储水型生态混凝土的制备及性能研究

试验以5～10mm或10～15mm石灰岩碎石和废弃红砖为骨料，制备出一种储水型生态混凝土。然后试验研究了废弃红砖用量对混凝土透水性能、保水性能和力学性能的影响。

胶结材料；骨料；红砖；透水性；保水性；强度；热岛效应

随着我国城镇化建设的迅速发展，城市规模急剧膨胀，城市绿化面积越来越少，取而代之的是大量的混凝土道路和地坪，这些材料吸热能力强，阻隔了土壤与地表的热量交换和湿度调节，导致了城市因热岛效应而频发高温气候。而另一方面，由于普通混凝土不具有透水性和储水性，雨季路面就会有很多积水影响车辆行驶安全。高温、内涝表明城市生态脆弱已经到了不可忽视的程度，而储水混凝土由于具有良好的储水和透水透气性，能很好解决上述问题。因此，其研究将会日益受到人们的关注，应用前景非常广阔。

1 储水型生态混凝土的制备

1.1 原材料

储水型生态混凝土呈多孔结构，其主要组成材料为胶结材料和骨料。

⑴胶结材料：采用强度富裕系数高的拉法基P.O.42.5R硅酸盐水泥。

⑵骨料：为了保证储水型生态混凝土具有连同大量孔隙而实现透水、保水性能，其骨料应适用颗粒大小相近的单粒级骨料。于是，根据原料的来源情况，试验选择了两种粒级的石灰岩碎石骨料，粒径范围分别为5～10mm和10～15mm。此外，为了提高储水型生态混凝土的保水性能和增加建筑废弃物的利用途径，试验还选用具有一定强度且吸水率大的废弃红砖骨料来增加混凝土的储水能力，其粒径范围为5～10mm和10～15mm。骨料的性能指标见表1。

1.2 配和比

储水混凝土具有强度低、孔隙率高、连通孔隙多等特点，其配合比可按无砂大孔混凝土的配合比设计方法进行设计，主要设计参数为水灰比、用水量和集灰比。经配比设计，本试验制备强度为10MPa的储水型生态混凝土，详细配合比见表

2。

表1 骨料的性能

表2 储水型生态混凝土的配合比

1.3 制备工艺

1.3.1 搅拌方法

采用水泥裹石法，先将石灰岩碎石和废弃红砖按比例混合，用水浸湿表面2h后，放入搅拌机搅拌2min，然后加入水泥搅拌1～2min，最后加水搅拌2min至均匀。

1.3.2 成型工艺

为了成型后有大量有效孔隙并保证胶凝材料对骨料均有包裹、粘结作用，储水型生态混凝土只能采用压制成型方式，即：将搅拌好的混凝土分层倒入成型模具内，每层厚度100mm，然后采用压强为0.2～0.5MPa的重物进行碾压3次。

1.3.3 养护方式

因为储水混凝土存在大量空隙，失水较快，所以养护相对非常重要。特别是在早期，要注意防止混凝土中水分的蒸发。成型后应立即进行保湿养护，如采用塑料薄膜覆盖并定时浇水。

2 储水型生态混凝土的性能

2.1 储水型生态混凝土的透水性能

储水型生态混凝土的透水系数采用自制的渗透仪进行测试（见图1），试验结果(见图2)。

图1 透水仪装置

图2 储水混凝土透水率

由实验数据可以看出，随着红砖取代碎石骨料百分比的增加，储水混凝土透水率并没有表现出明显的增加或者减少的趋势。当取代率小于50%时，10～15mm级配储水混凝土的透水系数比5～10mm级配储水混凝土的透水系数略高，取代百分比率大于50%以后透水系数没有规律，但10～15mm实验组中100%红砖比0%的红砖做粗集料时透水系数要高77%。5～10mm粒径储水混凝土透水率由最高60%取代率的2.97cm/s降低到最低80%取代率的2.17cm/s；10～15mm粒径储水混凝土透水率由100%红砖骨料3.93cm/s的最大值降低到80%红砖骨料的2.04cm/s的最小值。

储水型生态混凝土的透水性主要由内部的连通与半连通孔隙（即有效孔隙）决定。随着红砖取代百分比的增加，透水性下降的原因是因为红砖破碎后的集料易裂，片层易剥离，在搅拌中会发生部分崩离分裂，产生的裂片与剩下的碎石骨料以及完整的砖块骨料混合，带来局部的连续多重级配效果，增加了混凝土的致密性，继而减少了混凝土内部的连通与半连通孔隙，降低了红砖-碎石混合骨料储水型生态混凝土的透水性。

此外，10～15mm粒径储水型生态混凝土透水性在各个红砖百分比取代点上基本都高于5～10mm粒径透水混凝土。这是由于骨料粒径的增加使得混凝土内部孔隙增大，微观结构从密实变为相对疏松，孔隙率增大，而孔隙率是决定储水生态混凝土透水性的重要因素，所以透水性大于小级配骨料透水混凝土。

2.2 储水型生态混凝土的保水性能

如图3所示，随着红砖取代百分比的增加，储水混凝土的保水性有着明显增长，100%红砖骨料的储水混凝土保水性达到100%碎石骨料储水混凝土的280%多，达到了接近0.2g/cm3，即1体积的100%红砖骨料储水混凝土能保存0.2体积的水分。由于红砖本身具有12%～14%的饱和吸水能力，而碎石集料饱和状态下的水分含量仅为2%左右。以上说明红砖作为骨料时可以利用自身的吸水能力锁住水分，在集中降雨的时候，加快积水的排放，减小暴雨时排水道的压力；而在炎热时储存的水分蒸发，又能降低道路表面的温度，在一定程度上恢复了天然植被的功效，起到良好的环境保护效果。

图3 储水混凝土保水性的研究

图4 储水混凝土抗压强度的研究

2.3 储水型生态混凝土的力学性能咬合摩擦力以及骨料与水泥浆体之间的粘结强度，这与文献报道的透水混凝土研究结果一致。实验中均使用相同标号的水泥，并使用相同的成型方式，所以我们认为强度减少的主要原因是当废旧砖块做骨料时无法像碎石一样在骨料互相摩擦的时候承担那么大的摩擦力，从而发生断裂和崩裂，继而引起宏观上储水混凝土抗压强度的降低。

3 结论

从图4中可以看出，5～10mm骨料粒径的储水混凝土，当骨料全部为碎石时抗压强度为9.05MPa，当全部换成废旧砖块时抗压强度为5.77MPa，强度减少了36%。10～15mm粒径的储水混凝土，当骨料全部为碎石时抗压强度为9.10MPa，当全部换成废旧砖块时抗压强度为6.29MPa，强度减少了22%。随着红砖取代石子百分比的增加，储水混凝土28d强度呈现逐渐降低的趋势，但减少是非线性关系。在破碎砖块到合适含量时，我们已经发现5～10mm与10～15mm的废旧砖块储水混凝土强度远远小于骨料全部为碎石时的抗压强度，储水混凝土是干硬性较大的混凝土，其强度来源主要决定于骨料之间的

⑴储水混凝土强度随着废旧红砖取代碎石增加而降低，降低速度在红砖含量40%左右开始减慢。5～10mm粒径的红砖骨料储水混凝土一般高于10～15mm红砖骨料储水混凝土（同等取代比例）。

⑵决定储水混凝土的保水性能的关键因素是废旧红砖，随着红砖比例的增大能达到极大的增长，最高增幅280%。同时随着红砖含量的增加，储水混凝土的孔隙率也大幅度增加，最高增幅可达220%。并且10～15mm粒径的红砖骨料储水混凝土孔隙率高于5～10mm的红砖骨料储水混凝土（同等取代比例）。

⑶储水混凝土的透水率与废旧红砖含量没有线性规律。10～15mm粒径的红砖骨料储水混凝土透水率高于5～10mm的红砖骨料储水混凝土（同等取代比例），并且10～15mm粒径的红砖骨料在100%取代时透水率达到了最高。

责任编辑：孙苏，李红

建筑节能

生物混凝土环保又节能

一种适宜于在潮湿气候环境中使用，并具有环保、节能功效的新型生物混凝土，最近由西班牙加泰罗尼亚理工大学的科学家研发成功。

这种新型混凝土使用了两种以水泥为原料的材料：一种是通用硅酸盐水泥，其pH值(溶液酸碱度的衡量标准，当pH＜7时呈酸性，pH＞7时呈碱性，pH＝7时溶液为中性)约为8；另一种是磷酸镁水泥，它无须进行任何处理以降低其pH值，因为这种材料具有弱酸性，能快速干燥，不会对环境构成任何危害。除了pH值，科学家还对这种生物混凝土的其他属性，如多孔性和表面粗糙度等进行了调整。

新型生物混凝土具有多层结构：第一层是防水层，能够防止雨水渗入，避免对建筑结构造成破坏；第二层是生物层，能够收集雨水以供植物生长，例如它可以为微型藻类、菌类、地衣和苔藓等提供天然生物屏障；第三层是覆盖层，能够让雨水通过这一层渗入生物层，并可防止水分流失。

与传统混凝土相比，这种新产品的最大优势是：既能吸收二氧化碳，改善城市环境空气质量；又可美化墙体，改变城市色彩单一的外观面貌；还能提升建筑物的保温性，降低能源消耗。

该发明已申请专利。科学家的下一步目标是加速植物在这种混凝土中的生长速度，将其生长周期缩短至一年内，以便使建筑物的外墙能够随着不同季节的更替，呈现出不同色彩的外观面貌。

(来源：《新民晚报》，作者：王瑞良，请作者速与本刊联系支付稿费)

Study on Preparation and Performance of Ecological Concrete with Water Storage Capacity

江志萍1，唐世亮2
(1重庆汉泰置业有限公司，重庆400011；2重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015)

With crushed limestone of 5-10mm or 10-15mm and abandoned red brick as the aggregate,a type of ecological concrete with water storage capacity is prepared.The impacts of the amount of red brick on the water permeability,water retention capacity and mechanical performance of the concrete are studied.

binder;aggregate;red brick;permeability;water retention capacity;strength;heat island effect

tu5

A

1671-9107（2013）06-0046-03

2013-05-13

江志萍（1975-），女，重庆人，本科，工程师，从事建筑工程项目管理。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.06.046