以破碎混凝土为骨料的透水混凝土性能研究

史顺才 候海涛 陶桂东

【摘要】透水型生态混凝土是由单一粒径的粗骨料、水泥、添加剂、少量细骨料和水进行搅拌、加固及养护后，呈米花糖状并具有间隙的混凝土。为了保证透水性混凝土的强度及透水功能，粗骨料通常采用粒径较小的单一粒径，比较集中的集料制备的混凝土有利于提高空隙率和孔隙率的尺寸及连同程度。相关的学者对其各因素对再生混凝土各性能指标的影响、再生透水混凝土中再生粗骨料的掺量问题以及再生透水混凝土的抗压强度进行了研究。虽然对于各种成型工艺之间的对比和添加剂的影响因素都有涉及，而且都是利用现成的材料制作，但却没有考虑过更加环保的方式。本次研究采用了民宅废弃混凝土块破碎后作为再生粗骨料，选用不同粒径的再生粗骨料做出的再生透水混凝土加入SR-02透水水泥混凝土增强剂提高其强度，改善性能，绿色环保，为再生透水混凝土的施工和研究提供了实验依据。

【关键词】透水混凝土；强度；增强料；透水系数

一、实验材料及方法

（一）原材料

（1）水：自来水；（2）水泥：P.C42.5复合硅酸盐水泥，28d抗壓和劈拉强度为49.6MPa、8.6MPa；（3）天然粗骨料（NaturalCoarseAggregate，NCA）：粒径为9.5-19.0mm的碎石，各项指标满足GB/T251772010、JGJ/T2402011；（4）再生粗骨料（RecycledCoarseAggregate，RCA）：选用废弃路面素混凝土块，经人工锤石和采用Y132S-4型颚式破碎机破碎，后筛选出粒径为9.5-19.0mm和4.75-9.5mm两种粒级的再生粗骨料。粒径为9.5-19.0mm的RCA的表观密度和堆积密度比NCA低，含水率和压碎指标高于NCA，其中10min和24h吸水率是NCA的4倍以上，与现有研究一致。由于再生骨料经破碎筛分得到，表面并未有太多的杂质，只有一层稳定的水泥砂浆，因此RCA的含泥量要比NCA略低，但坚固性不如NCA。再生骨料的各种性能指标符合CJJ/T2532016要求，可以用作再生透水混凝土的制备。

（二）配合比

为研究再生骨料替代率与双粒级对再生透水混凝土（Recycledperviousconcrete，RPC）性能的影响，试验设计两个系列。两个系列均以水灰比0.3、再生骨料粒径9.5-19.0mm（单粒级）、100%替代的透水混凝土为基准。系列1对再生骨料粒径9.5-19.0mm按质量以0%、25%、50%、75%、100%（基准）替代天然骨料。系列2包含再生骨料两种粒径4.75-9.5mm（细粒级）和9.5-19.0mm（粗粒级）按照1∶1、1∶2、2∶1、2∶3、3∶2的掺量比例配置。

（三）实验仪器

透水水泥混凝土透水系数试验装置：TS-A型透水系数试验装置和TS-B型真空饱水实验装置；透水水泥混凝土试块模具：某实验仪器有限公司生产的电通量试模，规格100mm×50mm；水泥砂浆搅拌机：某仪器机械有限公司生产的JJ-5型水泥砂浆搅拌机；压力试验机：TYE—2000B型压力试验机。

（四）试块加工过程

在实验室内分别用直径为4.75mm～9.5mm和9.5mm～19mm的再生粗骨料制作混凝土标准试块。采用水泥裹石法进行混凝土搅拌，首先，往骨料中加入骨料可吸水量的水进行搅拌，其次，待骨料的表面全部都被润湿后再加水泥拌和，形成包裹骨料表面的水泥粉壳，最后，加入剩余水量的水搅拌均匀，使透水混凝土骨料表面形成厚度均匀的水泥浆层。采用不同的方法成型，然后填满稍微磨平，在温度为20℃±5℃的环境中静置养护24h脱模。在养护条件温度为20℃±2℃，湿度为95%下不断洒水养护。试验室制备的试块尺寸为150mm×150mm×150mm，每个配合比2组，每组3个试件，共96块用于抗压试验和透水率试验。100mm×100mm×400mm，每个配合比2组，每组3个试块，共96块用于抗折试验。采用先再生骨料、水泥、粉煤灰、减水剂搅拌60s，然后加水再搅拌120s出料的拌和方法。试件分3次装料，每次装料用捣棒人工捣实。24h后试件成型脱膜，将试块放入养护室进行标准养护28d。

二、性能相关的实验研究及结论

（一）粗骨料性能试验及分析

已有研究表明，再生骨料表面附着部分硬化水泥砂浆，且疏松多孔，使其孔隙增多、吸水性增强，其吸水率一般可达到天然骨料的几倍甚至几十倍，本文测得再生骨料含水率是天然骨料的14倍，24h吸水率明显高于天然骨料，约11倍，10min可达饱和吸水的90%左右，与现有研究结论基本一致.针对再生骨料的高吸水性及特殊的表面性质，采用再生骨料预浸泡12h的方法来避免拌合水分被新混合料吸收；应敬伟等采用CO2改性再生骨料，吸水率降低27%；相关人员等采用活性粉末混凝土浆液对再生骨料进行浸泡包裹处理，降低吸水率，改善混凝土工作性能；有关学者等采用硅酸钠溶液对再生骨料进行浸泡预吸水；通过盐酸溶液溶解表面砂浆，再置于500℃高温加热2h去除附着砂浆，降低吸水率。本试验以控制水灰比为目的，采用附加水补偿的方法解决再生骨料吸水率高的特点。

国内外研究表明，再生骨料表面附着的水泥砂浆孔隙率大，密度小，因此表观密度、堆积密度一般低于天然骨料。许岳周等对众多学者的试验数据进行统计，得出再生骨料的表观密度和堆积密度分别在2310～2620kg/m3和1200～1470kg/m3范围内。本试验再生骨料的表观密度与堆积密度分别为2605kg/m3、1261kg/m3，与该范围一致。

（二）孔隙率及透水系数

混凝土孔隙率在16.42%～20.44%之间，而通常透水混凝土孔隙率一般在15%～35%之间，满足透水混凝土高透水性要求；随着取代率的增加，混凝土孔隙率先下降后上升，100%取代率时混凝土孔隙率达到20.44%，相比天然骨料透水混凝土孔隙率17.8%增加了14.8%。透水系数的变化趋势与孔隙率基本一致。再生骨料堆积密度较天然骨料略小，使得混凝土密实度增加，所以一开始随着再生骨料取代率增加，导致孔隙率降低，然而再生骨料表面裂隙较多、形状较不规则，接触点变小，随着再生骨料取代率继续增加，混凝土孔隙率、透水系数开始上升。

除钢纤维的掺入提高了混凝土的孔隙率外，其他因素均使得混凝土孔隙率降低，混凝土的孔隙率在17.97%～20.72%之间。20%粉煤灰等比例取代水泥时，混凝土孔隙率最低，原因可能为粉煤灰的比表面积较水泥大，粉煤灰的存在使浆体厚度增大且使浆体中孔隙减少，而且粉煤灰颗粒较水泥小粉煤灰填充在水泥孔隙当中，使得水泥与骨料之间结构更加致密，从而降低混凝土孔隙率。

（三）成型工艺对于透水混凝土性能的影响

锤击组的强度明显低于插捣组，同时锤击组的试块中有5组无法达到目标强度而插捣入模的6组试块50%可以达到要求。经试验发现锤击是将试块表面的混凝土压实，大部分胶凝材料无法均匀分布，以致内部不够密实，强度较低。插捣将捣棒貫穿混凝土试块内部，使得原本松散堆积的混凝土可以更为密实，同时外侧的敲击，使水泥砂浆均匀分布，增大骨料之间相互连接的基点，骨料本身由于包裹了胶凝材料而粗糙多棱，彼此之间交错，易形成“嵌锁结构”，最终强度得以增大。锤击组试块透水系数远大于插捣组，平均透水系数约为6.7mm/s。这是由于包裹了胶凝材料的再生骨料其不规则的骨料外表，使得模具内部的物料骨架呈多孔的状态，锤击方式对于多孔骨架破坏较小，所以内部相互联系的孔隙较多，透水系数也较大。而插捣方式几乎贯穿物料内部，多次插拔的形式在使得内部物料更均匀的同时也使得胶凝材料堵塞骨料之间的孔隙，导致透水系数降低。由此可见密实的振捣可以使得强度提高约10%，但是透水系数却降低约14%。

（四）粗细骨料级配对于透水混凝土性能的影响

试验目标强度为28d达到30MPa，粒径为5mm～15mm的6个试块其抗压强度均在30MPa之下，而粒径为10mm～20mm的6个试块中有5个强度达标。由此可见，使用大粒径骨料的透水混凝土，其抗压强度可以很好的满足要求且均匀性较好，同时其强度普遍高于5mm～15mm粒径骨料制成的透水混凝土。粒径为10mm～20mm的6个试块其透水系数远远大于粒径为5mm～15mm的试块。大粒径骨料透水混凝土试块的透水系数平均达到8.0mm/s，相较于骨料粒径为5mm～15mm的混凝土，其透水性有显著的提高。

（五）骨料对强度的影响

在混凝土试件中粗骨料起到骨架作用，对混凝土裂缝有引发和阻挡作用。由于本试验的粗骨料采用的是再生骨料，其强度较低，低于42.5级水泥的强度，所以粗骨料为混凝土的薄弱点。在试件受压时裂缝顺着孔隙和再生粗骨料蔓延最后贯穿试件上下面，试件破坏。当粗骨料粒径较小时，骨料间填充的浆体体积与骨料体积之比较大，粗骨料与浆体之间的界面结界面积大，试件强度相对较高。当粗骨料粒径增大时，粗骨料与浆体之间的界面结界面积减小，其强度也就随着降低。

（六）水灰比对透水系数的影响

透水混凝土的透水率与水灰比成正比，水灰比越大透水率越高。水灰比越大水泥浆体的黏度越低，骨料表面包裹的浆体量就越少，导致混凝土孔隙率增大。

三、结语

本文通过废弃的预制混凝土梁构件经机械破碎及人工筛分获得再生骨料，并对其进行试验及分析，在此基础上，探究了不同替代水平下再生骨料掺量对透水性混凝土之强度及透水性能的影响，主要结论如下：（1）再生粗骨料吸水率比天然骨料高约11倍，10min吸水可达饱和吸水的90%左右，表观密度和堆积密度分别为天然骨料的95.5%、81.2%，压碎值为天然骨料的2倍左右；（2）针对再生粗骨料高吸水特性，采用附加水的方法避免低水灰比区，附加水量取再生粗骨料10min吸水量.此方法制备的再生透水混凝土的强度、透水性符合规范要求，试验结果尚优于同配比条件下天然骨料制备的透水混凝土，因此采用再生骨料制备透水混凝土从其性能上而言是可行的，且采取附加水减小再生骨料高吸水性问题的方法效果良好；（3）再生粗骨料掺量与透水性混凝土孔隙率变化无明显的规律关系，其中，百分之百替代时的孔隙率最大，但透水系数随孔隙率增加而增大规律明显.此外，双粒级再生粗骨料会提高再生透水混凝土的抗压强度，但同时会降低其孔隙率及透水性。

参考文献

[1]刘明乐，樊毅，宋军，超付兴，华冯兰.骨料粒径对透水混凝土性能的影响[J].混凝土世界，2017（07）：82～85.