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浅谈再生骨料透水混凝土的研究意义及展望

2020-06-03 696 上传者：管理员

摘要：针对再生骨料透水混凝土的制备和性能进行综述。由再生骨料制成的透水混凝土是一种可重复使用的环保材料,它将促进绿色低碳化透水混凝土的发展。从再生骨料原材料的分类、再生骨料透水混凝土的制备、力学性能、透水性能及耐久性方面进行分析总结,对再生骨料透水混凝土的研究提出了一些建议和展望。

关键词：
再生骨料透水混凝土
力学性能
建筑材料
材料科学
透水性能
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近年来,海绵城市建设应运而生,而透水混凝土是海绵城市建设的重要组成部分。研究表明,透水混凝土自身多孔透水透气的特性,有利于缓解大雨天气城市排水系统的排水压力,有利于土壤和大气进行热量的交换,有利于土壤水分得到补充,从而促进植物生长和土壤中微生物的生存,透水混凝土主要应用于低强度的路面和边坡。目前,在城市建设中,大量建筑物的拆除、废弃堆放及填埋,会对环境产生不利的影响。

例如,我国每年废弃建筑垃圾量高达15亿t以上,有效利用率却低于5%[1];若将废弃的砖石和混凝土材料加以利用,提高废弃建筑材料再次利用率,一定程度将有效缓解天然骨料短缺,既节约资源,又保护环境。为此,本文结合了国内外众多学者对再生骨料的使用进行研究,综述了国内外再生骨料透水混凝土的制备及性能,以期为再生骨料透水混凝土的研究与应用提供参考。

1、再生粗骨料的分类

再生粗骨料是将建筑废弃物中的混凝土、砂浆、砖瓦等加工成粒径大于4.75 mm的颗粒。有如下几种分类方式。

1) 按粒径尺寸分类[2]

连续粒级:5～16 mm,5～20 mm,5～25 mm,5～31.5 mm;单粒级:5～10 mm,10～20 mm,16～31.5 mm。

2) 再生粗骨料按性能要求分类[2]

(1) Ⅰ类:

表观密度>2 450 kg/m3,空隙率<47%,微粉含量<1.0%,泥块含量<0.5%,针片状颗粒<10%,吸水率<3.0%,压碎指标<12%,硫化物和硫酸盐<2.0%,氯化物<0.06%,杂物<1.0%,5次硫酸盐冻融循环的质量损失<5.0%。

(2) Ⅱ类:

表观密度>2 350 kg/m3,空隙率<50%,微粉含量<2.0%,泥块含量<0.7%,针片状颗粒<10%,吸水率<5.0%,压碎指标<20%,硫化物和硫酸盐<2.0%,氯化物<0.06%,杂物<1.0%,5次硫酸盐冻融循环的质量损失<9.0%。

(3) Ⅲ类:

表观密度>2 250 kg/m3,空隙率<53%,微粉含量<3.0%,泥块含量<1.0%,针片状颗粒<10%,吸水率<7.0%,压碎指标30%,硫化物和硫酸盐<2.0%,氯化物<0.06%,杂物<1.0%,5次硫酸盐冻融循环的质量损失<5.0%。

2、再生骨料透水混凝土的制备

再生骨料透水混凝土是指用部分或者全部再生骨料取代天然粗骨料、水、水泥、掺和料和外加剂等,经过搅拌、成型、养护等工艺,制作成具有高空隙率的再生骨料透水混凝土。

1) 配合比设计方面

配置强度,采用再生骨料透水混凝土抗压强度和混凝土强度标准差进行强度设计;透水性能,根据再生骨料透水混凝土透水要求设计孔隙率,且孔隙率不应低于10%,透水系数不小于5 mm/s;水胶比,根据透水再生骨料透水混凝土的配置强度和工作性能,水胶比取值一般为0.25～0.35[2]。根据“体积法”计算出再生骨料透水混凝土配合比和材料用量。

2) 搅拌成型方面

搅拌,水泥裹浆法,将骨料和1%～3%的水预拌,然后加入胶凝材料拌和,最后加入剩余的水进行搅拌;较一次搅拌法,它使胶结材料更均匀地包裹在骨料表面。成型,振捣成型和静压方法对透水混凝土的目标孔隙率均有良好的保证。

3) 养护方面

通过搅拌、装模、成型、24～48 h后拆模,将试件置于温度为20±2℃,相对湿度为95%以上的标准环境养护28 d,然后测试相应性能。

3、再生骨料透水混凝土性能

再生骨料透水混凝土是一种多孔结构,是典型的点接触受力模型。再生骨料透水混凝土的力学性能、透水性能及耐久性能受再生骨料质量、孔隙率以及骨料之间的浆体质量的影响较大。

1) 力学性能方面

再生骨料透水混凝土受力破坏时,呈现再生骨料本身破坏和界面破坏,当水泥强度小于再生骨料强度2倍时,受力破坏形态为骨料本身破坏。再生骨料的表面包裹着旧砂浆,较天然骨料,表面更粗糙,有利于骨料间胶凝材料的粘结,但再生骨料的强度较天然骨料更低,较少掺量的再生骨料替代天然骨料对透水混凝土强度影响不大。目标孔隙率是影响再生骨料透水混凝土强度的主要原因,随着目标孔隙率的增大,骨料之间的接触面积就会减小,抗压强度也会显著降低;其次,再生骨料级配决定了再生骨料透水混凝土中骨料间受力面积,随着骨料级配的增大,骨料间受力面积减小,抗压强度显著降低[3]。

2) 透水性能方面

再生透水混凝土的孔隙率和透水系数呈正相关,抗压强度和透水系数呈负相关。随着再生骨料替代率增大,再生骨料透水混凝土的孔隙率和透水系数逐渐增大,随着再生骨料级配增大,再生骨料透水混凝土的透水系数逐渐增大[4]。若水胶比太小,胶凝浆体过于干稠,不易在骨料间均匀包裹,而水胶比太大,胶凝浆体比较稀,容易封堵底部,降低有效孔隙率。

3) 耐久性方面

再生骨料透水混凝土孔隙率高、强度低,在一定程度限制了透水混凝土的使用寿命。在我国北方,冬天的再生骨料透水混凝土材料产品会受冻融破坏,且沿海城市雨水呈碱性;不同冻融介质对再生骨料透水混凝土冻融后质量劣化程度不同,清水和3.5 wt% NaCl溶液作为冻融介质,经过25次冻融循环后,氯盐环境中的试件劣化程度比清水中更为严重[5]。再生骨料透水混凝土多孔结构,耐磨性能较差,当再生骨料替代率在50%以内对透水混凝土耐磨性影响较小,当再生骨料替代率超过50%对透水混凝土耐磨性影响显著[6]。

4、再生骨料透水混凝土研究意义及展望

目前,再生骨料透水混凝土是将建筑废弃物机械破碎、分离,得到再生粗骨料,在透水混凝土中不同程度替代天然粗骨料,有利于透水混凝土绿色低碳生产使用。研究发现,因为再生骨料强度低,透水混凝土又是一种高空隙率材料,所以再生骨料透水混凝土一般适用于透水性高、强度低的场所;例如公园、小区和非机动车道路面、透水砖铺筑、护坡等透水混凝土建筑;但是,再生透水混凝土强度低却制约了再生透水混凝土的推广使用。因此,需要寻找一种或者几种掺和料、外加剂,增强再生骨料自身强度和骨料间粘结强度。纵观国内外,对再生骨料透水混凝土的耐久性、导热性和吸声性方面的研究较少,因而需要对此领域进行进一步的研究,对再生骨料透水混凝土技术的进一步完善和标准化,将有助于再生骨料透水混凝土产品的应用推广,促进“海绵城市”建设。

参考文献：

[1]王祥云,尤完.绿色建造过程中资源循环利用的影响因素及对策[J].建筑经济,2017,38(3):99-104.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.再生骨料透水混凝土应用技术规程:JGJ/T253-2016[S].北京:建筑工业出版社,2016:1-17.

[3]陈超,石莹,祁广广,等.再生骨料在透水混凝土中的应用研究[J].混凝土与水泥制品,2018(11):93-96.

[4]袁汉卿,蒋友宝,崔玉理,等.再生骨料透水混凝土的透水性和抗压强度[J].材料导报,2018,32(S2):466-470.

[5]尹志刚,张恺,范巍,等.不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土耐久性试验研究[J].硅酸盐通报,2019,38(7):2137-2143.

[6]马百顺.再生骨料透水混凝土耐磨性能试验研究[D].郑州:华北水利水电大学,2018.

张裕显,杨建永.再生骨料透水混凝土研究与进展[J].技术与市场,2020,27(05):100+102.