透水性再生混凝土的特性及工艺研究

廖应先

(湖南路桥建设集团有限责任公司， 湖南 长沙　410004)



透水性再生混凝土的特性及工艺研究

廖应先

(湖南路桥建设集团有限责任公司， 湖南 长沙410004)

摘要：提出了透水性再生混凝土极限强度的试验检测方法和评价方法，对透水性再生混凝土的相关性能进行了分析，介绍了透水性再生混凝土进行外观设计，并用浸渍工艺，成功研制出美观、耐久的彩色透水性多功能再生混凝土。

关键词：透水性再生混凝土； 极限强度； 浸渍工艺

0引言

欧洲共同体目前废弃的混凝土约占其总生产的3%～7%，大约百万余吨每年成为废气物被埋填[1]；美国每年大约有6.0×107t废弃混凝土；日本每年约有1.6×107t废弃混凝土。可为人类构造舒适的生活环境。此外，由于我国硬化地面面积快速增加，导致地下水资源得不到有效补充，作为一个水资源短缺的国家，发展透水路面材料有利于水土保持。由此可见，透水性再生混凝土具有明显的经济和社会效益，符合可持续发展的要求，符合节能减排、循环利用、珍惜能源等可持续发展的理念。

在这种大背景之下，对废弃混凝土进行回收及再生工作变得很关键。本文研究再生混凝土的相关性能及加工工艺发现，废弃混凝土在进行回收再生之后，不仅能够满足相关的力学性能，还具备环保、经济和美观等效果。

1透水性再生混凝土特性研究

废弃混凝土对环境和能源带来了严峻的挑战，世界各国都在研究废弃混凝土的处理问题，而在这个问题上，废弃混凝土的再生无疑成了一个很好的方式。目前，对透水性再生混凝土的性能研究主要有以下几个方面。

1.1再生混凝土透水性能研究

透水性与混凝土内部贯通的孔道有关，并且随着孔隙率的增大而增大[2]。经过大量实验，以气象上达到特大暴雨降水量时仍不积水作为设计计算的技术依据，提出当混凝土的孔隙率在15%以上时满足透水性要求[3]。减少细集料的掺入可有效提高其透水性能。值得注意的是，虽然稠度较低的胶结浆体可以使得混凝土的和易性更好，但如果胶结浆体的稠度过低则极易造成流浆[4]。

1.2再生混凝土的力学性能研究

除了影响普通混凝土强度的因素一般也同作用于再生混凝土外，透水性再生混凝土的强度特性还包括：同强度等级的再生骨料混凝土的强度低于同强度等级的天然骨料混凝土[5]；随着原生混凝土强度降低，再生混凝土的强度呈下降趋势，且配制的再生混凝土的强度越高，原生混凝土对再生混凝土的强度影响越大[6]；提高透水混凝土强度一般采用掺加适量细集料以扩大粗集料之间的黏结面积，或者添加适量胶粉增大黏度两种方法，使粗集料之间的黏结力变大，提高黏结强度，从而增加透水混凝土强度的机理[7]。

2透水性再生混凝土工艺研究

根据前面对透水性再生混凝土的研究，可以看出透水性再生混凝土工艺的主要技术瓶颈在骨料加工工艺，透水性再生混凝土制备工艺和强度指标以及透水性再生混凝土的应用这三个方面，针对这三个方面这里提出了改进和创新，优化透水性再生混凝土的实际应用和生态环保方面水平。

2.1骨料加工工艺的改进

2.1.1传统再生骨料的加工工艺

传统再生骨料生产工艺流程大体可分为三个阶段，如图1所示。

图1　传统的再生骨料加工方法

2.1.2新型再生骨料生产装置

对于传统的处理方法大都是利用物料之间碰撞和相互摩擦来达到目的，当物料在高速飞转的飞轮的带动下，很容易产生内伤，使得回收的骨料在再次使用时达不到某些指标，特别是强度方面的指标。同时所涉及的工艺复杂、设备庞大、动力消耗大、设备磨损大。为保证所回收的骨料没有损伤，设计了一种混凝土骨料再生的以实现机械设备静力作用下的骨料物理碾磨，克服传统加工工艺的不足。如图2。

图2　改进后的再生骨料加工设备

该设备原理是通过电动机的带动，辊轴表面上的凸块结构带动碾磨腔内的物料互相运动，结合与筒内表面耐磨片的摩擦作用，加上变径圆锥辊轴形成瓶颈作用，使得物料再次被挤压、碾磨。这些设计特点，既能保证物料表面的砂浆和棱角被去掉，又能满足粒径的要求，同时又不损伤被处理的骨料，从而实现骨料的回收再利用。

综上所述，本设备结构设计合理，实用性很强，能很好的解决骨料产生很大内伤的问题，从而保证骨料在再次使用时不因强度不够而导致承载力发生破坏。此外，本设备的碾磨装置和筛分装置可安装在一个可移动的支架上，实现可移动混凝土粗骨料的再生。

2.2透水性再生混凝土工艺优化和极限强度测试

2.2.1传统再生混凝土制备和极限强度研究亟待解决的问题

对连通孔隙率有一定要求的透水性再生混凝土的强度来自于集料之间的相互挤嵌和胶凝材料的强度，且一般选择使用水泥作为主要胶凝材料。对于传统再生混凝土，通过周勇[9]关于无砂透水性再生混凝土试验研究发现，采用C42.5硅酸盐水泥制备透水性再生混凝土时，再生混凝土的破坏界面一般在硬化后的水泥浆体与集料的界面上，也有破坏界面发生在硬化后的水泥浆体上，发生在集料颗粒内部的极少，这说明一方面集料本身的强度相对于硬化后的水泥浆体而言较高，另一方面水泥浆与再生集料的接触面不能形成有效的强度。水泥浆体的强度与生产工艺和养护条件有关，单纯提升使用的水泥强度等级并不能保证硬化后的水泥浆强度远高于集料的强度，更无法解决与再生集料难以形成牢固的接触面这个问题。

2.2.2引入新材料，探索解决问题的方案

针对传统的透水性混凝土的制备过程中出现的再生混凝土破坏发生在硬化后的水泥浆体与集料的界面上的问题，这里引入一种具有极高强度和极强粘聚力的材料作为骨料的胶凝材料，在此前提下，假设此种胶凝材料的力学特性是无限大的，混凝土的强度由骨料提供，即利用此种胶凝材料制作的某型号再生骨料透水混凝土的抗压强度即为此种再生骨料的极限强度。

通过对大量的胶凝材料做分析和比较，最终发现广泛应用于修补、加固、粘结混凝土结构的环氧树脂在强度和对混凝土粘结力方面具有十分优异的性能。

环氧树脂固化后显出强度高，粘结力大，收缩性小及化学稳定性好等特点，是用来探索透水性再生混凝土强度极限的理想材料。所以，此工艺使用环氧树脂作为胶凝材料测试透水性再生混凝土的极限强度。根据此工艺和强度测试方法制备混凝土，然后对制备的混凝土(图3)行力学性能、透水性能进行测试，实验结果如下：

图3　试制的高强透水性再生混凝土

1) 力学性能。

力学特性测试结果如表1所示。

表1 试制的高强透水性再生混凝土强度测试结果养护时间/d抗压强度/MPa抗折强度/MPa718.432.232826.373.37

2) 透水系数。

根据周勇得出的透水混凝土透水系数K计算公式(1)：

K=-3.814 2+0.978 75Po-0.012 21Po2

(1)

式中：Po表示孔隙率，%。

计算得：K=8.30。

将水灌注到试件上表面，在无四周渗出的情况下，水从试件下底部迅速渗出。

综上所述，制备的透水性再生混凝土抗压强度在26 MPa以上，抗折强度接近3.4 MPa，透水系数8.30的高强透水性再生混凝土，足以满足人行路面和停车场地面的铺装要求。

2.3优化外观设计工艺

2.3.1目前彩色透水混凝土砖的制作工艺

目前的彩色混凝土砖都是采取在水泥中添加着色剂的方法制作砖的面层，用普通混凝土制作砖的基层，两者形成复合结构。

传统的彩色混凝土砖的制作工艺(图4)，在水泥浆体中掺入一定比例的蓝、绿等颜料，但结果并不理想，成品色彩黯淡，与未添加颜色的透水性再生混凝土颜色并无明显区别。通过实验，加大颜料的比例，发现透水性再生混凝土材料对着色剂比

图4　传统彩色混凝土砖制作工艺

较敏感，其强度易受其中化学成分的影响。

2.3.2使用浸渍方法，优化外观设计工艺

浸渍的方法，选择具有较高耐磨性能和颜色光鲜的墙面漆材料作为着色剂，将透水性再生混凝土试件浸渍在着色溶剂中10 s后迅速取出过滤晾干。此种方法色彩附着度较好，颜色饱满鲜艳，使原本色彩黯淡、单一的混凝土块焕然一新，同时克服了传统工艺色彩黯淡，强度受影响等方面的缺陷。如图5。

图5　浸渍后的透水性再生混凝土试件

2.3.3彩色透水性再生混凝土实际应用的优点

彩色透水性混凝土在实际应用中有极大的优势，现在的城市建设越来越关注资源节约和环境友好，彩色透水性再生混凝土的主要特点就是环保、经济和美观。

1) 较强的透水、排水和贮存功能。

经过浸渍的透水性再生混凝土的孔隙率很大，浸渍后迅速滤干的混凝土试件同样保持了一定的联通孔道，并未产生可能的孔隙完全堵塞情况[8]，经过试验，仍然能够迅速排出浇灌在其上的水。由此可见，其透水性能符合要求，应用于实际工程中，有较强的透水、排水以及储水能力，同时能解决普通混凝土由于透水性、透气性带来的负面影响。

2) 热环境缓解效果。

3) 降低噪音功能。

表2为某多孔混凝土铺路工程(厚度为20 cm)的噪音测定结果[9]，由表2中数据可知彩色透水性混凝土具有和排水性沥青铺路工程一样的降低噪音的功能，而且粗骨料粒径越小，降低噪音的效果越大。

除以上几点之外，与同类透水混凝土产品相比较，由于再生骨料几乎是零成本，透水性再生混凝土可以极大地发挥其经济效益，可广泛适用于广场、停车场、人行步道等城市公共建设[10]。同时时尚、美观、色彩丰富，符合人们的审美，可广泛应用于城市道路、景观的美化。

表2 多孔混凝土噪音测定结果类别粒径/mm现场浸水量/(mL·(15s)-1)噪音水平/dB多孔混凝土13134971.55124364.7多孔沥青混凝土20121570.613126369.5

3结论

因我国对透水性再生混凝土的研究起步较晚，本文只是对其开展了一些初步的理论试验研究，离它的实际应用还有较大距离。下一步可以进行的相关研究有：墙漆浸渍工艺的色彩耐久性问题。完善透水混凝土极限抗压强度理论，研究透水混凝土极限抗剪强度理论，极限抗压、抗剪强度之间的联系，形成系统的透水混凝土极限强度研究理论。研究针对不同强度骨料的普通水泥透水混凝土所能达到强度，提出当水泥透水混凝土达到极限强度时的配合比设计方法和施工技术方法，提出相应的技术参数及评价方法并形成规范。

参考文献：

[1] 周勇.无砂透水性再生混凝土试验研究[D].长沙：长沙理工大学，2009.

[2] 杨杨，程娟，郭向阳.关于透水混凝土的孔隙率与透水系数关系的探讨[J].混凝土与水泥制品，2007(4).

[3] 朱效荣，孙辉，焦亚明.定量预留贯通孔隙透水混凝土设计方法研究[J].混凝土，2009(7).

[4] 史文元，卢药增.高性能再生骨料混凝土力学性能研究[J].科技资讯，2008(14).

[5] 陈莹，严捍东.再生骨料基本性质及对混凝土性能影响的研究[J].再生资源研究，2003(6).

[6] M.Tavakoli and P.Soroushian.Strengths of recycled aggregate concrete made using field-demolished concrete as aggregate [J] .ACI Materials Journal，1996，93(2).

[7] 朱效荣，孙辉，焦亚明.定量预留贯通孔隙透水混凝土设计方法研究[J].混凝土，2009(7).

[8] 李九苏，基于活性粉末增强的混凝土再生利用技术研究[D].长沙：湖南大学，2009.

[9] 雷丽恒，透水性道路用生态混凝土性能的试验研究[D].南京：江苏大学，2007.

[10] 耿健，孙家瑛，莫立伟，等.再生细骨料及其混凝土的微观结构特征[J].土木建筑与环境工程，2013(4).

文章编号：1008-844X(2016)02-0086-04

收稿日期:2015-10-24

作者简介:廖应先( 1976-) ，女，工程师，研究方向: 公路与桥梁。

中图分类号：U 414

文献标识码：A