再生骨料透水性混凝土的特性及应用

时间：2023-05-01 02:17:07 论文范文我要投稿

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再生骨料透水性混凝土的特性及应用

【摘要】建筑垃圾中同时存在大量可再生利用的组分，如：废钢材、废木材、废玻璃等。因此，如何资源化利用建筑垃圾已经成为建筑行业和环境保护部门所面临的一个重要课题。将废弃混凝土用来再生循环生产混凝土对节省能源和资源，保护生态环境具有重要意义。本文主要讨论了再生骨料透水性混凝土相关问题，对于提高我国绿色建筑水平具有一定帮助。

再生骨料透水性混凝土的特性及应用

【关键词】建筑垃圾；再生骨料；再生混凝土

1. 前言

（1）随着建筑垃圾带来的环境污染问题和资源利用问题越来越严重，政府和国人环保意识的不断增强，这些问题也引起了我国的高度重视[1]，先后颁布了《固体废料污染环境防治法》、《城市固体垃圾处理法》等相关法律，对限制垃圾废料的大量产生，推动垃圾废料回收利用技术的开发研究起到了积极作用[2]。上海已经成立了绿色建材展示中心；同济大学材料科学与工程学院已经将绿色建材列入重点建设发展的学科领域之一。不过对建筑垃圾进行开发和综合利用需要政府部门、环保部门、建筑建材行业等全社会的共同努力和大力支持。

（2）再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete ， RAC）是将废弃混凝土块经过破碎、清洗与分级后，按一定的比例与级配混合形成再生混凝土骨料（Recycled Concrete Aggregate ， RCA），部分或全部代替砂石等天然骨料（主要是粗骨料）配置而成的混凝土。

2. 原材料的品种与选择

2.1 众所周知，普通混凝土为了进一步提高它的密实性、抗渗性和强度等工程适用性，常常通过改善混凝土的粒度级配、加强施工过程中的振捣等措施。而透水混凝土为了实现透水的目的，在力学强度满足工程需要的同时，还要求含有符合一定要求空隙特征和孔隙率。因此在原材料、配合比与性能等方面再生混凝土与普通混凝土相比具有以下特点。

（1）在透水混凝土中，水泥石与骨料界面的粘结强度是混凝土中的薄弱环节，是决定混凝土强度的关键因素，因此水泥的活性、品种数量的选择尤为重要。透水混凝土要采用强度较高、混合材料掺量较少的水泥或普通硅酸盐水泥。水泥浆的合适用量以刚能完全包裹骨料的表面为最佳，形成一种均匀的水泥浆膜层，并采用最小水泥用量为原则。过大的水泥用量不仅会造成透水性的减弱、增加成本，还会造成水泥石收缩量增大，更容易产生温度裂缝，使混凝土的强度反而降低。

（2）骨料是透水混凝土的结构骨架，骨料粒径的大小视透水混凝土结构的厚度、强度、透水性而定。骨料可以采用普通砂、碎石，也可以采用浮石、陶粒等轻骨料，甚至可以采用废弃建筑物的碎砖、废弃混凝土等。试验资料表明，透水混凝土的颗粒级配是决定其强度和透水的主要因素之一，为保证透水性混凝土强度及其透水功能，粗骨料常用颗粒较小的单粒径。

透水性混凝土除了采用砂、石、水泥和水这四种基本材料外，工程使用时还经常掺用一定量的外加剂。如掺入适量的增强剂，有助于提高水泥浆与骨料的界面强度；掺加适量的减水剂，有助于改善混凝土的和易性，进一步提高混凝土的强度；增加适当的着色剂能提高建筑物的美观效果；消石灰可增加水泥浆的粘聚性，提高工程表面的平整度，另外其碱性对酸雨有一定的中和作用，对提高混凝土的耐久性有积极作用；冬季施工时可掺加一定量的硫酸钠、氯化钙、木质素磺酸钙等早强剂，进一步提高混凝土的早期强度[3]。

2.2 不同成分骨料对混凝土性能的影响。

2.2.1 砖瓦。

破碎后用作混凝土骨料的砖瓦碎块骨料，孔隙较多，密度较小，压碎指标高，具有较高的吸水率，因此制成的混凝土虽然密度也较小，但基本可以达到一定的抗拉、抗压强度，而混凝土的收缩、徐变、弹性模量和抗渗性变差。再生碎砖混凝土的断裂破坏通常是集中通过集料，而普通混凝土是绕过集料。研究表明，这种骨料的替代率在25%～50%为宜，而且鉴于由砖瓦碎块制成的混凝土性能不高，所以在建筑结构中应用受到限制，而在铺路砖和人造基础中的应用得到推广[4]。破碎后的砖瓦在磨细后还可以作为火山灰材料用于混凝土生产中代替部分水泥，用此磨细的废砖瓦生产出来的混凝土，轻度和普通混凝土相差不大，但却能减小碱——硅反应，降低由此引发的混凝土膨胀，同时还能增强抗化学腐蚀性。

2.2.2 混凝土碎块。

（1）总结已有的再生混凝土骨料和再生骨料混凝土的性能发现：再生骨料混凝土的抗压强度、抗拉强度受替代影响较小，随水灰比增大而降低。随着再生骨料替代率的增大，再生骨料混凝土的坍落度急剧下降、弹性模量降低、收缩值显著增大、抗冻性基本不变、渗透性增大、碳化速度略有增加、抗硫酸盐侵蚀性略有降低[3]。

（2）有关研究还表明，不同龄期再生混凝土骨料对混凝土性能也有一定影响，一天龄期再生骨料中含有大量未水化的水泥，可以继续水化，从而显著提高再生混凝土的强度，且对于掺粉煤灰的再生混凝土而言，其生成的Ca（OH）2有助于激发粉煤灰的早期活性；而28天与111天龄期再生骨料中所含水泥的水化已基本完成，因此其对再生混凝土强度的提高以及对粉煤灰的激发作用贡献甚微[4]。

2.2.3 玻璃。

将废玻璃用于混凝土中，有两种方法[5]：第一，将废玻璃用于混凝土骨料。随着废玻璃骨料含量的增加，混凝土的坍落度、含气量、密度以及抗拉强度都有不同程度的降低。第二，将废玻璃磨碎用作矿物掺合料。（1）将废玻璃磨得很细的时候（　　2.2.4 木纤维。

（1）在水泥和木集料之间存在着化学性质上的不相容性。木集料中的单糖对水泥浆有缓凝作用；半纤维素在水泥浆中会降低强度和水泥的水化率。此外，还有萜烃和树脂会在木集料表面形成干燥层而妨碍与水泥的粘结，但木灰可以用于强度要求不高的混凝土中。

（2）目前国外还在研究用回收的木料和石灰粉混合制砖。这种砖有一定延性，即使超过最大荷载也不会发生脆性破坏，而且重量一般只有普通混凝土砖的65%左右，用30%木料取代率制成的混凝土砖的试验抗压强度能达到7.2MPa，抗弯强度能达到3.08 MPa，比普通混凝土砖低，但基本能满足建筑材料的使用标准。

2.2.5 旧塑料。

（1）旧塑料可以用作混凝土的粗骨料，用此制成的混凝土，抗压强度比普通混凝土低，但表现出更好的延展性，能减少混凝土裂缝的形成和开展。同时旧塑料混凝土的抗渗性比普通混凝土高。

（2）经过破碎后的回收旧塑料还可作为细骨料代替混凝土中的砂子[6]。用旧塑料制成的混凝土的抗压强度随塑料替代率的增加而降低。这可能是由于塑料表面和水泥浆的粘结能力不强引起，而且塑料的憎水性也会影响水泥的水化反应。同时旧塑料制成的混凝土抗弯强度和干密度也较低。此外，研究表明旧塑料混凝土的收缩值在一定程度上减小[6]。

2.2.6 沥青。

沥青与水泥胶结料的粘结性较好，用沥青废料作骨料或胶结料都可以用于混凝土中[7]。制成的混凝土，抗拉和抗压强度都有所降低，通常来说沥青废料作为骨料在混凝土中的替代率越高，强度越低，但韧性越好。研究同时表明，如果沥青废料只作为混凝土中的粗骨料，则强度下降较少而韧性明显提高。总之，沥青废料作为骨料的混凝土，其韧性好于普通混凝土，这点将可在土木工程中获得较广泛的应用。

3. 生态混凝土的特点

开展生态混凝土的研究符合和持续发展的要求，符合和谐社会发展的需要，更是顺应了自然界万物皆有因、万物皆应顺应自然的法则，因此生态混凝土的应用前景广阔，具有如下特点：

3.1 透水性或排水性。

透水混凝土是由水、水泥、粗骨料组成的，采用单粒级骨料作为骨架，水泥净浆或加入少量细骨料的砂浆薄层包裹在粗骨料颗粒的表面，作为骨料颗粒之间的胶结层，骨料颗粒通过硬化的水泥浆薄层胶结而形成多孔的堆积结构，因此混凝土内部存在着15%～30%的连通孔隙，且多为直径超过1mm的大孔。在雨天或面积水时，水能沿这些贯通的孔隙顺利渗入地下，因此具有较好的透水性和透气性。如将此种混凝土用于铺筑道路、城市广场、人行通道等地方，就能够在一定程度上扩大城市的透水、透气面积，进一步增加行人、行车的舒适感和安全性，还在一定程度上减少城市噪音，并对调节城市环境的温度和空气湿度、维持地下土壤的水位和保持生态平衡有积极作用。

3.2 吸音性。

（1）透水性混凝土除本身固有的防水溅和透水性能之外，还具有降低噪声的作用。任何筑路材料都或多或少地具有吸音功能，即通过导热、气流及机械振动等能量转换方式，使声音降低或消失。其吸音机制有多孔吸管、振动吸音和共鸣吸音等三种。透水性混凝土具有多孔吸音和共鸣吸音的功能。就吸音而言，透水性路面的孔隙形式，可以分为有效孔隙、半有效孔隙和无效孔隙。有效孔隙能够起多孔吸音作用，共鸣吸音为噪声共鸣所致。但是，如果透水性路面凹凸不平，便不能很好地共鸣，就会降低吸音效果。

（2）关于透水性路面，在上述三种类型的吸音机制中，多孔型吸音占主要地位。多孔型吸音的吸音量的大小取决于孔隙对于气流的摩阻性、孔隙率、孔隙形状等。因此，要使路面具有比较好的吸音效果，必须从材料、配合比和施工方法等方面进行考虑和系统研究。

（3）关于材料厚度对于吸音性能的影响，一股情况下，路面厚度加大，吸音效果就好，反之则相反。多孔型吸音的主要原理是孔隙对于气流的摩阻，声音的消失量与空气的流动速度成正比。因此，如果音波从空气流动速度快的位置入射，吸音效果就好，应该指出，必须始终保持路面材料具有某种程度的通气性，“厚度”理论才能成立。当然，如果材料孔隙对于气流的摩阻力、孔隙率和孔隙形状达不到要求，即使增加路面厚度，也不会收到良好的吸音效果。

（4）综上所述，透水性路面的吸音效果受路面存在的孔隙条件和路面的厚度影响较大。厚度越大，吸音效果越好。当然，降低透水性路面的噪音，取决于多种因素，因为交通噪音除车辆发动机的声音和行车的声音之外，还有轮胎和路面接触发出的声音。但是，从筑路方面采取措施，使路面具有吸音、降噪效果，则具有划时代的意义。

3.3 吸收有害气体。

相同尺寸条件下，多孔混凝土的内外表面积大约是普通混凝土的500倍。将有害气体吸收材料注入多孔混凝土中，能够有效吸收空气中包括CO2、SOx及NOx等特殊有害气体。这种吸收材料主要由无机物组成，有着强大的离子交换能力。

3.4 热储性。

热储混凝土是针对再生混凝土孔隙率高的特点所制作的多孔混凝土，适用于各种建（构）筑物的非承重结构。

3.5 净化水质。

大孔混凝土的孔隙率为5%～35%，并且其联通孔占15%～30%，如使用粒径为5～13mm的碎石为骨料，且平均孔隙直径为1.82mm，如空隙弯曲较好，就成为很好的过滤材料。因此，可以通过设计和调节混凝土的孔隙率和平均孔隙直径来达到净化水质的目的。

3.6 自适应植被混凝土或绿化混凝土。

清华大学材料系提出了自适应植被混凝土，即智能化混凝土和植被混凝土双重特性的新型生态混凝土。该混凝土结构本身具备自适应性、自供给特性，能适应植物生长的植被混凝土，属于生态混凝土的一种。自适应植被混凝土是具有自适应（自动适合植物生长的酸碱度和湿度）和自供给（结构内部提供植物生长所需的营养元素）特征，并具有工程所需强度的多孔混凝土[8]。绿化混凝土是指能够适应绿色植物生长、进行绿色植被的混凝土及其制品。绿化混凝土用于城市道路两侧及中央隔离带、水域护坡、楼顶、停车场等部位。一方面可以增加城市的绿化空间，调节人们的生活情绪，同时能够吸收一定量的噪音和粉尘，对调节城市气候的生态平衡也起到积极作用。

3.7 海洋生物、淡水生物相容型混凝土。

海洋生物、淡水生物相容型混凝土是将多孔混凝土设置在河流、湖泊和海滨等水域，让陆生和水生小动物附着栖息在凹凸不平的表面或连通空隙内，通过相互作用或共生作用，形成食物链，为海洋生物和淡水生物生长提供良好条件，为保护生态环境创造条件[9]。

参考文献

[1] 赵俊等，建筑垃圾的减量化与资源化[J]，粉煤灰，2001，2：3～6.

[2] 吴贤国，郭劲松等，建筑废料的再生利用研究，建筑技术与应用，2004（1）：21～23.

[3] 杨静，蒋国梁。透水混凝土路面材料强度的研究[J]，混凝土，2000（10）：27～30.

[4] 王武祥，透水性混凝土强度的研究，中国建材科技，1999（6）：25～28.

[5] Jin Weihua ， Meyer Christian ， Baxer Stephen . "Glasscrete"-Concrete with Glass Aggregate . ACI Materials Journal ， 2000，97（2）：208～213.

[6] Zainab Z . Ismail ， Enas A . AL-Hashmi . Use of waste Plastic in concrete mixture as aggregate replacement . Waste Management . Accepted 2007.08.

[7] 唐晓翠，利用再生骨料生产混凝土空心节能砌块试验研究，新型建筑材料，2006.8，15～18.

[8] 杨静.建筑材料与人居环境.[M].北京：清华大学出版社，施普林格出版社，2001.

[9] 李化建，孙恒虎，肖雪军.生态混凝土研究进展[J]，材料导报，2005，19（3）：17～24.