采用再生混凝土骨料和再生磚瓦骨料制備的 透水混凝土力學(xué)性能對(duì)比研究

張力，張燕剛，石云興，張林

（南京標(biāo)美生態(tài)環(huán)境科技有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展以及大面積既有建筑的改造，廢棄混凝土和廢棄磚瓦逐漸增多，不僅造成粉塵污染，而且占用了大量的城市空間，使城市環(huán)境惡化。天然骨料是一種不可再生的資源，且隨著建筑業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面。

采用再生骨料制備透水混凝土，不僅能實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的資源化利用，還可緩解天然砂礫的缺乏，保護(hù)不可再生資源。再生骨料透水混凝土具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)國(guó)家發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

1 研究主要內(nèi)容

本文主要研究再生混凝土骨料透水混凝土和再生磚瓦骨料透水混凝土的物理力學(xué)性能。所使用原材料主要為水泥、再生混凝土骨料、再生磚瓦骨料、外加劑、減水劑和水。研究?jī)?nèi)容包括四項(xiàng)內(nèi)容：（1）水泥用量對(duì)再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響；（2）水灰比對(duì)再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響；（3）再生骨料透水混凝土 7d 齡期和 28d 齡期抗壓強(qiáng)度比值研究。

2 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：鈞牌 P·O42.5 級(jí)水泥，其物理力學(xué)性能如表 1 所示。

表1 水泥物理力學(xué)性能

（2）再生混凝土骨料：粒徑 5～16mm，骨料特征見(jiàn)表 2，骨料形貌見(jiàn)圖 1。

圖1 再生混凝土骨料

（3）再生磚瓦骨料：粒徑 5～16mm，骨料特征見(jiàn)表 2，骨料形貌見(jiàn)圖 2。

表2 骨料物理力學(xué)性能

圖2 再生磚瓦骨料

（4）高效減水劑：減水率為 20%。

（5）添加劑：產(chǎn)自南京的透水混凝土專(zhuān)用添加劑。

2.2 試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)

JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》；GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法（ISO 法）》；GB/T 1346—2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安全性檢測(cè)方法》；GB 750—1992《水泥壓蒸安定性試驗(yàn)方法》；GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

3 配合比設(shè)計(jì)與成型

3.1 配合比設(shè)計(jì)

3.1.1 骨料體積

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，預(yù)拌再生混凝土骨料透水混凝土與骨料用量的體積比為 1.05，預(yù)拌再生磚瓦骨料透水混凝土與骨料用量的體積比為 1.08。

3.1.2 試驗(yàn)變量

本文選用試驗(yàn)變量分為水灰比和水泥用量 2 種，其中水灰比分別為 0.275、0.300 和 0.325，水泥用量分別為 330kg/m3、370kg/m3和 410kg/m3。

3.1.3 減水劑摻量

減水劑摻量見(jiàn)表 3。

表3 減水劑摻量

3.1.4 用水量

再生骨料吸水率較大，本試驗(yàn)以飽和面干的骨料為基本狀態(tài)進(jìn)行水灰比計(jì)算。

3.2 配合比

透水混凝土配合比見(jiàn)表 4。

表4 透水混凝土配合比 kg/m3

3.3 混凝土攪拌及試塊成型

混凝土攪拌采用水泥裹漿法，攪拌時(shí)先將骨料（提前 24 小時(shí)預(yù)濕）和 1/2 用水量放入攪拌機(jī)，攪拌 10s 后，加入水泥、摻合料、減水劑和水（減水劑提前加入水中），再次攪拌 80s 后即可出料。

試塊成型采用人工插搗法，試塊尺寸為 100mm× 100mm×100mm。

3.4 養(yǎng)護(hù)

試塊拆模時(shí)間為 24h，然后放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，分別測(cè)其 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

透水混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 5。

表5 再生混凝土抗壓強(qiáng)度 MPa

4.1 水泥用量對(duì)再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

水灰比為 0.325 時(shí)，再生混凝土的水泥用量與抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系見(jiàn)圖 3 和圖 4。

圖3 再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度—水泥用量曲線

圖4 透水混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度—水泥用量曲線

由圖 3 可見(jiàn)：

（1）水灰比為 0.325，水泥用量為 330～370kg/m3時(shí)，兩種再生骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度均隨著水泥用量的增加而增大，這是由于水泥用量的增加使得膠結(jié)材在骨料表面的包裹層變厚，骨料節(jié)點(diǎn)處的水泥漿量增加所致。

（2）與 330kg/m3和 370kg/m3兩者透水混凝土抗壓強(qiáng)度的平均值相比，水泥用量為 340kg/m3的再生混凝土骨料抗壓強(qiáng)度偏大，水泥用量為 340kg/m3的再生磚瓦骨料抗壓強(qiáng)度偏小。原因有二：一是再生混凝土骨料壓碎指標(biāo)較低，材質(zhì)較硬，二是混凝土強(qiáng)度由骨料本身強(qiáng)度和骨料連接節(jié)點(diǎn)處強(qiáng)度協(xié)同體現(xiàn)。

由圖 4 可見(jiàn)：

（1）水灰比為 0.325，水泥用量為 330～370kg/m3時(shí)，再生混凝土骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度均高于再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度，水泥用量相同時(shí)，強(qiáng)度比值約為 1.7 倍。原因是骨料破碎時(shí)，骨料顆粒均會(huì)有一些微小裂縫，但是混凝土抗壓強(qiáng)度高于磚瓦抗壓強(qiáng)度，所以與再生磚瓦骨料相比，再生混凝土骨料的總體裂縫數(shù)量較少，另一方面是透水混凝土抗壓強(qiáng)度由膠結(jié)材和骨料共同承擔(dān)。

（2）水泥用量為 330kg/m3時(shí)，再生混凝土骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度比再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度高 69.5%，水泥用量為 410kg/m3時(shí)，再生混凝土骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度比再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度高 47.0%，強(qiáng)度增幅降低 32.4%。這是由于再生磚瓦骨料的吸水率是再生混凝土骨料的 1.93 倍，能夠從內(nèi)部提供水泥水化所需水分。

4.2 水灰比對(duì)再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

水泥用量為 370kg/m3時(shí)，兩種再生骨料透水混凝土的水灰比與孔隙率、抗壓強(qiáng)度的關(guān)系分別見(jiàn)圖 5～ 7。

由圖 5、6 可以看出：

圖5 透水混凝土實(shí)測(cè)孔隙率—水灰比關(guān)系

圖6 透水混凝土抗壓強(qiáng)度—水灰比關(guān)系

（1）再生混凝土骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增加而增大，原因如下：透水混凝土的孔隙率隨著水灰比的增加而降低（見(jiàn)圖 5(a)），透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著孔隙率的降低而增大，換言之，骨料節(jié)點(diǎn)處漿體數(shù)量隨著水灰比的增加而增大，另外，再生混凝土骨料材質(zhì)較硬，混凝土破壞多為骨料連接節(jié)點(diǎn)破壞。另外，對(duì)于再生混凝土骨料透水混凝土，其水灰比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響（骨料連接點(diǎn)膠結(jié)材強(qiáng)度）程度小于孔隙率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響（骨料連接點(diǎn)處膠結(jié)材量）程度。

（2）水灰比從 0.275 增加至 0.300 時(shí)，再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增大而減小，雖然水灰比增加時(shí)孔隙率降低，但這個(gè)階段的破壞為骨料本身的破壞，同時(shí)漿體強(qiáng)度隨著水灰比的增大而減小，漿體強(qiáng)度對(duì)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度的影響程度大于孔隙率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響程度，且破壞方式多為骨料本身破壞所致。

水灰比從 0.300 增加至 0.325 時(shí)，再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增大而增大，這是由于隨著水灰比的增大，孔隙率降低，骨料表面膠結(jié)材厚度和骨料連接點(diǎn)處漿體數(shù)量增大，混凝土破壞不僅包括骨料本身的破壞，還包括部分骨料連接點(diǎn)的破壞。另外，水灰比 0.300 增加至 0.325 時(shí)透水混凝土的孔隙率降低 1.57%，約為水灰比 0.0.275 增加至 0.300 時(shí)透水混凝土的孔隙率降低值的 1.94 倍，此時(shí)，孔隙率對(duì)透水抗壓強(qiáng)度的影響程度再次大于水灰比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響程度。

由圖 7 可以看出：水灰比分別為 0.275、0.300 和 0.325 時(shí)，再生混凝土骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度比再生磚瓦骨料透水混凝土的抗壓強(qiáng)度提高 46.0%、73.5% 和 47.0%，原因是再生混凝土骨料的壓碎指標(biāo)低于再生磚瓦骨料的壓碎指標(biāo)（降低幅度約為 55.5%），骨料材質(zhì)影響透水混凝土的破壞方式，進(jìn)而影響透水混凝土的抗壓強(qiáng)度。

圖7 透水混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度—水灰比曲線

4.3 齡期對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

現(xiàn)行透水混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度以 28d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度為依據(jù)，但在試配過(guò)程中等待 28d 試驗(yàn)結(jié)果耽誤工期，因此，通過(guò) 7d 強(qiáng)度推算 28d 強(qiáng)度能夠提前預(yù)判混凝土配合比是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并對(duì)配合比進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)用意義較大。齡期對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖 8。

由圖 8 可以看出：再生混凝土骨料透水混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到 28d 抗壓強(qiáng)度的 87.1%，再生磚瓦骨料透水混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到 28d 抗壓強(qiáng)度的 89.9%，因數(shù)據(jù)樣本較少，試驗(yàn)結(jié)果尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖8 透水混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度與 28d 抗壓強(qiáng)度對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

以再生磚瓦骨料和再生混凝土骨料制備的透水混凝土所表現(xiàn)出的力學(xué)性能基本相同，但由于再生混凝土骨料的壓碎指標(biāo)和吸水率均低于再生磚瓦骨料，所以強(qiáng)度影響規(guī)律有少許不同。

再生骨料受內(nèi)部裂縫和原料供貨渠道不同，其勻質(zhì)性較差，經(jīng)常出現(xiàn)再生混凝土骨料和再生磚瓦骨料的混合料，需進(jìn)一步研究其力學(xué)性能。