刘智武1 赖凌燕2 徐丁一1 沈若豪1 李晓珍1
（1.金华职业技术学院 浙江金华321000 2.金华鼎泰园林建设有限公司 浙江金华321000）
摘要：透水混凝土的制备消耗大量的天然骨料,造成生态环境破坏。为节约资源,利用工业固体废弃物,文章探究以建筑垃圾粗骨料制备透水混凝土,并研究活性粉末的掺入对透水混凝土性能的影响规律,为固体废物为骨料制备透水混凝土提供借鉴。
关键词：再生混凝土；活性粉末；透水性能
1.前沿
建筑垃圾约占城市垃圾总量的30%-40%，是城市垃圾中最难处理的部分。建筑垃圾的综合利用是节约土地、节约资源的重要途径，是发展循环经济、建设环境友好型和资源节约型社会的重要举措，因此对废弃混凝土进行有效的资源化处置具有重要的现实意义。目前“海绵城市”成为城市发展规划中的高频词汇。普通混凝土路面阻断自然降水与地下水，加之城市地下水过量抽取，导致城市地下水位越来越低，引发地表沉降，给城市生态环境带来极大的负面影响。将废弃混凝土粉碎后作为再生骨料用于透水混凝土的生产，可以最大限度地实现建筑垃圾循环利用和节约资源的目的。利用活性掺合料对透水再生混凝土材料进行改性，在不明显降低其透水系数的前提下，提高其抗压及抗折强度，能够为企业节约材料、降低经营成本，具有重要的现实意义。
2.试验方法
2.1试块制备
透水性测试采用150mm*150mm *150mm立方体试件；抗压强度测试试件尺寸为100mm*100mm*100mm立方体；抗折强度测试试件尺寸为150mm*150mm*550mm棱柱体。
试件成型采用压制成型工艺，首先将透水性混凝土拌和物装入试模中，然后将试模放置于混凝土振动台上连续振动2 min，在振动过程中不断往试模中加料，使拌和料高出试模约5 mm。振动完毕，将试模移至混凝土抗压试验机下，一次压制成型，成型压力为1.5 MPa。
试件成型后，在(20±2)°C、相对湿度95%以上的标准养护箱内进行养护，测试规定龄期时的强度。
2.2力学测定
抗压强度：参照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定试件的抗压强度。采用液压式压力机加载，加荷速度为0.3 MPa/s?0.5 MPa/s，抗压强度取3个试件结果的平均值乘以0.95的换算系数作为最终的试验结果。
抗折强度：参照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定试件的抗折强度。抗折强度采用三分点加载方式，取3个试件结果的平均值。
2.3透水系数测定
将透水仪置于试件上方，透水仪和试件之间用半热的蜡条封好。待蜡条冷却后，向透水仪中加入超过450mm刻度的水，待水面下降至400mm刻度时用秒表开始计时，下降至0mm再计时一次，精确到0.1s。按公式(2.1)计算透水性再生混凝土的透水系数
（2.1）
式中K-透水系数，mm/s；h-水柱高度，mm；t1-水柱高度下降至刻度400mm的时间，s；t2-水柱高度下降至0mm刻度的时间。
3.结果与讨论
3.1级配对力学性能影响
本试验中采用的再生骨料粒径为4.75?13.2mm，改变9.5mm筛孔的通过率，设计了5种不同的单粒径级配，见表3.1。
表3.1透水性再生混凝土的级配
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表3.1给出了在水泥浆膜厚度为800μm、水灰比为0.31、减水剂掺量为0.8%的情况下，再生骨料级配对无砂透水再生混凝土性能的影响。从表4.5及表4.6可以看出，随着4.75?9.5mm粒径颗粒的减少，透水混凝土的空隙率逐渐增大，级配G01#和级配G02#均满足目标空隙率18?25%这一范围。试验结果表明，在采用单一粒径和相同膜厚度的情况下，骨料粒径越小，其透水系数越小，而强度越高。在采用级配G01#时，其空隙率为18.98%时，7d抗压强度达到13.47 MPa，28d抗压强度达到19.03 MPa，因此为最佳的级配。因为固定了水灰比和水泥浆体厚度，G01#?G05#级配的空隙率相差较大，所以抗压强度表现出较大的差别，如果调整浆体用量以保持空隙率不变，则级配对抗压强度的影响将显著减小。
表3.2级配对透水性能和强度的影响
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3.2水泥浆膜厚度对强度与透水性能的影响
在透水性再生混凝土中，再生骨料之间形成嵌挤结构，再生骨料上面包裹水泥浆体，水泥浆体将再生骨料粘结成为一个整体。因此，包裹在再生骨料上面的水泥浆体的膜的厚度不仅影响再生混凝土的透水性能，而且也对其强度产生重要影响。再生骨料采用G01#级配，固定水灰比为0.31，减水剂掺量为0.8%，设计目标空隙率18?25%。改变浆体膜的厚度从600μm到800μm，制作对比试件，测试其空隙率、透水系数和28d抗压、抗折强度，试验结果如表4.7所示。随着水泥浆膜厚度的增加，透水性再生混凝土的空隙率和透水系数逐渐降低，而其强度则逐渐增大。当浆膜厚度从600μm增加到800μm时，28d抗压强度从9.62 MPa增加至19.03MPa。改变水泥浆体膜的厚度，对28d的抗折强度也有一定程度的改善，但总体而言，膜厚增加主要是影响NPRC的抗压强度。当膜厚为800μm时，实测空隙率为18.98%，已经接近设计目标空隙率的下限，而此时试件具有最高的抗压和抗折强度，所以膜厚h=800μm为最优值。
表3.3水泥浆膜厚度对透水性再生混凝土性能的影响
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3.3水灰比对强度和透水性能的影响
按照最佳的级配G01#，最优的水泥浆体膜厚h=800μm，设计目标空隙率18.98%，保持浆膜厚度800μm不变，改变水灰比，研究了水灰比对性能的影响规律。
表3.4给出了不同水灰比对再生骨料无砂透水混凝土抗压强度的影响。从表中可以看出，6组混凝土的空隙率比较接近，均接近透水性再生混凝土空隙率(18?25%)的上限。当水灰比为0.31时，具有最高的抗压强度和抗折强度，分别为19.03MPa和2.37MPa。显然，通过优化水灰比，可以较大程度地提高抗压强度，但总体而言透水性再生混凝土的抗折强度偏低。
表3.4不同水灰比的NPRC的抗压强度与透水性能
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再生骨料级配、水泥浆膜厚度以及水灰比对透水性再生混凝土的影响规律可知，最佳的骨料级配为G01#，最佳的水泥浆膜厚度为800pμm，最佳水灰比为0.31。
3.4硅灰掺量对强度的影响
表3.5给出了在水泥凝胶层厚度为800μm、水灰比为0.31的情况下，改变硅灰掺量时对养生7d后的透水再生混凝土强度和透水性能的影响。由表可知，改变硅灰的掺量对透水性再生混凝土的透水系数基本没有影响，但是，掺入硅灰能改善透水性再生混凝土的强度
表3.5硅灰掺量对透水性再生混凝土强度和透水性能的影响
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当硅灰掺量为4%时抗压强度和抗折强度出现最大值。掺入4%的硅灰使NPRC的7d抗压强度增大36.8%，28d抗压强度增大34.1%。掺入硅灰也使抗折强度得到大幅度的改善，其7d抗折强度提高21.9%，28d抗折强度提高49.8%。原因在于掺入硅灰后，提高了作为再生骨料粘结材料的水泥凝胶层的强度，因此能显著改善抗折强度，同时也使抗压强度得到一定程度的改善。一般认为，当透水系数达到1mm/s时混凝土就可以基本满足透水性能的要求，该透水性再生混凝土不但具有较高的强度，而且透水性能优良(见图4.8)，试验测得透水系数为7.8mm/s。
4.结论
通过研究透水性再生混凝土配合比设计方法和影响性能的因素，提出了一种新的以体积指标为设计参数的配合比设计方法，确保配制得到的透水性再生混凝土具有石—石嵌挤结构从而具有较高的强度，而且使得再生混凝土形成连通孔隙提高了其透水性能。当水灰比为0.31时，通过优化再生骨料级配，用原生混凝土强度等级为C40的再生骨料，研制得到了空隙率为19.29%，透水系数为8.3mm/s，28d抗压强度达19.03MPa的透水性再生混凝土。
研究了活性粉末材料对透水性再生混凝土的增强作用。选择硅灰作为增强活性粉末材料时，在保持水胶比为0.31、浆体厚度为800μm、减水剂掺量0.8%不变的条件下，掺入4%的硅灰，研制出28d抗压强度达26.37MPa，抗折强度为3.37MPa，透水系数为7.8mm/s的透水性再生混凝土。
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