再生骨料透水混凝土孔分布及成型均質(zhì)性試驗(yàn)

摘 要：再生骨料透水混凝土內(nèi)部孔分布表征成型均質(zhì)性，從強(qiáng)度和透水性方面影響應(yīng)用效果。通過(guò)體積法配制不同設(shè)計(jì)孔隙率、不同漿體流動(dòng)度的RAPC試件，采用自行設(shè)計(jì)的分層測(cè)試方式，對(duì)RAPC的孔隙分布特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，揭示不同配合比設(shè)計(jì)RAPC材料的孔分布特征，為深入了解成型的均質(zhì)性提供手段，為性能研究提供新視角，對(duì)工程中準(zhǔn)確設(shè)計(jì)和應(yīng)用有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：再生骨料；透水混凝土；均質(zhì)性；孔分布；測(cè)試試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）28-0055-04

Abstract： The internal pore distribution of recycled aggregate permeable concrete characterizes the forming homogeneity and affects the application effect in terms of strength and water permeability. RAPC specimens with different designed porosities and different slurry flowability were prepared by volume method， and the pore distribution characteristics of RAPC were tested by using a self-designed layered test method， revealing the pore distribution characteristics of RAPC materials with different mix ratios. This study provides a means to deepen the understanding of formation homogeneity and offers a new perspective for performance research， thus guiding the accurate design and application of RAPC in engineering.

Keywords： recycled aggregate; permeable concrete; homogeneity; pore distribution; test

再生骨料透水混凝土（Recycled aggregate permeable concrete，簡(jiǎn)稱RAPC）具有廢固利用和路用透水2方面的優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注，并納入了城市規(guī)劃和應(yīng)用[1]。

工程實(shí)踐應(yīng)用引導(dǎo)技術(shù)發(fā)展，深化應(yīng)用離不開理論性研究和科學(xué)的試驗(yàn)。理論上物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)決定材料性能。對(duì)RAPC而言，除骨料和漿體外，孔的分布特點(diǎn)，一直是本領(lǐng)域材料工程研究的重要內(nèi)容。王佶等[2]研究了制備中漿體流動(dòng)性對(duì)于混凝土成型效果的表觀影響。黃冬輝等[3]總結(jié)了孔結(jié)構(gòu)特征對(duì)于透水混凝土的透水性能和力學(xué)性能的研究進(jìn)展。張一迪等[4]通過(guò)試驗(yàn)研究了設(shè)計(jì)目標(biāo)孔隙率10%～30%的樣品透水系數(shù)的變化規(guī)律。尹志剛等[5]采用CT成像技術(shù)研究了基于孔特征的RAPC抗凍性能。不難發(fā)現(xiàn)，孔結(jié)構(gòu)分布及特征是性能指標(biāo)的重要影響因素，是眾多研究的關(guān)注點(diǎn)。

研究方法上，基于CT的斷面成像技術(shù)是較為經(jīng)典的孔結(jié)構(gòu)研究方法，能從形態(tài)學(xué)和體視學(xué)角度提供全面信息，在重要代表性研究中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但經(jīng)濟(jì)投入大、建模等后期處理復(fù)雜，對(duì)量大面廣的工程試驗(yàn)需要尚無(wú)法推廣。本文中采用稱重法測(cè)試連通孔隙率，通過(guò)均勻分層法（分步法）測(cè)得混凝土試塊中的分層孔隙率指標(biāo)，揭示出成型中的混凝土孔結(jié)構(gòu)分布特點(diǎn)，有助于更深入研究成型均質(zhì)性的規(guī)律，從而更高效優(yōu)質(zhì)地掌握RAPC的應(yīng)用關(guān)鍵。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 主要材料

試驗(yàn)中采用P·O42.5水泥，聚羧酸型減水劑，普通自來(lái)水；粗骨料采用由建筑垃圾回收廠生產(chǎn)的再生粗骨料，在試驗(yàn)室篩分為2類，潔凈后再用。骨料的物理性質(zhì)見表1。

1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)和配合比

在RAPC設(shè)計(jì)及制備中，骨料粒徑、設(shè)計(jì)孔隙率、漿體的流動(dòng)度、漿骨比是可以控制的指標(biāo)。參照CJJ/T 253—2016《再生骨料透水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)范建議體積法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。漿骨比取0.4～0.56，設(shè)計(jì)目標(biāo)孔隙率分別15%、20%、24%、28%；不失一般性，水膠比取為0.3，調(diào)整減水劑用量以調(diào)整漿體流動(dòng)性；粗骨料用量修正系數(shù)取0.98。經(jīng)調(diào)整，每組的漿體流動(dòng)度均有5組：70、110、150、190、230 mm。試驗(yàn)分組見表2。

制備中采用二次投料法攪拌，振動(dòng)法與插搗法結(jié)合法成型，采用重量法進(jìn)行最終控制。試件大小為150 mm立方體。

1.3 測(cè)試試驗(yàn)

整體孔隙率測(cè)定：采用CJJ/T 253—2016《再生骨料透水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)范的方法。

分層孔隙率測(cè)定：試樣由試驗(yàn)機(jī)控制，從試件底部接觸水面開始，每浸入水面下1 cm都稱量試件懸浮狀態(tài)重量，代入下式計(jì)算當(dāng)前1 cm的孔隙率，每個(gè)試件測(cè)定15層的孔隙率

F=G0-G1， （2）

式中：Ｇ0為試樣下降1 cm之前的質(zhì)量，Ｎ；Ｇ1為試樣下降1 cm后的質(zhì)量，Ｎ；Ｆ為試樣下降1 cm后的浮力，Ｎ；？籽為水的密度，kg·m-3；g為重力加速度，m·s-2；？淄為試樣下降1 cm的幾何體積，L。

漿體流動(dòng)度測(cè)定：采用CJJ/T 253—2016《再生骨料透水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)范方法測(cè)量漿體流動(dòng)度。

透水系數(shù)測(cè)定：采用CJJ/T 135—2019《透水水泥混凝止路面技術(shù)規(guī)程》常水頭法測(cè)量透水系數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 分層孔隙率及均質(zhì)性

小粒徑的A—C組及大粒徑的E—G組試件，平行于成型面的分層孔隙率如圖1—圖6所示。

A組中試件A70和A110每1 cm分層孔隙率，基本接近設(shè)計(jì)目標(biāo)孔隙率（20%）；試件A150、A190和A230，與成型面相比，底面孔隙率有明顯降低趨勢(shì)，鄰成型面的5 cm分層孔隙率較接近目標(biāo)孔隙率，往下則不斷降低，且趨勢(shì)與水泥漿體流動(dòng)度正相關(guān)。對(duì)于漿體流動(dòng)度大于150 mm的試件，試件下半部分的孔隙率降低率接近或超過(guò)了50%。

B組中，B70試件成型時(shí)表面毫無(wú)光澤，不具備流動(dòng)性，導(dǎo)致成型不良。其他四種試件B110—B230每1 cm分層孔隙率接近設(shè)計(jì)目標(biāo)，孔隙率分布均勻。

C組中，C110—C230試件總體孔隙率接近設(shè)計(jì)目標(biāo)（28%），每1 cm分層孔隙率有逐漸遞減趨勢(shì)，靠成型面的部分孔隙率高于目標(biāo)孔隙率約3%～5%，靠底面部分側(cè)略低于目標(biāo)。

E組中，E70試件每1 cm的分層孔隙率較接近目標(biāo)孔隙率（16%），E110和E150試件分層孔隙率低于目標(biāo)，在中下層區(qū)域更為明顯。試件E190和E230底面堵塞，不計(jì)入分析。

F組中，F(xiàn)70試件每1 cm的分層孔隙率略高于目標(biāo)孔隙率（21%），F(xiàn)110試件孔隙率較接近目標(biāo)孔隙率，F(xiàn)150和F190試件孔隙率略低于目標(biāo)，F(xiàn)230試件底部堵塞。

G組中，G110和G150試件成型面每1 cm分層孔隙率較接近目標(biāo)孔隙率（24%），G190和G230試件分層孔隙率略低于設(shè)計(jì)目標(biāo)，成型均質(zhì)性較好。

研究中也測(cè)試了平行于試件側(cè)面的分層孔隙率，僅以A組和F組為例，如圖7、圖8所示。除A70、A110外，其他試件均表現(xiàn)出良好的均質(zhì)性。

2.2 結(jié)果分析

在平行于成型面的試驗(yàn)中，E組的材料漿骨比與A組基本相同，骨料粒徑大于A組，在漿體流動(dòng)性高時(shí)，E組出現(xiàn)堵孔而A組試件孔隙率出現(xiàn)降低，從本質(zhì)上有相似之處，即水泥漿體在成型時(shí)下滲，程度與骨料粒徑正相關(guān)。

對(duì)比C70和F70試驗(yàn)中，漿骨比低疊加漿低流動(dòng)度低，成型時(shí)難于密切堆積和相互黏結(jié)，導(dǎo)致試件內(nèi)部松散，無(wú)法及時(shí)成型；對(duì)于大粒徑骨料時(shí)表面積相對(duì)變小，可以成型且孔隙率略偏高于目標(biāo)。C110和F110也呈現(xiàn)同樣規(guī)律。

側(cè)面分層孔隙率試驗(yàn)成果，也表明上述漿骨比和漿體流動(dòng)性對(duì)成型均質(zhì)性的影響規(guī)律。

3 結(jié)論

再生骨料透水混凝土（RAPC）是滿足當(dāng)前綠色發(fā)展的重要材料，其材料研究和工程應(yīng)用正處于高峰時(shí)期。RAPC材料具有較大變異性，孔的分布特性決定了材料的均質(zhì)性，反映出成型的質(zhì)量，揭示出漿體和骨料相互作用的效果，這既影響到路面應(yīng)用中的性能，也影響到材料本身表現(xiàn)的宏觀強(qiáng)度。本文經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，得到以下結(jié)論：

1）漿骨比、漿體流動(dòng)性、骨料粒徑共同影響著成型的均質(zhì)性，孔隙率分布是體現(xiàn)這一規(guī)律的表象之一。

2）流動(dòng)度低的漿體制備的RAPC，孔隙率容易偏高于設(shè)計(jì)目標(biāo)；而流動(dòng)性高的漿體則易導(dǎo)致RAPC孔隙率偏低于設(shè)計(jì)目標(biāo)；更高的流動(dòng)性則容易導(dǎo)致漿體下滲或流淌。

3）相同漿骨比情況下，大粒徑骨料RAPC常出現(xiàn)孔隙率面高底低現(xiàn)象，提示出在大粒徑骨料表面更容易出現(xiàn)漿體的流淌。

4）在理想的情況下，目標(biāo)孔隙率與成型后實(shí)測(cè)孔隙率具有2%～4%偏差，對(duì)于設(shè)計(jì)孔隙率較低的路面材料性能具有一定的影響，需在工程設(shè)計(jì)時(shí)納入考量，也需要在應(yīng)用時(shí)仔細(xì)把握。

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