再生骨料混凝土配制透水路面磚
2006-08-27 00:00
摘要：通過(guò)理論計(jì)算和試驗(yàn)分析，揭示骨灰比、砂率和水灰比對(duì)再生骨料透水混凝土力學(xué)性能和透水系數(shù)的影響規(guī)律。采用功效系數(shù)法得出再生骨料透水混凝土配合比控制參數(shù)，即骨灰比為3.5，砂率為15%，水灰比為0.34，通過(guò)優(yōu)選配合比參數(shù)，得到具有良好透水性能的再生骨料透水混凝土路面磚，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到20MPa以上；降低透水能力的要求，則其強(qiáng)度可以滿足JC／T 466-2000混凝土路面磚標(biāo)準(zhǔn)的要求。
關(guān)鍵詞： 再生骨料，透水混凝土，力學(xué)性能，透水系數(shù)，功效系數(shù)法，混凝土路面磚
城市中大面積的混凝土路面缺乏透氣性、透水性，給城市生態(tài)環(huán)境帶來(lái)諸多負(fù)面影響。最近2O年出現(xiàn)的透水性混凝土路面，對(duì)維持生態(tài)平衡具有重要作用。1979年，美國(guó)在佛羅里達(dá)州建成了透水性停車場(chǎng)路面，頒發(fā)了透水性混凝土專利，并在1991年成立了“透水性波特蘭水泥混凝土協(xié)會(huì)”。1987年，日本有研究者申請(qǐng)透水性混凝土鋪地材料的專利，并將透水性混凝土用于公園道路、高速公路中央分割帶和路肩等實(shí)際工程中。長(zhǎng)期以來(lái)，因各種原因被拆除的混凝土建（構(gòu)）物越來(lái)越多，出現(xiàn)了大量的廢棄混凝土。日本在1977年就制定了《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》，并相繼在各地建立了以處理混凝土廢棄物為主的再生加工廠，生產(chǎn)再生水泥和再生骨料。我國(guó)再生骨料的生產(chǎn)和再生混凝土的實(shí)際應(yīng)用還很少 ，配制透水性混凝土路面是再生骨料利用的一個(gè)可能途徑。本文分析了影響再生骨料透水混凝土力學(xué)性能和透水系數(shù)的主要因素，提出再生骨料透水混凝土路面磚的配制技術(shù)，并測(cè)定透水路面磚的強(qiáng)度和透水系數(shù)。
1 原材料
（1）水泥。石鳳牌P.032.5R水泥，實(shí)測(cè)水泥28 d抗折強(qiáng)度為8.0 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度為47.4MPa。
（2）再生骨料。廢棄混凝土構(gòu)件經(jīng)破碎后分別（mm）用4.75，9.50，16.0，19.0，26.5，31.5和37.5方孔石子篩篩分，經(jīng)人工調(diào)配為符合《GB／T 14685—2001建筑用卵石、碎石》中5.0～31.5 mm連續(xù)級(jí)配的再生骨料。該粒級(jí)再生骨料的物理力學(xué)性能，如表1所示，表中，ρ0為表觀密度，ρ/0為堆積密度，η為空隙率，ωm為吸水率，δ為壓碎指標(biāo)。再生骨料的堆積密度隨骨料粒徑增大而增大，空隙率和吸水率則隨骨料粒徑減小而增大。配制透水混凝土希望骨料間空隙率要大，且經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎的再生骨料粒徑主要集中在9.5～26.5 mm 之間。因此，配制透水混凝土?xí)r，確定采用9.5～19.0 mm粒徑范圍的再生骨料 再生骨料其他性能詳見(jiàn)文。
（3）細(xì)骨料。細(xì)骨料為粒徑0.63～1.25 mm的天然砂。
（4）高效減水劑。TW一10萘系高效減水劑。
2 試驗(yàn)方法
2。1 影響混凝土力學(xué)和透水性能的因素
再生骨料透水性混凝土的配合比設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循透水性混凝土的結(jié)構(gòu)模型。通過(guò)合理的配合比參數(shù)的改變，在確保粗骨料表面被水泥砂漿充分包裹的前提下，盡可能使粗骨料問(wèn)具有足夠的連通空隙。這可使混凝土既滿足一定的強(qiáng)度要求，又具有良好的透水性。通過(guò)對(duì)混凝土配比設(shè)計(jì)理論的分析，確定對(duì)透水混凝土力學(xué)性能和透水系數(shù)可能產(chǎn)生影響的主要因素為骨灰比（（G+s）／c）、砂率sp和水灰比（w／c）。表2～4分別列出了試驗(yàn)所用的各配合比混凝土的材料用量和理論計(jì)算空隙率ηc。表中，C0，G0，S0，Wo和 JTW-10 分別為水泥、石、砂、水和減水劑的用量。
（1）再生骨料透水混凝土力學(xué)性能的測(cè)試，其抗折強(qiáng)度采用40 mm*40 mm*160 mm試件，抗壓強(qiáng)度采用100 mm×100 mm×100 mm 試件，用手持式平板振動(dòng)器成型，成型1 d后拆模水中養(yǎng)護(hù)28 d再測(cè)強(qiáng)度。
（2）再生骨料透水混凝土透水系數(shù)的測(cè)試。由于國(guó)際上還沒(méi)有混凝土透水系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀器，本文在文的基礎(chǔ)上，制作了固定水頭和可變水頭相結(jié)合的透水試驗(yàn)裝置。如圖1所示，試驗(yàn)時(shí)從透水圓筒上部注水，水透過(guò)混凝土試件后進(jìn)入水槽，最后從定位水桶的出水口排出，注水時(shí)多余的水從溢水口溢出。當(dāng)注入的水量與從出水口及溢水口流出的水量取得平衡后，在啟動(dòng)秒表計(jì)時(shí)的同時(shí)，量取時(shí)間t內(nèi)從出水口排出的水量Q。透水系數(shù)的計(jì)算公式為：
KT=（Q×D）／（A×h× t） （1）
在式（1）中，KT為水溫T時(shí)的透水系數(shù)，D和A 分別為混凝土試件的厚度（20 cm）及面積（186 cm2 ），h為水頭（cm）。由于水的動(dòng)力粘滯系數(shù)直接影響著滲透系數(shù)的大小，溫度越高，動(dòng)力粘滯系數(shù)越小，滲透系數(shù)越大，因此透水系數(shù)應(yīng)換算到標(biāo)準(zhǔn)溫度才具有可比性。日本混凝土工學(xué)協(xié)會(huì)把15℃定為標(biāo)準(zhǔn)溫度，把不同水溫下測(cè)定的透水系數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)透水系數(shù)。計(jì)算公式為K15= µ×KT，µ為修正系數(shù)，查表可得。
2。2 透水路面磚的試驗(yàn)研究
參照（JC／T 466—2000 7混凝土路面磚標(biāo)準(zhǔn)》，確定實(shí)驗(yàn)室試制透水混凝土路面磚的尺寸為250 mm×250 mm×50 mm，每個(gè)配比混凝土成型5個(gè)路面磚試件。混凝土采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和，手持式平板振動(dòng)器振動(dòng)成型，養(yǎng)護(hù)1 d后拆模，水中養(yǎng)護(hù)28 d后測(cè)試件的抗折強(qiáng)度。其計(jì)算公式為
ff =3Pl／2bh2 （2）
在式（2）中，P為抗折荷載（kN），l為兩支座間的距離（200 mm），b為試件的寬度（250 mm），h為試件的厚度（50 mm）。折斷的試件再測(cè)試件的抗壓強(qiáng)度，受壓面積為120 mm×60 mm。同時(shí)成型3個(gè)用于測(cè)試透水系數(shù)的混凝土試件。
3 試驗(yàn)結(jié)果和分析
3。1 混凝土力學(xué)和透水性能結(jié)果和分析
再生骨料透水混凝土抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的測(cè)定結(jié)果，如表5所示。表中，k為配合比控制系數(shù)，ff為抗折強(qiáng)度，fcu為立方體抗壓強(qiáng)度，K15 為透水系數(shù)，總功效系數(shù)d=（d1 ×d2×d3） 1/3，d1 ，d2，d3分別為ff，fcu，K15 的功效系數(shù)。從表5可看出，混凝土的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨著骨灰比的增大而降低，隨著砂率的增大而增大。由于水灰比增大，水泥漿的強(qiáng)度降低，一般將導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。
但當(dāng)水灰比過(guò)小時(shí)（如低至0.28），手持式振動(dòng)器激振力不足，新拌混凝土流動(dòng)性差，難以振動(dòng)密實(shí)。用水量已經(jīng)很低，部分水還會(huì)被再生骨料吸收，導(dǎo)致水泥水化程度低，強(qiáng)度下降較大。從表5可以看出，混凝土的透水系數(shù)隨骨灰比增大而增大，隨砂率的增大而降低，隨水灰比的增大而降低。這與各配比混凝土理論空隙率的計(jì)算結(jié)果是吻合的，混凝土理論空隙率隨骨灰比的增大而增大，隨砂率和水灰比的增大而降低。在砂率和水灰比固定時(shí)，骨灰比增大，水泥漿量則減少，填充骨料空隙的水泥漿就會(huì)減少，混凝土內(nèi)部的空隙率就會(huì)增加，混凝土透水性能提高。砂子是填充石子空隙的材料，在骨灰比和水灰比固定時(shí)，提高砂率也會(huì)降低石子間的空隙率，使得混凝土內(nèi)部空隙率降低，混凝土透水性能下降。水泥漿在包裹骨料表面的同時(shí)，也要填充骨料間的空隙。因此，在骨灰比和砂率固定時(shí)，水灰比的提高，使得水泥漿的體積增大。雖然過(guò)量的水在水泥硬化過(guò)程中會(huì)形成孔隙，有利于提高混凝土透水性能，但會(huì)使水泥漿稠度降低，極易造成流漿。即在混凝土試件振動(dòng)成型時(shí)，漿體易沉降在試件的底部，在混凝土試件表面形成一層致密的水泥砂漿層。這會(huì)使混凝土的透水性能大幅降低，甚至沒(méi)有透水性，是制作透水混凝土?xí)r不應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象。
為了直觀地尋找到滿足再生骨料透水混凝土力學(xué)性能和透水系數(shù)要求的最優(yōu)配合比參數(shù)，本文采用功效系數(shù)法對(duì)抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析，如表5所示。由表5可以看出，骨灰比為3.5，砂率為0.15，水灰比為0.34時(shí)，都達(dá)到各自的最大功效系數(shù)。
3。2 透水路面磚結(jié)果和分析
為了不使減水劑的摻人影響再生骨料透水混凝土路面磚的試驗(yàn)結(jié)果，路面磚試件成型時(shí)水灰比固定為0.40。路面磚試件配合比參數(shù)和性能測(cè)試結(jié)果，如表6所示。從表6可以看出，再生骨料透水混凝土路面磚的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)隨骨灰比、砂率的變化趨勢(shì)與節(jié)3.1的試驗(yàn)結(jié)果是相同的。在通常情況下，抗壓強(qiáng)度在20.0 MPa以上，就能滿足人行道的鋪設(shè)要求；抗壓強(qiáng)度在30.0 MPa以上，能滿足輕量車道的鋪設(shè)要求。表6結(jié)果表明，通過(guò)配合比參數(shù)的選擇，具有較好透水能力的再生骨料透水混凝土路面磚的強(qiáng)度，可以滿足人行道的鋪設(shè)要求。降低透水能力的要求，則再生骨料透水混凝土路面磚的強(qiáng)度能夠滿足（（JC／T 466—2000混凝土路面磚標(biāo)準(zhǔn)》抗折強(qiáng)度在4.0 MPa以上的要求，抗壓強(qiáng)度達(dá)到30.0 MPa以上，可以使用于輕量車道的鋪設(shè)。
4 結(jié)束語(yǔ)
（1）理論和試驗(yàn)結(jié)果表明，影響再生骨料透水混凝土力學(xué)性能和透水系數(shù)的主要因素是骨灰比、砂率和水灰比。再生骨料透水混凝土的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨著骨灰比的增大而降低，隨著砂率的增大而增大，隨水灰比的增大而降低；而透水系數(shù)的變化規(guī)律則與力學(xué)性能的變化規(guī)律正好相反。
（2）功效系數(shù)法可直觀地確定再生骨料透水混凝土的配合比控制參數(shù)。
（3）通過(guò)配合比參數(shù)的選擇，具有較好透水能力的再生骨料透水混凝土路面磚的強(qiáng)度，可以滿足人行道的鋪設(shè)要求；降低透水能力的要求，則可以使用于輕量車道的鋪設(shè)。
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