郭磊 陈平平 郭利霞

摘 要：作为新型建筑材料，再生透水混凝土在保证透水性的同时，必须保证其强度才能够满足应用要求。为探究不同减水剂对RPC性能的影響，设计10组水灰比，分别掺入巴斯夫、聚羧酸、萘系3种减水剂，通过试验来研究其抗压强度、劈拉强度、透水系数、孔隙率发展规律。结果表明：随着减水剂掺量的增加，劈拉强度、抗压强度呈先增大后减小趋势，孔隙率和透水系数呈先减小后增大的趋势;通过熵值法对透水混凝土性能进行评价，可知3种减水剂作用效果以萘系为最优，最佳掺量为0.75%。

关键词：减水剂;再生透水混凝土;抗压强度;劈拉强度;孔隙率

Abstract：As a new type of building material， recycled permeable concrete （RPC） must ensure its strength can meet the application requirements while ensuring its permeability. In order to explore the influence of different water-cement super-plasticizer to the RPC performance， 10 sets of experiments were designed and basf， polycarboxylic acid and naphthalene superplasticizer were added respectively to study their compressive strength， splitting tensile strength， permeability， porosity and other law of development. The results show that RPC splitting strength and compressive strength increase first and then decrease with the increase of water reducer content; the porosity and permeability coefficient decrease first and then increase with the increase of water reducer content; through the entropy method to evaluate the pervious concrete performance， the naphthalene series is the best effect of the three water reducing agent， the optimal dosage is 0.75%.

Key words： water reducing agent; recycled permeable concrete; compressive strength; splitting tensile strength; porosity

再生透水混凝土（Recycled Permeable Concrete，RPC）是由再生骨料、水、水泥等材料经特殊工艺制成的具有连续孔隙的混凝土。与天然骨料相比，再生骨料（Recycled Aggregate，RA）棱角多，表面粗糙，含有砂浆，吸水量更大，其与水泥浆体之间的黏结性能差等，这使得再生骨料混凝土的和易性和强度降低[1-4]。如果在混凝土混合料中加入更多的水，其和易性可以得到补偿，但水灰比升高，抗压强度降低。为了增强再生骨料混凝土的和易性，可在拌和料中掺入一定量的减水剂，使水泥颗粒更易分散[5]。Chindaprasirt等[6]通过改变透水混凝土的拌制条件进行试验，结果表明，1%高效减水剂可以降低水灰比，从而提高透水混凝土的抗压强度和透水系数。Gneyisi等[7]研究不同取代率再生粗骨料对透水混凝土性能的影响，采用GLM-ANOVA进行分析，认为再生骨料取代率和水灰比是影响透水混凝土性能的两个主要因素。由于再生骨料表面含有砂浆，其表面粉料无法准确衡量，现有减水剂用量计算方法并不能适用，因此应采用性能评价的方法，确定最优减水剂种类及其最优使用量范围。笔者以废旧路面混凝土为再生骨料来源，选用巴斯夫、聚羧酸和萘系减水剂，研究其掺量对RPC抗压强度、劈拉强度、透水系数、孔隙率等的影响。

1 试验设计

1.1 原材料

水泥为天瑞集团水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥（P.O 42.5），试验用水采用郑州市自来水。再生粗骨料（Recycled Coarse Aggregate，RCA）：废旧路面混凝土经人工锤石及Y123S-4型鄂式破碎机（上海德中电机有限公司生产）破碎，经XSZ-73型单双层两用振筛机筛分后获得，骨料粒径为10～20 mm。依据《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）对再生骨料的物理性能进行分析，结果显示，其吸水率高于天然粗骨料（Natural Coarse Aggregate，NCA），表观密度与堆积密度均较低，与李佳彬等[8]的研究结论一致，其材料性能符合规范要求[9]，其主要物理性能见表1。

1.2 试验配比

为研究不同减水剂对RPC性能的影响，本试验根据控制水胶比为0.3、再生骨料用量为1 916.8 kg/m3，采用巴斯夫F10、HPWR型聚羧酸和萘系3种减水剂，每种减水剂设计3种掺量，共设计10组配合比方案，以KB组（不掺减水剂）为对照。试验方案见表2。

1.3 试验方法

本试验试件选用100 mm（直径）×200 mm（高）圆柱体和150 mm×150 mm×150 mm立方体，圆柱体试件用于测试强度，立方体试件用于测试孔隙率及透水性能。孔隙率及透水系数测试方法分别参考CJJ/T253—2016、CJJ/T135—2009。试件成型采用机械拌制，经两次振捣成型，1 d后脱模并放入标准养护室养护，28 d后进行性能测试。

2 试验结果与分析

2.1 不同减水剂掺量对RPC强度性能的影响

由图1与图2可以看出，不掺减水剂制成RPC的抗压强度（9.06 MPa）与劈拉强度（1.75 MPa）均高于掺入3种减水剂试件的。掺入减水剂后，RPC抗压强度随减水剂掺量的增加先增大后减小。其中，萘系减水剂对RPC抗压强度的作用效果优于聚羧酸与巴斯夫两种减水剂，其掺量为0.75%时的抗压强度（5.90 MPa）优于掺量为0.50%（5.05 MPa）、1.00%（4.91 MPa）时的。聚羧酸与巴斯夫两种减水剂在掺量为0.50%时的抗压强度低于掺量为0.75%时的。当掺量提高为1.00%时，抗压强度均减小，其中聚羧酸试件强度降低74%，巴斯夫试件强度降低56%。原因是减水剂中的有机分子会在特定的地方发生反应[10]，水化反应开始后，糖分与甲酸氢离子等通过形成复合物进入水泥浆体，可以加快分解，提高反应速度，同时水泥浆中的离子浓度越高，不可溶水化硅酸钙（C-S-H）析出越慢。减水剂消耗完以后，复合物的反应停止，因此在增加减水剂时，抗压强度增大，但减水剂掺量增加到一定程度后，因水泥量不足，故水化反应的水泥不足，从而导致强度降低。

图2表明不同的减水剂对RPC劈拉强度的影响与抗压强度类似，随着减水剂掺量的增加先增大后减小。对于掺入巴斯夫减水剂的RPC，在掺量为0.75%时劈拉强度（1.02 MPa）相较于掺量为0.50%（0.77 MPa）的提高33%;在RPC中掺入聚羧酸减水剂后，在掺量为1.00%时劈拉强度（0.91 MPa）略低于0.75%掺量时的劈拉强度（1.20 MPa），以掺量为0.50%时的劈拉强度（1.12 MPa）为最优;萘系减水剂在3种减水剂中对RPC劈拉强度作用效果最优，在0.50%、0.75%、1.00%的掺量下，RPC劈拉强度分别为1.22、1.27、1.05 MPa，强度值较为均衡。因此，萘系减水剂对RPC的强度性能作用效果优于聚羧酸减水剂与巴斯夫减水剂。

拉压比为劈拉强度与抗压强度之比，是衡量混凝土脆性的重要参考指标。混凝土拉压比越小，其脆性越大、韧性越小，因此提高RPC的拉压比是其推广应用的关键。由于再生透水混凝土材料多用于人行道、步行街、非机动车道、广场等的铺设，因此对其力学性能的要求是其抗压强度要優于其抗拉强度。由图3可知，3种减水剂中相较于不掺减水剂的RPC拉压比（0.193），掺量为0.75%的聚羧酸RPC拉压比（0.243）提高了26%，掺量为0.75%的巴斯夫RPC拉压比（0.197）提高了2%，掺量为0.75%的萘系RPC拉压比（0.241）提高了11%。巴斯夫减水剂与聚羧酸减水剂不同掺量下RPC强度较低，因此萘系对RPC拉压比性能提升效果最优。

2.2 不同减水剂掺量对RPC孔隙率、透水系数的影响

由图4可知，随着减水剂掺量的增加，孔隙率呈先减小后增大的趋势。其中，掺入萘系的RPC孔隙率提高37%～47%，掺入聚羧酸的RPC孔隙率提高71%～91%，掺入巴斯夫的RPC孔隙率提高73%～82%。有效孔隙率是决定RPC透水性能的主要因素，有效孔隙指在RPC内部贯穿且连续的孔隙，保持水灰比不变的条件下，减水剂的加入减少了水泥量，包裹骨料的水泥浆体减少，使得孔隙率增大。

与孔隙率变化相同，透水系数随减水剂掺量的增大呈先减小后增大的趋势（见图5）。相较于基准的RPC，掺入减水剂后RPC透水系数提高17%～49%。其中：掺入0.50%、0.75%、1.00%的巴斯夫减水剂后RPC透水系数分别提高38%、33%、38%;掺入0.50%、0.75%、1.00%的聚羧酸减水剂后RPC透水系数分别提高49%、33%、42%;掺入萘系减水剂后RPC透水系数分别提高34%、17%、41%。这与孔隙率随减水剂掺量变化趋势相符合，随着孔隙率的增大，透水系数相应增大。掺入聚羧酸减水剂对RPC透水性的提高程度优于巴斯夫与萘系减水剂。

透水系数与孔隙率的关系见图6，拟合线性方程为y=（0.08±0.01）x+（2.21±0.45）（y为透水系数，x为孔隙率），确定系数R2=0.73。

2.3 掺减水剂RPC综合评价分析

灰色关联分析（Grey Relational Analysis，简称GRA）为一种多因素统计分析方法，其目的是判断参考序列与比较序列几何图形的接近程度，按照接近程度得到结论[12]。本文采用熵值法，计算步骤如下。

有关研究表明，抗压强度、劈拉强度、透水系数、拉压比是表征不同掺量、不同减水剂对RPC作用效果的主要关联因素，故选定此4项作为综合评价指标;同时，由图6可知，透水系数与孔隙率相关性较高，故以两者之间的比值（渗孔比）作为表征不同减水剂对RPC作用效果的指标更加客观。综合评价结果见表3。

利用熵值法确定的权重分别为：抗压强度22.93%，劈拉强度12.95%，透水系数13.92%，拉压比8.65%，渗孔比41.55%。基于熵值法的GRA进行最优减水剂掺量综合评价分析，综合性能最佳的配合比编号为N1，即减水剂掺量为0.75%、减水率20%的萘系减水剂。3种减水剂作用效果以萘系减水剂为最优，其中萘系减水剂掺量为0.75%时效果最佳。

3 结 语

（1）设计巴斯夫、聚羧酸、萘系3种减水剂，根据定水灰比的原则分别以0.50%、0.75%、1.00%的掺量加入RPC，进行强度和渗透性试验，结果表明，定水灰比条件下，掺入减水剂导致RPC抗压强度、劈拉强度降低。一方面，保持水灰比不变，水泥量减少，对骨料的包裹程度不足;另一方面，掺入减水剂后增强了水泥的流动性，在制备过程中采用振捣的方式使水泥浆沉积于试件底部形成淤积，在试件内无法均匀分布。

（2）在掺入减水剂保持水灰比不变的条件下，RPC透水系数增大，孔隙率增大，且透水系数与孔隙率为线性正相关关系，拟合公式为y=（0.08±0.01）x+（2.21±0.45），其中掺入聚羧酸减水剂对RPC透水性的提高程度优于巴斯夫与萘系减水剂。

（3）在掺入减水剂保持水灰比不变的条件下，萘系减水剂对RPC的力学性能提高能力优于巴斯夫与聚羧酸减水剂，且萘系减水剂掺量为0.75%对RPC抗压、劈拉强度提高最佳且经济。

参考文献：

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【责任编辑 张华岩】