利用再生骨料配制透水性混凝土

陳 瑩 嚴(yán)捍東

(華僑大學(xué)土木工程學(xué)院 泉州 362021)

  摘 要：利用再生骨料配制透水性混凝土,，對(duì)其強(qiáng)度和透水系數(shù)隨骨灰比,、砂率和水灰比變化的規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到這種新型環(huán)保型混凝土的配合比控制參數(shù),。采用功效系數(shù)法,，得出在振動(dòng)成型條件下，滿足最優(yōu)強(qiáng)度和透水系數(shù)的配合比是：骨灰比3.5,，砂率0.15,水灰比0.34,。

  關(guān)鍵詞：再生骨料 透水性混凝土 強(qiáng)度 透水系數(shù) 配合比

USING RECYCLED AGGREGATE TO PREPARE WATER PERM EABILITY CONCRETE

ChenYing YanHandong

(College of Civil Eningeering，Huaqiao University Quanzhou 362021)

Abstract：The water permeability concrete with recycled aggregate is prepared,whose variation regularity of strength and permeability coefficient changing with aggregate-cemen tratio,sand percent ageand water-cement ratio is studied through experiments.The significant parameters controlling the mixture ratio of this new environmental concrete are also presentedin the paper.By means of efficacy coefficient method,the optimal mixture ratio under the vibratory moulding condition is aggregate-cement ratio3.5,sand percentage0.15and water-cement ratio0.34,and thenthe concrete strength and permeability coefficient attain the equilibrium point.

Keywords：recycled aggregate water permeability concrete strength permeability coefficient mixture ratio

以實(shí)現(xiàn)透氣性、透水性!調(diào)節(jié)生態(tài)平衡和保護(hù)環(huán)境為目的的透水性混凝土是近20年來出現(xiàn)的一種新型的環(huán)保型混凝土道路材料,。與傳統(tǒng)的混凝土相比，其最大特點(diǎn)是有一定的連通孔隙,，具有良好的透水性及保濕性,，性能接近于草坪和土壤地面^[1]。將這種混凝土用于鋪筑道路,、廣場(chǎng),、人行道路等，對(duì)調(diào)節(jié)生態(tài),、改善環(huán)境具有重要作用,。再生骨料混凝土屬于減輕環(huán)境負(fù)荷型混凝土，其利用建筑物解體時(shí)廢棄的混凝土代替天然骨料,，節(jié)省天然礦物質(zhì)資源,，同時(shí)減輕固體廢渣對(duì)環(huán)境的污染，在資源和環(huán)境保護(hù)方面,，具有不可估量的社會(huì)效益,。為了將混凝土對(duì)環(huán)境造成的負(fù)荷控制在最小限度之內(nèi)，本文考慮利用再生骨料配制透水性混凝土,，系統(tǒng)研究骨灰比!砂率和水灰比對(duì)再生骨料透水性混凝土強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響規(guī)律,，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù),提出最優(yōu)配合比,。

1 再生骨料透水性混凝土的配合比設(shè)計(jì)：

透水性混凝土的特性是高滲透性,但作為路面制品又必須滿足一定的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度,，表1列出了國(guó)內(nèi)外透水性混凝土應(yīng)達(dá)到的性能指標(biāo)^[2]。其力學(xué)性能和透水系數(shù)之間基本成反比關(guān)系,，即混凝土強(qiáng)度的增加,，通常會(huì)引起透水系數(shù)的減小。因而需要對(duì)再生骨料透水性混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的研究,，保證再生骨料透水性混凝土不僅具有較高的強(qiáng)度,，同時(shí)有良好的透水性能。

1.1 原材料的選擇

水泥：透水性混凝土一般選用32.5級(jí)以上硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,。由于透水性混凝土是粗骨料顆粒間通過硬化的水泥漿薄層膠結(jié)而成的多孔堆聚結(jié)構(gòu)^[3],，受力時(shí)是通過骨料之間的膠結(jié)點(diǎn)傳遞力的作用，因此一般選用高強(qiáng)度等級(jí)水泥,。本文試驗(yàn)采用普通硅酸鹽水泥,，其力學(xué)性能如表2所示。

骨料：骨料的級(jí)配是控制透水性混凝土質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),。試驗(yàn)表明,，為保證透水性混凝土應(yīng)有的強(qiáng)度和良好的滲透性能，骨料應(yīng)采用間斷型單粒級(jí)配。參照對(duì)建筑用卵石,、碎石的顆粒級(jí)配規(guī)定(GB/T14685-2000),，同時(shí)由于10~20mm再生骨料公稱粒級(jí)的級(jí)配較合理，且試驗(yàn)材料獲取方便,，本文試驗(yàn)均采用10~20mm這一公稱粒級(jí)的再生骨料,。細(xì)骨料為粒徑0.63~1.25mm的天然砂。

1.2 配合比參數(shù)的選定

再生骨料透水性混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)遵循透水性混凝土的結(jié)構(gòu)模型^[3],。通過合理的配合比參數(shù)的改變,，在確保粗骨料表面被水泥砂漿充分包裹的前提下，盡可能使粗骨料間具有足夠的連通空隙,，使混凝土既滿足具有一定強(qiáng)度的要求,，又具有良好的透水性。依據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果^[4~6]和對(duì)混凝土的理論分析,，選定試驗(yàn)控制的透水性混凝土主要配合比參數(shù)為骨灰比,、砂率和水灰比，表3~表5分別示出了試驗(yàn)所用的各配合比混凝土的材料用量,。

1．3 試驗(yàn)方法

1)強(qiáng)度試驗(yàn)方法

再生骨料透水性混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的試驗(yàn)方法與普通混凝土相同^[7],，其中抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的試件尺寸為100mm×100mm×100mm，抗折強(qiáng)度試驗(yàn)的試件尺寸為40mm×40mm×160mm,相同條件下養(yǎng)護(hù)7d,、28d后采用NYL-30型壓力試驗(yàn)機(jī)和DKZ-5000型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試,。

2)透水系數(shù)試驗(yàn)方法

表征透水性混凝土透水性的透水系數(shù)測(cè)定方法基于Darcy定律，但該試驗(yàn)的方法在各國(guó)仍未有真正的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,。本文試驗(yàn)制作了如圖1所示的固定水頭和可變水頭相結(jié)合的透水試驗(yàn)裝置,。試驗(yàn)時(shí)從透水圓筒上部注入水，水透過混凝土試件后進(jìn)入水槽,，最后從定位水桶的出水口排出,，注水時(shí)多余的水從溢水口溢出。當(dāng)注入的總水量與從出水口及溢水口流出的水量取得平衡后,，在啟動(dòng)秒表計(jì)時(shí)的同時(shí),，量取時(shí)間t內(nèi)從出水口排出的水量，即是透過混凝土的水量Q,，并測(cè)量當(dāng)時(shí)的水溫T,，代入計(jì)算公式：K_T=Q×D/(A×h×t)，中即可得透水性混凝土的透水系數(shù),。式中,，K_T為水溫T時(shí)的透水系數(shù)(cm/s)，D和A分別為混凝土試件的厚度(20cm)及面積(186cm²),h為水頭(cm),。由于水的動(dòng)力粘滯系數(shù)直接影響著滲透系數(shù)的大小,，溫度越高,，動(dòng)力粘滯系數(shù)越小，滲透系數(shù)越大,，因此應(yīng)將透水系數(shù)換算到標(biāo)準(zhǔn)溫度才具有可比性,。日本混凝土工學(xué)協(xié)會(huì)把15℃定為標(biāo)準(zhǔn)溫度^[8]，把不同水溫下測(cè)定的透水系數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)透水系數(shù),。計(jì)算公式為：K₁₅=μ×K_T,，μ為修正系數(shù)，查表可得^[9],。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和分析再生骨料透水性混凝土28d立方體抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨骨灰比!砂率及水灰比的變化規(guī)律如圖2、圖3所示,。

從圖2和圖3可以得到以下結(jié)論：

1)抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度始終保持著高度相關(guān)性,即有相同的變化趨勢(shì),。

2)再生骨料透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨著骨灰比的增長(zhǎng)，呈線性大幅下降,；隨著砂率的增長(zhǎng),，呈線性上升；隨水灰比的變化呈現(xiàn)復(fù)雜性：水灰比過小,，新拌混凝土流動(dòng)性差,，水泥水化程度低，強(qiáng)度下降,，而水灰比過大,，混凝土強(qiáng)度也降低?？梢源嬖谝粋€(gè)較優(yōu)的水灰比,，本文試驗(yàn)結(jié)果為0.34。

3)隨著齡期的增長(zhǎng),，水化逐漸完全,，抗折強(qiáng)度稍有提高。

4)若采取合適的配合比,，再生骨料和膠凝材料間有很強(qiáng)的粘結(jié)力,。破壞一般發(fā)生在基體一側(cè)，體現(xiàn)出較高的強(qiáng)度,。而當(dāng)骨灰比偏高或水灰比偏低時(shí),，由于水泥漿不足以包裹骨料，破壞往往發(fā)生在骨料和水泥石結(jié)合面上,，導(dǎo)致混凝土提前破壞,，這種現(xiàn)象在早期尤為明顯。

2.2 透水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果和分析

再生骨料透水性混凝土透水系數(shù)隨骨灰比,、砂率及水灰比的變化規(guī)律如圖4所示,。如圖4a所示，骨灰比為3.5時(shí)，水泥漿可以充分覆蓋骨料表面,，混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí),，但透水系數(shù)不高；骨灰比從3.5變化到4.0時(shí),，透水系數(shù)迅速上升,，增幅達(dá)34%，因?yàn)樗酀{數(shù)量減少,，形成大量空隙相互連通,，形成透水通道，因而透水性能提高,；而當(dāng)骨灰比從4.0提高到4.5時(shí),,，透水性能則上升不多。而隨著砂率的提高,，再生骨料透水性混凝土的透水系數(shù)明顯下降(見圖4b),。當(dāng)砂率從0.15變化到0.20和0.25，透水系數(shù)的降幅分別是60%和78%,。因?yàn)楫?dāng)砂率較低時(shí),，砂漿數(shù)量不足以完全包裹石子表面，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)不密實(shí),，透水性能較好,。隨著砂率的增長(zhǎng)，砂漿填充在混凝土內(nèi)部,，減少骨料和骨料間的空隙,，混凝土逐漸密實(shí)，透水性下降,。從圖4c可以看到,，水灰比的影響情況較為復(fù)雜。水灰比等于0.28時(shí),，透水系數(shù)不高,，究其原因再生骨料吸水率高，水灰比低時(shí),，相對(duì)水泥漿少,，成型困難，攪拌不充分,，使水泥漿容易富集在某一區(qū)域,，阻塞上下連通的透水通道，因此透水性能差,；而水灰比從0.28上升到0.34時(shí),，水泥漿拌制均勻,，空隙不被阻塞，故透水系數(shù)上升很快,；當(dāng)水灰比達(dá)到0.45時(shí),，原有的水泥漿已經(jīng)完全包裹骨料表面，增加的水泥漿填充在骨料之間,，減少空隙,，由此透水性又逐漸下降。此外,，隨著齡期的增長(zhǎng),，再生骨料透水性混凝土的透水系數(shù)會(huì)有所降低，主要原因是,，隨著齡期的增長(zhǎng),，水化逐漸完全，毛細(xì)孔數(shù)量減少,，混凝土變得密實(shí)，透水性下降,。

2.3 最優(yōu)配合比的確定

由于數(shù)據(jù)繁多,，本文采用功效系數(shù)法，尋求滿足最佳力學(xué)和透水性能的配合比,，如表6所示,。由表6可直接看到，骨灰比為3.5時(shí)的功效系數(shù)最大,，等于0.893,；砂率內(nèi)0.15時(shí)的功效系數(shù)最大，等于0.626,；水灰比在0.34時(shí)的功效系數(shù)最大,，等于1.000。綜合評(píng)價(jià)得出的最優(yōu)配合比是：骨灰比3.5,，砂率0.15,，水灰比0.34。通常情況下,，抗壓強(qiáng)度在20.0MPa以上就能滿足人行道的鋪設(shè)要求,，抗壓強(qiáng)度在30.0MPa以上能滿足輕量車道的鋪設(shè)要求。因此,，再生骨料透水性混凝土可以滿足使用要求,。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來，我國(guó)建筑業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段,。由于傳統(tǒng)意義上的混凝土生產(chǎn)和使用對(duì)自然資源的巨大消耗以及對(duì)環(huán)境的巨大破壞,，已不適應(yīng)我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求,，于是環(huán)保型混凝土應(yīng)運(yùn)而生。針對(duì)混凝土的環(huán)保需要,，我們研制和開發(fā)了建筑垃圾再生骨料透水性混凝土,，尋求這一新型綠色混凝土的最佳配合比，使之既滿足一定的強(qiáng)度要求,，又具有良好的透水性能,。對(duì)再生骨料透水性混凝土的研究還處于剛剛起步的實(shí)驗(yàn)室階段，還需要進(jìn)行大量研究與開發(fā)工作,。

參考文獻(xiàn)

1 王 波.透水性硬化路面及鋪地的應(yīng)用前景.建筑技術(shù),2002,33(9):659~660

2 王武祥.透水性混凝土路面磚的種類和性能.建筑砌塊與砌塊建筑,2003(1):17~19

3 楊 靜,蔣國(guó)梁.透水性混凝土路面材料強(qiáng)度的研究.混凝土,2000(10):27~30

4 姜德民,程海麗,高振林.透水性混凝土路面磚的研制.新型建筑材料,2003(3):18~20

5 張振秋,吳曉泉,陳智豐.透水性混凝土路面磚的研究.混凝土,2003(1):41~43

6 王武祥,謝堯生,夏桂清.透水性混凝土的性能與應(yīng)用.中國(guó)建材科技,1994,3(4):1~5

7 GBJ81-85 普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法

8 陳志山.大孔混凝土的透水性及其測(cè)定方法.混凝土與水泥制品,2001(1):19~20

9 吉青克.大孔隙材料滲透系數(shù)的室內(nèi)測(cè)定.公路交通科技,2002,19(2):31~34

*福建省建設(shè)廳2004年度建設(shè)系統(tǒng)科技計(jì)劃項(xiàng)目,，泉州市建設(shè)局全國(guó)建設(shè)科技發(fā)展重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)：泉建科2003028)；泉州市科技局2004年度科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2004S1),；華僑大學(xué)高層次人才科研基金會(huì)(編號(hào)：02BS205),。

第一作者：陳 瑩 女 1979年11月出生 碩士研究生

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