再生骨料混凝土配制透水路面磚
2006-08-27 00:00
摘要：通過理論計算和試驗分析，揭示骨灰比、砂率和水灰比對再生骨料透水混凝土力學性能和透水系數(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，其抗壓強度可達到20MPa以上；降低透水能力的要求，則其強度可以滿足JC／T 466-2000混凝土路面磚標準的要求。
關(guān)鍵詞： 再生骨料，透水混凝土，力學性能，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)境帶來諸多負面影響。最近2O年出現(xiàn)的透水性混凝土路面，對維持生態(tài)平衡具有重要作用。1979年，美國在佛羅里達州建成了透水性停車場路面，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”。1987年，日本有研究者申請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際工程中。長期以來，因各種原因被拆除的混凝土建（構(gòu)）物越來越多，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。我國再生骨料的生產(chǎn)和再生混凝土的實際應(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可能途徑。本文分析了影響再生骨料透水混凝土力學性能和透水系數(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)，并測定透水路面磚的強度和透水系數(shù)。
1 原材料
（1）水泥。石鳳牌P.032.5R水泥，實測水泥28 d抗折強度為8.0 MPa，28 d抗壓強度為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)級配的再生骨料。該粒級再生骨料的物理力學性能，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。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，配制透水混凝土時，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文。
（3）細骨料。細骨料為粒徑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 試驗方法
2。1 影響混凝土力學和透水性能的因素
再生骨料透水性混凝土的配合比設(shè)計，應(yīng)遵循透水性混凝土的結(jié)構(gòu)模型。通過合理的配合比參數(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，盡可能使粗骨料問具有足夠的連通空隙。這可使混凝土既滿足一定的強度要求，又具有良好的透水性。通過對混凝土配比設(shè)計理論的分析，確定對透水混凝土力學性能和透水系數(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分別列出了試驗所用的各配合比混凝土的材料用量和理論計算空隙率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性能的測試，其抗折強度采用40 mm*40 mm*160 mm試件，抗壓強度采用100 mm×100 mm×100 mm 試件，用手持式平板振動器成型，成型1 d后拆模水中養(yǎng)護28 d再測強度。
（2）再生骨料透水混凝土透水系數(shù)的測試。由于國際上還沒有混凝土透水系數(shù)的標準測試儀器，本文在文的基礎(chǔ)上，制作了固定水頭和可變水頭相結(jié)合的透水試驗裝置。如圖1所示，試驗時從透水圓筒上部注水，水透過混凝土試件后進入水槽，最后從定位水桶的出水口排出，注水時多余的水從溢水口溢出。當注入的水量與從出水口及溢水口流出的水量取得平衡后，在啟動秒表計時的同時，量取時間t內(nèi)從出水口排出的水量Q。透水系數(shù)的計算公式為：
KT=（Q×D）／（A×h× t） （1）
在式（1）中，KT為水溫T時的透水系數(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）。由于水的動力粘滯系數(shù)直接影響著滲透系數(shù)的大小，溫度越高，動力粘滯系數(shù)越小，滲透系數(shù)越大，因此透水系數(shù)應(yīng)換算到標準溫度才具有可比性。日本混凝土工學協(xié)會把15℃定為標準溫度，把不同水溫下測定的透水系數(shù)換算成標準透水系數(shù)。計算公式為K15= µ×KT，µ為修正系數(shù)，查表可得。
2。2 透水路面磚的試驗研究
參照（JC／T 466—2000 7混凝土路面磚標準》，確定實驗室試制透水混凝土路面磚的尺寸為250 mm×250 mm×50 mm，每個配比混凝土成型5個路面磚試件?；炷敛捎脧娭剖綌嚢铏C拌和，手持式平板振動器振動成型，養(yǎng)護1 d后拆模，水中養(yǎng)護28 d后測試件的抗折強度。其計算公式為
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）。折斷的試件再測試件的抗壓強度，受壓面積為120 mm×60 mm。同時成型3個用于測試透水系數(shù)的混凝土試件。
3 試驗結(jié)果和分析
3。1 混凝土力學和透水性能結(jié)果和分析
再生骨料透水混凝土抗折強度、抗壓強度和透水系數(shù)的測定結(jié)果，如表5所示。表中，k為配合比控制系數(shù)，ff為抗折強度，fcu為立方體抗壓強度，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，混凝土的抗折強度和抗壓強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，水泥漿的強度降低，一般將導致混凝土強度降低。
但當水灰比過小時（如低至0.28），手持式振動器激振力不足，新拌混凝土流動性差，難以振動密實。用水量已經(jīng)很低，部分水還會被再生骨料吸收，導致水泥水化程度低，強度下降較大。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，骨灰比增大，水泥漿量則減少，填充骨料空隙的水泥漿就會減少，混凝土內(nèi)部的空隙率就會增加，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，提高砂率也會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，也要填充骨料間的空隙。因此，在骨灰比和砂率固定時，水灰比的提高，使得水泥漿的體積增大。雖然過量的水在水泥硬化過程中會形成孔隙，有利于提高混凝土透水性能，但會使水泥漿稠度降低，極易造成流漿。即在混凝土試件振動成型時，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。這會使混凝土的透水性能大幅降低，甚至沒有透水性，是制作透水混凝土時不應(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)法對抗折強度、抗壓強度和透水系數(shù)測試數(shù)據(jù)進行了綜合分析，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，都達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結(jié)果，路面磚試件成型時水灰比固定為0.40。路面磚試件配合比參數(shù)和性能測試結(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度、抗壓強度和透水系數(shù)隨骨灰比、砂率的變化趨勢與節(jié)3.1的試驗結(jié)果是相同的。在通常情況下，抗壓強度在20.0 MPa以上，就能滿足人行道的鋪設(shè)要求；抗壓強度在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度能夠滿足（（JC／T 466—2000混凝土路面磚標準》抗折強度在4.0 MPa以上的要求，抗壓強度達到30.0 MPa以上，可以使用于輕量車道的鋪設(shè)。
4 結(jié)束語
（1）理論和試驗結(jié)果表明，影響再生骨料透水混凝土力學性能和透水系數(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度和抗壓強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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