止混凝土對(duì)側(cè)向模板的壓力使得模板向外膨脹，如圖2所示。

圖2 模板制作圖

3.2 通用塊的制作

按照預(yù)先設(shè)計(jì)的比例稱取水泥、再生細(xì)骨料、再生粗骨料放入強(qiáng)制式單臥軸混凝土攪拌機(jī)中預(yù)先攪拌60秒，再倒入定量水(廢棄混凝土在機(jī)械破碎過(guò)程中受到較大的外力作用，收集的再生骨料內(nèi)部通常會(huì)存在大量微小縫隙，這會(huì)使再生骨料的吸水率和吸水速率都要高于天然骨料，通過(guò)調(diào)查資料顯示，再生骨料的吸水率是天然骨料的6～8倍，而再生細(xì)骨料的吸水率超過(guò)10%，再生粗骨料的吸水率一般為5%[12])復(fù)合攪拌180秒；為保證拆模質(zhì)量，使用毛刷在制作完成的模板內(nèi)部進(jìn)行脫模劑涂刷2～3遍；拌制完成的再生混凝土逐步澆筑至模板內(nèi)，每澆筑一部分混凝土便進(jìn)行人工搗實(shí)，最后再放置于混凝土振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)，當(dāng)混凝土表面停止沉陷，浮現(xiàn)一層水泥漿且不繼續(xù)產(chǎn)生氣泡時(shí)關(guān)閉振動(dòng)臺(tái)；將澆筑完成的構(gòu)件模型統(tǒng)一靜置后拆模，拆模后標(biāo)養(yǎng)28d。

3.3 組合設(shè)計(jì)

目前我國(guó)室外景觀建筑類型主要有休閑桌椅、花架、涼亭、景觀墻、假山、路燈、路牙石等。這些室外景觀構(gòu)筑物都存在樣式單一、造價(jià)高等缺點(diǎn)，且一旦出現(xiàn)裂縫、斷裂等損壞現(xiàn)象時(shí)，整個(gè)構(gòu)筑物均需替換，而被替換掉的材料又將產(chǎn)生建筑垃圾污染環(huán)境等問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題設(shè)計(jì)出拼接構(gòu)件，當(dāng)構(gòu)件有損壞時(shí)可隨時(shí)替換，替換后的構(gòu)件也可再次循環(huán)利用，不僅使構(gòu)筑物的裝配變得更加輕便，還可進(jìn)一步減少建筑垃圾對(duì)自然環(huán)境的破壞。

在總結(jié)現(xiàn)有室外景觀構(gòu)件現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，將一個(gè)完整的構(gòu)件通過(guò)拆解分離的方式分為若干部分。在分解的室外建筑構(gòu)造中，眾多重復(fù)的部分為通用塊的多重組合提供了條件基礎(chǔ)。從裝配式構(gòu)件連接的角度分析，將室外景觀構(gòu)件主要分為四個(gè)大類型進(jìn)行裝配組合[13]。

3.3.1 螺栓連接

螺栓連接是一種常用的機(jī)械連接方式。適用于裝配連接時(shí)承受橫向荷載或需要螺釘固定被連接件的場(chǎng)合。針對(duì)現(xiàn)有公園桌椅外形設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)研，分析得出螺栓連接可有效、快速地完成桌椅的裝配。螺母置于圓盤內(nèi)，而螺栓安置于柱形塊端部。四個(gè)柱形螺栓通過(guò)旋轉(zhuǎn)與圓盤固定，再穿插入十字形通用塊的預(yù)制口。螺栓連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、承載能力強(qiáng)，安全可靠性高，如圖3所示。

圖3 螺栓連接示意圖

3.3.2 榫式連接

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)柱體之間的連接一般采用榫式連接，如圖4所示。

圖4 榫式連接示意圖

榫式連接的構(gòu)造特點(diǎn)是用預(yù)制好的通用塊通過(guò)凹凸口的卡點(diǎn)與另一孔槽的卡點(diǎn)進(jìn)行交叉固定，在左、右縫內(nèi)還可以埋置鋼筋，再用焊接加強(qiáng)連接。這種連接方式多采用在景觀墻的裝配上，它可以承受較大的荷載，并能承受一定的變形。

3.3.3 套筒灌漿式連接

套筒灌漿主要在套筒中灌入大量可膨脹、高強(qiáng)、早強(qiáng)的水泥基灌漿料，套筒對(duì)可膨脹灌漿料的圍固，能起到阻流作用，避免灌漿流失[14]。其中鋼筋表面與其套筒內(nèi)側(cè)間擠壓會(huì)產(chǎn)生正向作用力，通過(guò)該作用力與鋼筋表面大量螺紋產(chǎn)生的摩擦阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)受力鋼筋之間的應(yīng)力傳導(dǎo)。圖3為全灌漿套筒，在套筒的兩端均穿插入鋼筋且通過(guò)灌漿來(lái)連接整體，水平鋼筋的連接即采用這種方式。圖4為半灌漿套筒式連接，是被大量應(yīng)用在縱向鋼筋上的連接結(jié)構(gòu)。灌漿強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)值100%后方可進(jìn)行裝配組合。套筒灌漿連接實(shí)用性強(qiáng)、固定穩(wěn)定、裝配簡(jiǎn)單方便，如圖5所示。

圖5 全、半灌漿套筒式連接

3.3.4 后澆混凝土連接

花架是可供植物攀爬或附著的具有一定形狀的園林設(shè)施?；転榱溯p便美觀，大多采用木式結(jié)構(gòu)，在室外經(jīng)過(guò)風(fēng)吹日曬，易導(dǎo)致木材被蟲蛀、腐蝕。為了解決這類問(wèn)題，使用再生混凝土材料替代木材，有效地節(jié)約了木材的使用。其次，花架對(duì)于構(gòu)筑物的抗壓、抗拉強(qiáng)度要求較小，對(duì)抗剪強(qiáng)度要求較高，所以在連接方式方面選擇后澆混凝土式連接，圖6為后澆混凝土式構(gòu)件。

圖6 后澆式混凝土連接

結(jié)語(yǔ)

建筑垃圾再生骨料可資源化用于室外建筑通用塊的制作生產(chǎn)。依據(jù)現(xiàn)有室外景觀構(gòu)件的拆分，共設(shè)計(jì)了15種通用塊，根據(jù)裝配式建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的多種連接方式，組合裝配出多達(dá)30種室外景觀構(gòu)件。采用再生混凝土裝配方式組裝的室外景觀，不僅能夠減輕建筑垃圾所帶來(lái)的污染，還能為室外景觀構(gòu)件的制作與安裝提出新的發(fā)展思路。