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利用再生骨料配制透水性混凝土

陳 瑩 嚴捍東

(華僑大學土木工程學院 泉州 362021)

  摘 要：利用再生骨料配制透水性混凝土，對其強度和透水系數(shù)隨骨灰比、砂率和水灰比變化的規(guī)律進行了試驗研究，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，得出在振動成型條件下，滿足最優(yōu)強度和透水系數(shù)的配合比是：骨灰比3.5，砂率0.15,水灰比0.34。

  關鍵詞：再生骨料 透水性混凝土 強度 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

以實現(xiàn)透氣性、透水性!調(diào)節(jié)生態(tài)平衡和保護環(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、人行道路等，對調(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)境負荷型混凝土，其利用建筑物解體時廢棄的混凝土代替天然骨料，節(jié)省天然礦物質(zhì)資源，同時減輕固體廢渣對環(huán)境的污染，在資源和環(huán)境保護方面，具有不可估量的社會效益。為了將混凝土對環(huán)境造成的負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!砂率和水灰比對再生骨料透水性混凝土強度和透水系數(shù)的影響規(guī)律，采用適當?shù)臄?shù)學方法，分析試驗數(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計：

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度和抗折強度，表1列出了國內(nèi)外透水性混凝土應達到的性能指標^[2]。其力學性能和透水系數(shù)之間基本成反比關系，即混凝土強度的增加，通常會引起透水系數(shù)的減小。因而需要對再生骨料透水性混凝土進行配合比設計的研究，保證再生骨料透水性混凝土不僅具有較高的強度，同時有良好的透水性能。

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而成的多孔堆聚結構^[3]，受力時是通過骨料之間的膠結點傳遞力的作用，因此一般選用高強度等級水泥。本文試驗采用普通硅酸鹽水泥，其力學性能如表2所示。

骨料：骨料的級配是控制透水性混凝土質(zhì)量的一個重要指標。試驗表明，為保證透水性混凝土應有的強度和良好的滲透性能，骨料應采用間斷型單粒級配。參照對建筑用卵石、碎石的顆粒級配規(guī)定(GB/T14685-2000)，同時由于10~20mm再生骨料公稱粒級的級配較合理，且試驗材料獲取方便，本文試驗均采用10~20mm這一公稱粒級的再生骨料。細骨料為粒徑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計應遵循透水性混凝土的結構模型^[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度的要求，又具有良好的透水性。依據(jù)大量試驗結果^[4~6]和對混凝土的理論分析，選定試驗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分別示出了試驗所用的各配合比混凝土的材料用量。

1．3 試驗方法

1)強度試驗方法

再生骨料透水性混凝土抗壓強度和抗折強度的試驗方法與普通混凝土相同^[7]，其中抗壓強度試驗的試件尺寸為100mm×100mm×100mm，抗折強度試驗的試件尺寸為40mm×40mm×160mm,相同條件下養(yǎng)護7d、28d后采用NYL-30型壓力試驗機和DKZ-5000型電動抗折試驗機進行測試。

2)透水系數(shù)試驗方法

表征透水性混凝土透水性的透水系數(shù)測定方法基于Darcy定律，但該試驗的方法在各國仍未有真正的標準規(guī)范。本文試驗制作了如圖1所示的固定水頭和可變水頭相結合的透水試驗裝置。試驗時從透水圓筒上部注入水，水透過混凝土試件后進入水槽，最后從定位水桶的出水口排出，注水時多余的水從溢水口溢出。當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，在啟動秒表計時的同時，量取時間t內(nèi)從出水口排出的水量，即是透過混凝土的水量Q，并測量當時的水溫T，代入計算公式：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)。由于水的動力粘滯系數(shù)直接影響著滲透系數(shù)的大小，溫度越高，動力粘滯系數(shù)越小，滲透系數(shù)越大，因此應將透水系數(shù)換算到標準溫度才具有可比性。日本混凝土工學協(xié)會把15℃定為標準溫度^[8]，把不同水溫下測定的透水系數(shù)換算成標準透水系數(shù)。計算公式為：K₁₅=μ×K_T，μ為修正系數(shù)，查表可得^[9]。

2 試驗結果和分析

2.1 強度試驗結果和分析再生骨料透水性混凝土28d立方體抗折強度和抗壓強度隨骨灰比!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可以得到以下結論：

1)抗壓強度和抗折強度始終保持著高度相關性,即有相同的變化趨勢。

2)再生骨料透水性混凝土的抗壓強度和抗折強度隨著骨灰比的增長，呈線性大幅下降；隨著砂率的增長，呈線性上升；隨水灰比的變化呈現(xiàn)復雜性：水灰比過小，新拌混凝土流動性差，水泥水化程度低，強度下降，而水灰比過大，混凝土強度也降低。可以存在一個較優(yōu)的水灰比，本文試驗結果為0.34。

3)隨著齡期的增長，水化逐漸完全，抗折強度稍有提高。

4)若采取合適的配合比，再生骨料和膠凝材料間有很強的粘結力。破壞一般發(fā)生在基體一側，體現(xiàn)出較高的強度。而當骨灰比偏高或水灰比偏低時，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合面上，導致混凝土提前破壞，這種現(xiàn)象在早期尤為明顯。

2.2 透水系數(shù)試驗結果和分析

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，水泥漿可以充分覆蓋骨料表面，混凝土結構密實，但透水系數(shù)不高；骨灰比從3.5變化到4.0時，透水系數(shù)迅速上升，增幅達34%，因為水泥漿數(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；而當骨灰比從4.0提高到4.5時,，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%。因為當砂率較低時，砂漿數(shù)量不足以完全包裹石子表面，導致混凝土結構不密實，透水性能較好。隨著砂率的增長，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，透水性下降。從圖4c可以看到，水灰比的影響情況較為復雜。水灰比等于0.28時，透水系數(shù)不高，究其原因再生骨料吸水率高，水灰比低時，相對水泥漿少，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，水泥漿拌制均勻，空隙不被阻塞，故透水系數(shù)上升很快；當水灰比達到0.45時，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，再生骨料透水性混凝土的透水系數(shù)會有所降低，主要原因是，隨著齡期的增長，水化逐漸完全，毛細孔數(shù)量減少，混凝土變得密實，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時的功效系數(shù)最大，等于0.893；砂率內(nèi)0.15時的功效系數(shù)最大，等于0.626；水灰比在0.34時的功效系數(shù)最大，等于1.000。綜合評價得出的最優(yōu)配合比是：骨灰比3.5，砂率0.15，水灰比0.34。通常情況下，抗壓強度在20.0MPa以上就能滿足人行道的鋪設要求，抗壓強度在30.0MPa以上能滿足輕量車道的鋪設要求。因此，再生骨料透水性混凝土可以滿足使用要求。

3 結束語

近年來，我國建筑業(yè)進入高速發(fā)展階段。由于傳統(tǒng)意義上的混凝土生產(chǎn)和使用對自然資源的巨大消耗以及對環(huán)境的巨大破壞，已不適應我國社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求，于是環(huán)保型混凝土應運而生。針對混凝土的環(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度要求，又具有良好的透水性能。對再生骨料透水性混凝土的研究還處于剛剛起步的實驗室階段，還需要進行大量研究與開發(fā)工作。

參考文獻

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*福建省建設廳2004年度建設系統(tǒng)科技計劃項目，泉州市建設局全國建設科技發(fā)展重點項目(編號：泉建科2003028)；泉州市科技局2004年度科技計劃項目(編號：2004S1)；華僑大學高層次人才科研基金會(編號：02BS205)。

第一作者：陳 瑩 女 1979年11月出生 碩士研究生

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