透水性混凝土

利用再生骨料配制透水性混凝土

陈 莹 严捍东

(华侨大学土木工程学院 泉州 362021)

  摘 要：利用再生骨料配制透水性混凝土，对其强度和透水系数随骨灰比、砂率和水灰比变化的规律进行了试验研究，得到这种新型环保型混凝土的配合比控制参数。采用功效系数法，得出在振动成型条件下，满足最优强度和透水系数的配合比是：骨灰比3.5，砂率0.15,水灰比0.34。

  关键词：再生骨料 透水性混凝土 强度 透水系数 配合比

USING RECYCLED AGGREGATE TO PREPARE WATER PERM EABILITY CONCRETE

ChenYing YanHandong

(College of Civil Eningeering，Huaqiao University Quanzhou 362021)

Abstract：The water permeability concrete with recycled aggregate is prepared,whose variation regularity of strength and permeability coefficient changing with aggregate-cemen tratio,sand percent ageand water-cement ratio is studied through experiments.The significant parameters controlling the mixture ratio of this new environmental concrete are also presentedin the paper.By means of efficacy coefficient method,the optimal mixture ratio under the vibratory moulding condition is aggregate-cement ratio3.5,sand percentage0.15and water-cement ratio0.34,and thenthe concrete strength and permeability coefficient attain the equilibrium point.

Keywords：recycled aggregate water permeability concrete strength permeability coefficient mixture ratio

以实现透气性、透水性!调节生态平衡和保护环境为目的的透水性混凝土是近20年来出现的一种新型的环保型混凝土道路材料。与传统的混凝土相比，其最大特点是有一定的连通孔隙，具有良好的透水性及保湿性，性能接近于草坪和土壤地面^[1]。将这种混凝土用于铺筑道路、广场、人行道路等，对调节生态、改善环境具有重要作用。再生骨料混凝土属于减轻环境负荷型混凝土，其利用建筑物解体时废弃的混凝土代替天然骨料，节省天然矿物质资源，同时减轻固体废渣对环境的污染，在资源和环境保护方面，具有不可估量的社会效益。为了将混凝土对环境造成的负荷控制在最小限度之内，本文考虑利用再生骨料配制透水性混凝土，系统研究骨灰比!砂率和水灰比对再生骨料透水性混凝土强度和透水系数的影响规律，采用适当的数学方法，分析试验数据,提出最优配合比。

1 再生骨料透水性混凝土的配合比设计：

透水性混凝土的特性是高渗透性,但作为路面制品又必须满足一定的抗压强度和抗折强度，表1列出了国内外透水性混凝土应达到的性能指标^[2]。其力学性能和透水系数之间基本成反比关系，即混凝土强度的增加，通常会引起透水系数的减小。因而需要对再生骨料透水性混凝土进行配合比设计的研究，保证再生骨料透水性混凝土不仅具有较高的强度，同时有良好的透水性能。

1.1 原材料的选择

水泥：透水性混凝土一般选用32.5级以上硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。由于透水性混凝土是粗骨料颗粒间通过硬化的水泥浆薄层胶结而成的多孔堆聚结构^[3]，受力时是通过骨料之间的胶结点传递力的作用，因此一般选用高强度等级水泥。本文试验采用普通硅酸盐水泥，其力学性能如表2所示。

骨料：骨料的级配是控制透水性混凝土质量的一个重要指标。试验表明，为保证透水性混凝土应有的强度和良好的渗透性能，骨料应采用间断型单粒级配。参照对建筑用卵石、碎石的颗粒级配规定(GB/T14685-2000)，同时由于10~20mm再生骨料公称粒级的级配较合理，且试验材料获取方便，本文试验均采用10~20mm这一公称粒级的再生骨料。细骨料为粒径0.63~1.25mm的天然砂。

1.2 配合比参数的选定

再生骨料透水性混凝土的配合比设计应遵循透水性混凝土的结构模型^[3]。通过合理的配合比参数的改变，在确保粗骨料表面被水泥砂浆充分包裹的前提下，尽可能使粗骨料间具有足够的连通空隙，使混凝土既满足具有一定强度的要求，又具有良好的透水性。依据大量试验结果^[4~6]和对混凝土的理论分析，选定试验控制的透水性混凝土主要配合比参数为骨灰比、砂率和水灰比，表3~表5分别示出了试验所用的各配合比混凝土的材料用量。

1．3 试验方法

1)强度试验方法

再生骨料透水性混凝土抗压强度和抗折强度的试验方法与普通混凝土相同^[7]，其中抗压强度试验的试件尺寸为100mm×100mm×100mm，抗折强度试验的试件尺寸为40mm×40mm×160mm,相同条件下养护7d、28d后采用NYL-30型压力试验机和DKZ-5000型电动抗折试验机进行测试。

2)透水系数试验方法

表征透水性混凝土透水性的透水系数测定方法基于Darcy定律，但该试验的方法在各国仍未有真正的标准规范。本文试验制作了如图1所示的固定水头和可变水头相结合的透水试验装置。试验时从透水圆筒上部注入水，水透过混凝土试件后进入水槽，最后从定位水桶的出水口排出，注水时多余的水从溢水口溢出。当注入的总水量与从出水口及溢水口流出的水量取得平衡后，在启动秒表计时的同时，量取时间t内从出水口排出的水量，即是透过混凝土的水量Q，并测量当时的水温T，代入计算公式：K_T=Q×D/(A×h×t)，中即可得透水性混凝土的透水系数。式中，K_T为水温T时的透水系数(cm/s)，D和A分别为混凝土试件的厚度(20cm)及面积(186cm²),h为水头(cm)。由于水的动力粘滞系数直接影响着渗透系数的大小，温度越高，动力粘滞系数越小，渗透系数越大，因此应将透水系数换算到标准温度才具有可比性。日本混凝土工学协会把15℃定为标准温度^[8]，把不同水温下测定的透水系数换算成标准透水系数。计算公式为：K₁₅=μ×K_T，μ为修正系数，查表可得^[9]。

2 试验结果和分析

2.1 强度试验结果和分析再生骨料透水性混凝土28d立方体抗折强度和抗压强度随骨灰比!砂率及水灰比的变化规律如图2、图3所示。

从图2和图3可以得到以下结论：

1)抗压强度和抗折强度始终保持着高度相关性,即有相同的变化趋势。

2)再生骨料透水性混凝土的抗压强度和抗折强度随着骨灰比的增长，呈线性大幅下降；随着砂率的增长，呈线性上升；随水灰比的变化呈现复杂性：水灰比过小，新拌混凝土流动性差，水泥水化程度低，强度下降，而水灰比过大，混凝土强度也降低。可以存在一个较优的水灰比，本文试验结果为0.34。

3)随着龄期的增长，水化逐渐完全，抗折强度稍有提高。

4)若采取合适的配合比，再生骨料和胶凝材料间有很强的粘结力。破坏一般发生在基体一侧，体现出较高的强度。而当骨灰比偏高或水灰比偏低时，由于水泥浆不足以包裹骨料，破坏往往发生在骨料和水泥石结合面上，导致混凝土提前破坏，这种现象在早期尤为明显。

2.2 透水系数试验结果和分析

再生骨料透水性混凝土透水系数随骨灰比、砂率及水灰比的变化规律如图4所示。如图4a所示，骨灰比为3.5时，水泥浆可以充分覆盖骨料表面，混凝土结构密实，但透水系数不高；骨灰比从3.5变化到4.0时，透水系数迅速上升，增幅达34%，因为水泥浆数量减少，形成大量空隙相互连通，形成透水通道，因而透水性能提高；而当骨灰比从4.0提高到4.5时,，透水性能则上升不多。而随着砂率的提高，再生骨料透水性混凝土的透水系数明显下降(见图4b)。当砂率从0.15变化到0.20和0.25，透水系数的降幅分别是60%和78%。因为当砂率较低时，砂浆数量不足以完全包裹石子表面，导致混凝土结构不密实，透水性能较好。随着砂率的增长，砂浆填充在混凝土内部，减少骨料和骨料间的空隙，混凝土逐渐密实，透水性下降。从图4c可以看到，水灰比的影响情况较为复杂。水灰比等于0.28时，透水系数不高，究其原因再生骨料吸水率高，水灰比低时，相对水泥浆少，成型困难，搅拌不充分，使水泥浆容易富集在某一区域，阻塞上下连通的透水通道，因此透水性能差；而水灰比从0.28上升到0.34时，水泥浆拌制均匀，空隙不被阻塞，故透水系数上升很快；当水灰比达到0.45时，原有的水泥浆已经完全包裹骨料表面，增加的水泥浆填充在骨料之间，减少空隙，由此透水性又逐渐下降。此外，随着龄期的增长，再生骨料透水性混凝土的透水系数会有所降低，主要原因是，随着龄期的增长，水化逐渐完全，毛细孔数量减少，混凝土变得密实，透水性下降。

2.3 最优配合比的确定

由于数据繁多，本文采用功效系数法，寻求满足最佳力学和透水性能的配合比，如表6所示。由表6可直接看到，骨灰比为3.5时的功效系数最大，等于0.893；砂率内0.15时的功效系数最大，等于0.626；水灰比在0.34时的功效系数最大，等于1.000。综合评价得出的最优配合比是：骨灰比3.5，砂率0.15，水灰比0.34。通常情况下，抗压强度在20.0MPa以上就能满足人行道的铺设要求，抗压强度在30.0MPa以上能满足轻量车道的铺设要求。因此，再生骨料透水性混凝土可以满足使用要求。

 

3 结束语

近年来，我国建筑业进入高速发展阶段。由于传统意义上的混凝土生产和使用对自然资源的巨大消耗以及对环境的巨大破坏，已不适应我国社会和经济可持续发展的要求，于是环保型混凝土应运而生。针对混凝土的环保需要，我们研制和开发了建筑垃圾再生骨料透水性混凝土，寻求这一新型绿色混凝土的最佳配合比，使之既满足一定的强度要求，又具有良好的透水性能。对再生骨料透水性混凝土的研究还处于刚刚起步的实验室阶段，还需要进行大量研究与开发工作。

参考文献

1 王 波.透水性硬化路面及铺地的应用前景.建筑技术,2002,33(9):659~660

2 王武祥.透水性混凝土路面砖的种类和性能.建筑砌块与砌块建筑,2003(1):17~19

3 杨 静,蒋国梁.透水性混凝土路面材料强度的研究.混凝土,2000(10):27~30

4 姜德民,程海丽,高振林.透水性混凝土路面砖的研制.新型建筑材料,2003(3):18~20

5 张振秋,吴晓泉,陈智丰.透水性混凝土路面砖的研究.混凝土,2003(1):41~43

6 王武祥,谢尧生,夏桂清.透水性混凝土的性能与应用.中国建材科技,1994,3(4):1~5

7 GBJ81-85 普通混凝土力学性能试验方法

8 陈志山.大孔混凝土的透水性及其测定方法.混凝土与水泥制品,2001(1):19~20

9 吉青克.大孔隙材料渗透系数的室内测定.公路交通科技,2002,19(2):31~34

 

*福建省建设厅2004年度建设系统科技计划项目，泉州市建设局全国建设科技发展重点项目(编号：泉建科2003028)；泉州市科技局2004年度科技计划项目(编号：2004S1)；华侨大学高层次人才科研基金会(编号：02BS205)。

第一作者：陈 莹 女 1979年11月出生 硕士研究生

 

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