汪博傲，祁天杰，李 旭，徐婧文，李丹露

（中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇 徐州221009）

混凝土作為建筑材料，在當(dāng)代建筑行業(yè)中被大量使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國每年混凝土工程數(shù)量遠(yuǎn)超其他國家?；炷劣昧侩S著房屋、道路的大規(guī)模建設(shè)而增加，從而產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，因?yàn)榛炷聊途眯阅芎玫奶攸c(diǎn)，產(chǎn)生的廢棄垃圾難以自然分解，所以容易產(chǎn)生永久性污染，給環(huán)境生態(tài)帶來危害與影響。

我國每年拆除建筑物產(chǎn)生的廢棄混凝土，導(dǎo)致了非常嚴(yán)峻的環(huán)境問題。因而，對于建筑垃圾的資源化處理以及再利用，既可以解決建筑垃圾引發(fā)的環(huán)境問題[1]，也可以節(jié)約反復(fù)利用大量的天然骨料，緩解天然資源日益緊張與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的矛盾。作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)不可缺少的重要組成部分，廢棄混凝土回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性不言而喻。而對于廢棄骨料的回收與再利用，是實(shí)現(xiàn)中國傳統(tǒng)建筑垃圾資源化的主要方法。

透水混凝土因其多孔結(jié)構(gòu)帶來的空隙率，具備良好的滲水能力，經(jīng)常運(yùn)用于人行道、消防通道等路面。使用透水性混凝土，有利于降低環(huán)境的溫度，增加環(huán)境的濕度，維護(hù)生活環(huán)境，改善地表生態(tài)循環(huán)的同時可以緩解城市的“熱島效應(yīng)”。因此，用廢棄的樓板、屋面、樓梯等制備成再生混凝土骨料去取代透水性混凝土中的部分骨料，不但可以利用廢棄資源，而且節(jié)約了成本，發(fā)揮了改善環(huán)境等多重作用[2]。

為了研究砂率、再生骨料取代率與粗骨料粒徑級配對再生骨料透水混凝土實(shí)際性能的影響，本小組對其展開研究并設(shè)計(jì)相關(guān)試驗(yàn)。

1試件制作與試驗(yàn)步驟

1.1 配合比設(shè)計(jì)

因?yàn)樵偕橇贤杆曰炷梁蛡鹘y(tǒng)混凝土的結(jié)構(gòu)以及所用骨料的不同，所以傳統(tǒng)的水泥混凝土配合比不適用于再生骨料透水性混凝土，而是必須根據(jù)再生透水性混凝土自身的特點(diǎn)，以及工程項(xiàng)目或設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行分析或者調(diào)整[3]。

透水混凝土組成的主要元素包括粗集料、漿體和孔隙，其中粗集料表面上的漿體包裹形成粘結(jié)層，粗集料堆積形成透水混凝土的基本骨架單元，集料與集料、集料與漿體、漿體與漿體之同形成孔隙結(jié)構(gòu)?？紫秳t分為封閉孔、半連通和連通孔三種結(jié)構(gòu)，透水混凝土之所以具有透水性能，是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)中的連通孔是穿透性的水流通道。因而，使用體積法來設(shè)計(jì)透水混凝土配合比的基本原理為通過計(jì)算集料體積、漿體體積和孔隙體積，從而確定透水混凝土配合比。

考慮到本次試驗(yàn)所用骨料中摻有再生混合骨料，且再生混合骨料（再生石子：再生磚）的比值為5：1，所以此次試驗(yàn)的水灰比定在0.30[4]。

1.2 試驗(yàn)原材料與制備

再生骨料：再生骨料的制備主要來源于廢棄工地。在試驗(yàn)計(jì)劃制定完成后，從周邊尋找一處廢棄的建筑工地。再從廢棄工地中，挑選混凝土樓板、屋蓋以及樓梯等部分，將其中的鋼筋取出后，保留混凝土部分，再收集廢棄普通燒結(jié)磚并將其分別裝入收納袋帶回試驗(yàn)室，經(jīng)過簡單的清洗和晾曬之后，先使用鄂式破碎機(jī)將其破碎，再用鐵錘處理較小體積、未完全破碎的廢棄混凝土和磚[5]，然后將破碎以后的再生混合骨料表面的灰塵和泥漬通過清洗和晾曬，使用自動篩分機(jī)篩分后分別得到粒徑為4.75～9.5 mm、9.5～16 mm、16～19 mm的再生石子和再生磚，最后再次清洗晾曬，得到試驗(yàn)用再生骨料。

水泥：本試驗(yàn)采用P·O 32.5水泥；

細(xì)骨料：天然河砂；

硅灰：采用鞏義市邦潔凈水材料銷售有限公司所售的灰色硅灰，各項(xiàng)含量如表1所示；

表1 硅灰主要指標(biāo)

試驗(yàn)所用水：中國礦業(yè)大學(xué)文昌校區(qū)教一樓自來水。

1.3 制作試件

在準(zhǔn)備拌合混凝土試驗(yàn)開始，提前6-8 h用容器盛放此試驗(yàn)所需的再生混合骨料，拌合混凝土，并將試驗(yàn)所需再生混合骨料加入試驗(yàn)室自來水，使其潤濕。輕輕地將浸潤后的再生混合骨料從容器中取出，瀝去再生混合骨料表面的多余水分，使其處于飽和面干狀態(tài)。

本次混凝土試塊的制作采用插搗成型法，相比于壓力成型法和振動成型法，具有制作簡易、保持試塊力學(xué)性能以及不會產(chǎn)生離析現(xiàn)象等特點(diǎn)，故本次試塊制作采用插搗成型法。

本次試驗(yàn)所需混凝土的拌制方法采用水泥裹石法，當(dāng)開始拌制混凝土?xí)r，先將全部集料倒入試驗(yàn)容器里進(jìn)行拌合，同時加入70%的拌合水。接著，加入一半用量的水泥，與其充分拌合。最后將剩余水泥與拌合水再次加入并拌合3 min，直到水泥漿均勻?qū)⒓媳砻姘采w。

本次試驗(yàn)共有9組，每組3個試件。將拌合好的材料分三次填料加入準(zhǔn)備好的100 mm*100 mm*100 mm的模具中，并在每次填料后，使用插搗棒，在每層均勻插搗25次，最后再用抹刀抹平并壓實(shí)試件表面，使集料顆粒彼此粘接起來構(gòu)成一個整體，完成混凝土試塊的制作[6]。

試件養(yǎng)護(hù)：因?yàn)橥杆炷猎嚰紫堵始^大的特征，為防止試件中的水分大量蒸發(fā)導(dǎo)致其中水泥水化反應(yīng)無法進(jìn)行，遂在試件澆筑完成后隨即在試件表面覆蓋一層保鮮膜，并放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d。

1.4 抗壓強(qiáng)度

按照GB/T50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試，以每秒0.2 MPa的速度加載。根據(jù)規(guī)范，因?yàn)楸敬卧囼?yàn)使用的是100 mm*100 mm*100 mm的模具，故在計(jì)算抗壓強(qiáng)度承載力時乘以0.95的換算系數(shù)。

計(jì)算公式為：fce=F/A

1.5 透水系數(shù)

本文采取了如圖所示的試驗(yàn)裝置進(jìn)行透水系數(shù)的測定，試驗(yàn)步驟如下：

圖1 透水系數(shù)測試儀裝置示

將混凝土試塊側(cè)面用液態(tài)石蠟涂抹后，裝入鋼套桶中。在試件與鋼套筒相接處依次均勻涂抹硅膠及石蠟；在玻璃套筒與鋼套筒相接處均勻涂抹硅膠及石蠟，防止試驗(yàn)裝置接縫處漏水。從注水口中注水觀察水是否只從鋼套孔下端流出，同時若接縫處沒有出現(xiàn)石蠟裂痕或者滲出小水珠的現(xiàn)象，即可開始透水系數(shù)的測定。將試驗(yàn)裝置放入水槽內(nèi)，用水管從玻璃套筒頂部注水，水流速度保持不變，直至注水量與溢水口的水量及試件的透水量穩(wěn)定時，記錄十秒時間內(nèi)所接得的水量。

透水系數(shù)的計(jì)算公式為：K=Q*L/(H*A*t)

1.6 表觀密度

采用體積法進(jìn)行測試，等待試件養(yǎng)護(hù)至一定齡期后，將其置于干燥空氣中靜置，使試件處于干燥狀態(tài)。之后采用電子天平和游標(biāo)卡尺測試試件質(zhì)量與體積。為減小試驗(yàn)誤差，每組3個試件全部進(jìn)行測試，取其平均值作為該組試件的表觀密度測試結(jié)果。

按下式求得材料的表觀密度：ρ=m/V

2. 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了分析再生混合骨料摻量、砂率、骨料粒徑三者對再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度、透水系數(shù)、表觀密度的影響，在目標(biāo)孔隙率20%，水灰比0.30，再生混合骨料中（再生石子：再生磚）的比例為5：1，硅灰摻量為5%的固定條件下，綜合考慮了以下因素：再生骨料摻量、砂率、骨料粒徑，采用L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，正交試驗(yàn)因素水平見表正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及各組分摻量見表2。

表2 正交試驗(yàn)因素水平

表3 再生骨料透水混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.試驗(yàn)的結(jié)果與分析

試件破壞過程及破壞形態(tài)：在逐步加載的過程中，試件內(nèi)部發(fā)出微小的“砰砰”聲并逐漸增大，并且伴隨聲音產(chǎn)生裂紋，開始時裂紋集中在應(yīng)力集中區(qū)域（試件的邊角處）；隨著荷載的逐步增大，裂紋的數(shù)量越來越多，裂紋逐漸發(fā)展并且裂紋間相互連接，并逐步與試件內(nèi)部孔隙相通，骨料顆粒隨之脫落，最后形成一條貫穿試件頂面與底面的裂縫或者試件整體破碎，宣布試件破壞，加載試驗(yàn)結(jié)束。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果

3.1 抗壓強(qiáng)度影響因素分析

由表5可得知對抗壓強(qiáng)度影響最大的是再生骨料取代率。

表5 正交試驗(yàn)極差分析

隨著再生骨料取代率的提高，再生透水性混凝土試件的強(qiáng)度明顯下降。再生骨料取代率為40%的試塊相對于30%取代率的試塊強(qiáng)度降低了27.4%，取代率50%的試塊相對于40%取代率的試塊降低了9.9%；機(jī)理分析：再生骨料表面的老舊砂漿更容易脫落，并且再生骨料中的細(xì)微裂縫的數(shù)量多于天然骨料中的縫隙數(shù)量，使得再生骨料的抗壓強(qiáng)度低于天然骨料的抗壓強(qiáng)度。故隨著摻和量的提高，試件的抗壓強(qiáng)度處于逐漸下降的趨勢。

3.2 透水系數(shù)影響因素分析

由表5可知對透水系數(shù)影響最大的是骨料粒徑。

當(dāng)粒徑從4.75～9.5 mm增大到9.5～16 mm時，透水系數(shù)的突然降低，機(jī)理分析可能是因?yàn)樵偕旌瞎橇项w粒裂縫被水泥漿液堵塞，導(dǎo)致透水系數(shù)減??；當(dāng)粒徑從9.5～16 mm增大到16～19 mm時，隨著骨料粒徑的增大，再生骨料顆粒間接觸點(diǎn)減小，導(dǎo)致裂縫的孔隙尺寸增大，不容易被堵住，透水系數(shù)相應(yīng)增大。

3.3 表觀密度影響因素分析

由表5可知對表觀密度影響最大的是再生骨料取代率。

因?yàn)橄噍^于天然骨料，再生骨料中有更多的微小裂縫和孔隙，所以再生骨料的密度稍小于天然骨料。故隨著再生骨料的摻入量的提高，試件的表觀密度大致呈現(xiàn)下降的趨勢。再生混合骨料摻入量從30%提高到40%時，表觀密度相對降低了4%；而從40%提高到50%時，兩者表觀密度近乎相等。

4.結(jié)論

本試驗(yàn)研究了再生骨料取代率、砂率和粗骨料粒徑對再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度、透水性系數(shù)以及表觀密度的影響，得出以下結(jié)論：一是隨著骨料取代率的增高，其表觀密度大抵呈降低的趨勢，同時抗壓強(qiáng)度有明顯增加。二是砂率的改變對試件的透水系數(shù)沒有明顯的影響，但是表觀密度與抗壓強(qiáng)度卻隨著砂率的增大而有所降低。三是隨著粗骨料粒徑增加，表觀密度增大但抗壓強(qiáng)度有所下降，透水性由于機(jī)理原因先降低然后增加。綜上，對再生透水性混凝土的表觀密度與抗壓強(qiáng)度影響最大的為再生骨料取代率，對透水系數(shù)影響最大的因素為粗骨料粒徑。