装配式再生混凝土通用块在建筑室外景观构件中的应用研究

石振庆，陈 昊，张 荣，金 爽，王忠风，吴庆林

(滁州学院 土木与建筑工程学院，安徽 滁州 239000)

近年来，随着我国社会经济的迅速发展，城市化建设的不断加快，废弃混凝土的产量与日俱增。据资料显示，现阶段我国每年约产生15～24亿吨建筑垃圾[1]。大量的建筑垃圾不仅污染了人们赖以生存的自然环境，也消耗了极大的自然资源。再生混凝土是将废弃的混凝土通过物理破碎、除尘，根据粒径分档后得到的再生复合材料，根据合理的配比，选择部分或全部再生骨料替代天然骨料，由此配制成的新型混凝土[2-4]。用再生骨料来替代天然骨料，并进行合理、高效利用，既能减少混凝土相关工程对天然砂、石的采用，又避免生态环境污染，是发展循环经济和绿色建筑的重要途径之一[5-6]。其次，随着工业化进程的不断发展和建筑工业化水平的不断提高，越来越多的建筑制品由工厂预制并现场安装，其比例也在不断增加[7]。然而，由于我国对预制结构设计施工专业化程度落后于发达国家，从而导致预制结构的发展较为缓慢[8-10]，相比发达国家，预制建筑在我国的普及率不到五分之一，这在一定程度上使得预制建筑的优势难以充分发挥。本文针对以上现状，利用再生骨料制作通用块的形式对再生混凝土和装配式景观构件组合进行了初步的研究和创新。

1.1 主要原材料

1.1.1 再生骨料

本文使用再生骨料由废旧路面及建筑垃圾破碎而成。经初步破碎处理后，通过电动振筛机筛分，根据筛网的筛分粒径对骨料进行分类，将粒径大于4.75mm的骨料分级为再生粗骨料，筛分粒径小于4.75mm大于0.15mm的骨料分为再生细骨料，如图1所示。

1.1.2 水泥

实验水泥采用景德镇峰通水泥有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥，比表面积为357m2/kg，初凝时间为203min，终凝时间为250min，3d抗压强度为27.4MPa，28d抗压强度为45.0MPa，3d抗折强度为5.9MPa，28d抗折强度为7.7MPa，安定性合格。

1.2 取代率及配合比

采用100%再生骨料取代天然骨料，配制混凝土。具体配合比如表1所示。

表1 再生骨料取代天然骨料的混凝土配合比 kg·m-3

1.3 工作性能检测

1.3.1和易性

试验采用坍落度实验法，结果如图1所示。

图1 再生骨料混凝土坍落度变化示意图

由图可见，坍落度随着时间的增加不断下降，前15min坍落度的下降幅度最大。在15～30min期间的塌落度损失程度较大，30min以后，坍落度损失率显著减小。

1.3.2 抗压强度

再生混凝土试块配合比为水泥：再生粗骨料：再生细骨料：水(1：3.4：2.1：0.5)，制作150mm*150mm*150mm试块3组，在标准条件下养护28天后，测得破坏荷载分别为255.4KN、236.5KN、247.2KN，以测值的算术平均值作为试块的抗压强度值，计算得到再生混凝土平均抗压强度为24.63MPa。本文研究主要应用在建筑室外景观构件中，构件对于抗压强度的要求较小，所测抗压强度通用块已满足一般室外景观构件中混凝土的工作性能要求和应用要求，对工作性能要求高的特殊通用块，可通过适当的添加砂率或调配水灰比加强初期再生混凝土的工作性能[11]。

2 设计前景

建筑工业化不仅仅是全球化的大趋向，同时也是我国工业化改革和发展的必经之路。随着建筑行业的快速发展，当下我国建筑行业已经被列为国民经济的主要产业和根本产业。我国的装配式混凝土行业正处于成长阶段，有着广阔的发展前景和较高的增长率。在建筑行业急速发展的同时，建筑垃圾污染也应运而生，这对我们日常环境的影响日益凸显。根据这一情况，结合“四节一环保”的理念，提出了装配式再生混凝土通用块在室外景观中的应用。

装配式建筑的机械化程度高、材料节约、施工快捷方便，且装配式再生混凝土通用块的制作与可持续发展理念相契合，将绝大多数有污染的项目转移到了工厂当中，有效地减少了粉尘挥发、大气污染以及工业垃圾的排放。针对以上优势，合理地利用建筑废料，运用成熟的工艺流程制作出装配式再生混凝土通用块，再结合前期的调研和当今市场的需求，将其应用到室外景观工程中。装配式再生混凝土所具备的灵活性特征，无论是纹理、构图等艺术特性，还是整体性、可塑性以及平整度等材料特性，均能与室外景观多样的艺术特性相协调。这不仅在现代设计中存在商业价值，且在建筑材料中具有质优价廉的优势。除此之外，将具有高自制力和灵活度的装配式再生混凝土应用在文化建设方面也可获得较高的景观文化价值。

3 设计方案

3.1 模板的设计

在通用块的制作前，团队设计了通用块类型、尺寸的各类图纸。模板采用的是9mm厚胶合板，此类型板利用率高，抗弯曲性出色，不容易出现变形。选择好模板，按照设计图纸的要求，依次在模板上画出尺寸，标记序号，考虑到模板的厚度，部分转角处实际尺寸要比设计尺寸多出8～10mm。

依照板块的序号顺序进行粘贴，各模板与底模首先选用801快干胶进行初步固定，该胶操作简单、粘性强、固化程度快。完成初步固定后，选用透明胶带对侧模板进行收缩性粘绑防止混凝土对侧向模板的压力使得模板向外膨胀，如图2所示。

图2 模板制作图

3.2 通用块的制作

按照预先设计的比例称取水泥、再生细骨料、再生粗骨料放入强制式单卧轴混凝土搅拌机中预先搅拌60秒，再倒入定量水(废弃混凝土在机械破碎过程中受到较大的外力作用，收集的再生骨料内部通常会存在大量微小缝隙，这会使再生骨料的吸水率和吸水速率都要高于天然骨料，通过调查资料显示，再生骨料的吸水率是天然骨料的6～8倍，而再生细骨料的吸水率超过10%，再生粗骨料的吸水率一般为5%[12])复合搅拌180秒；为保证拆模质量，使用毛刷在制作完成的模板内部进行脱模剂涂刷2～3遍；拌制完成的再生混凝土逐步浇筑至模板内，每浇筑一部分混凝土便进行人工捣实，最后再放置于混凝土振动台上振动，当混凝土表面停止沉陷，浮现一层水泥浆且不继续产生气泡时关闭振动台；将浇筑完成的构件模型统一静置后拆模，拆模后标养28d。

3.3 组合设计

目前我国室外景观建筑类型主要有休闲桌椅、花架、凉亭、景观墙、假山、路灯、路牙石等。这些室外景观构筑物都存在样式单一、造价高等缺点，且一旦出现裂缝、断裂等损坏现象时，整个构筑物均需替换，而被替换掉的材料又将产生建筑垃圾污染环境等问题。针对以上问题设计出拼接构件，当构件有损坏时可随时替换，替换后的构件也可再次循环利用，不仅使构筑物的装配变得更加轻便，还可进一步减少建筑垃圾对自然环境的破坏。

在总结现有室外景观构件现状的基础上，将一个完整的构件通过拆解分离的方式分为若干部分。在分解的室外建筑构造中，众多重复的部分为通用块的多重组合提供了条件基础。从装配式构件连接的角度分析，将室外景观构件主要分为四个大类型进行装配组合[13]。

3.3.1 螺栓连接

螺栓连接是一种常用的机械连接方式。适用于装配连接时承受横向荷载或需要螺钉固定被连接件的场合。针对现有公园桌椅外形设计进行调研，分析得出螺栓连接可有效、快速地完成桌椅的装配。螺母置于圆盘内，而螺栓安置于柱形块端部。四个柱形螺栓通过旋转与圆盘固定，再穿插入十字形通用块的预制口。螺栓连接方式结构简单，且标准统一、承载能力强，安全可靠性高，如图3所示。

图3 螺栓连接示意图

3.3.2 榫式连接

预制装配式结构柱体之间的连接一般采用榫式连接，如图4所示。

图4 榫式连接示意图

榫式连接的构造特点是用预制好的通用块通过凹凸口的卡点与另一孔槽的卡点进行交叉固定，在左、右缝内还可以埋置钢筋，再用焊接加强连接。这种连接方式多采用在景观墙的装配上，它可以承受较大的荷载，并能承受一定的变形。

3.3.3 套筒灌浆式连接

套筒灌浆主要在套筒中灌入大量可膨胀、高强、早强的水泥基灌浆料，套筒对可膨胀灌浆料的围固，能起到阻流作用，避免灌浆流失[14]。其中钢筋表面与其套筒内侧间挤压会产生正向作用力，通过该作用力与钢筋表面大量螺纹产生的摩擦阻力来实现受力钢筋之间的应力传导。图3为全灌浆套筒，在套筒的两端均穿插入钢筋且通过灌浆来连接整体，水平钢筋的连接即采用这种方式。图4为半灌浆套筒式连接，是被大量应用在纵向钢筋上的连接结构。灌浆强度均达到设计值100%后方可进行装配组合。套筒灌浆连接实用性强、固定稳定、装配简单方便，如图5所示。

图5 全、半灌浆套筒式连接

3.3.4 后浇混凝土连接

花架是可供植物攀爬或附着的具有一定形状的园林设施。花架为了轻便美观，大多采用木式结构，在室外经过风吹日晒，易导致木材被虫蛀、腐蚀。为了解决这类问题，使用再生混凝土材料替代木材，有效地节约了木材的使用。其次，花架对于构筑物的抗压、抗拉强度要求较小，对抗剪强度要求较高，所以在连接方式方面选择后浇混凝土式连接，图6为后浇混凝土式构件。

图6 后浇式混凝土连接

结语

建筑垃圾再生骨料可资源化用于室外建筑通用块的制作生产。依据现有室外景观构件的拆分，共设计了15种通用块，根据装配式建筑结构节点的多种连接方式，组合装配出多达30种室外景观构件。采用再生混凝土装配方式组装的室外景观，不仅能够减轻建筑垃圾所带来的污染，还能为室外景观构件的制作与安装提出新的发展思路。