姚明来 陈 洲 刘秦南 王 莘 饶碧玉

(云南农业大学 建筑工程学院， 昆明 650201)

再生骨料无砂透水混凝土抗冻性能试验研究

姚明来 陈 洲 刘秦南 王 莘 饶碧玉

(云南农业大学 建筑工程学院， 昆明 650201)

本试验对再生骨料无砂透水混凝土的抗冻性能和透水性能进行了研究．试验结果表明：经25次快速冻融循环后，随着孔隙率和水灰比的增大，再生骨料无砂透水混凝土的抗压强度损失率、透水系数也随着增大，质量损失率在水灰比为0.35孔隙率为20%时最大．当水灰比为0.35，孔隙率为15%时，再生骨料无砂透水混凝土的综合性能最好，抗压强度为25 MPa，透水系数为4.38 mm·s-1，冻融质量损失率为1.08%，抗压强度损失率为5.93%，符合再生骨料透水混凝土抗冻性要求．

再生骨料； 无砂透水混凝土； 抗冻性能； 透水性能

随着我国城市化进程的加快和自然灾害的影响，产生了大量的建筑垃圾．近几年我国每年建筑垃圾的排放总量约为35.5亿吨，约为城市垃圾总量的40%，但是只有不到5%的垃圾资源化率．目前透水混凝土在景观园林、停车场等道路上已经得到了一定的应用．将再生骨料无砂透水混凝土应用于人行道、景观园林道路可以减少环境污染、资源浪费、城市内涝，调节城市环境[1-2]．王武祥研究得出粒径为16～32 mm、8～16 mm、4～8 mm的再生骨料，含有约30%、40%、60%的水泥砂浆成分[3]．钱志民得出再生骨料具有孔隙率高、密度小、吸水性大、强度较低等特点的结论[4]．Kou Cong Shi，I.BTopcu等得出:当再生骨料的用量增加时，再生混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗压弹性模量、抗拉弹性模量均降低，全部替代为再生骨料的混凝土比全为天然骨料的混凝土抗压强度低8.9%，抗拉强度低6.9%[5-6]．Senng Park Bum研究显示当再生骨料的取代率为50%，目标孔隙率为25%时，透水混凝土的抗压强度值最高[7]．长沙理工大学的周勇研究表明：当粗骨料粒径增大时，透水混凝土的强度下降，其值大于26 MPa、抗折强度大于3 MPa、孔隙率为18.98%[8]．再生骨料无砂透水混凝土不仅强度和透水仅需要满足规定要求，同时也需要满足抗冻性要求．本试验分析了孔隙率为15%、20%、25%、30%，水灰比为0.3、0.35、0.4、0.45的配合比对再生骨料无砂透水混凝土的抗冻性能的影响．得出随着孔隙率和水灰比增大再生骨料无砂透水混凝土的抗冻性能降低，但其质量损失率不大于5%，抗压强度损失率不高于20%，符合透水混凝土抗冻性能指标．

1 试验原材料

1.1 水泥

红狮牌42.5级普通硅酸盐水泥，性能指标见表1．

表1 水泥性能

1.2 水

拌合用水为普通自来水．

1.3 粉煤灰

云南省绿威牌粉煤灰，F类，GB/T1596-2005．

1.4 减水剂

云南省昆明市生产的百强牌高效减水剂．

1.5 粗骨料

再生骨料来至昆明市龙头街城中村改造的废弃混凝土块，在实验室采用PE-150×250小型颚式破碎机将混凝土块进行破碎．筛分得到4.75～9.5 mm、9.5～16.5 mm、16.5～19.5 mm、19.5～26.5 mm 4种粒径的再生粗骨料．骨料性能见表2．

表2 再生粗骨料性能指标

2 配合比设计

透水混凝土配合比设计与普通混凝土不同，水泥浆过多会堵塞粗骨料间的空隙，使试件的透水性能大大降低，过少会影响骨料之间的粘结，影响试件强度．目前透水混凝土配合比设计方法还不是很成熟，主要有质量法、体积法和比表面积法3种．本试验采用体积法计算．即混凝土的体积为粗骨料、胶凝材料和空隙体积之和，体积法计算能较好地控制混凝土的孔隙率[9]．本试验配合比见表3．

表3 配合比

3 试验方法

3.1 试件成型养护

实验室制备的试块尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，每个配合比2组，每组3个试件，共96块用于抗压试验和透水率试验．100 mm×100 mm×400 mm，每个配合比2组，每组3个试块，共96块用于冻融试验．采用先再生骨料、水泥、粉煤灰、减水剂搅拌60 s，然后加水再搅拌120 s出料的拌和方法．试件分3次装料，每次装料用捣棒人工捣实．24 h后试件脱膜，将试块放入养护室进行标准养护28 d．图1～3分别为搅拌出料、拆模、养护室标准养护的混凝土．

图1 搅拌后的混凝土 图2 成型后的试件 图3 标准养护中的试件 图4 快速冻融机

3.2 性能检测

1)试件抗压和抗折强度测定．按GB50081-2002标准对养护完成的试件进行抗压强度和抗折强度试验．

2)试件冻融性能测定．混凝土抗冻性试验根据GB/T50082-2009进行，采用快速冻融法．尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的试件，将标准养护28 d后的试件取出，放入高出试件20 mm的常温水中浸泡24 h，擦干试件表面附着水，测试件冻融循环25次后的质量损失率和抗压强度损失率．

3)透水率测定．本试验选用变水头法来测试试件的透水率，透水仪为实验室自制透水仪器，如图5所示．材质为透明有机玻璃，仪器上部容量筒尺寸为100 mm×100 mm×500 mm，外部有刻度标尺．该透水仪主要测试不同高度的水柱通过试件时的竖向径流速度，以竖向径流速度来衡量其透水性能．试验选用非成型面的两相对侧面为透水面，剩余4面用保鲜膜密封，试件与仪器接触面用橡胶垫隔水，边缘用防水胶密封．将密封好的试块放入水中浸泡饱和，取出进行透水试验，装入不同高度h1的水柱，并记录水柱降低至高度h2所需时间Δt．

图5 透水仪示意图

透水率试验每组测2个试块，每个试块测3次不同的水柱高度的透水率，去掉一个最大值和一个最小值，求平均值．

4 试验结果分析

表4为不同孔隙率下再生骨料无砂透水混凝土25次冻融循环后的的冻融抗压强度损失率、抗折强度损失率、质量损失率和透水系数的值．

表4 试验结果

4.1 质量损失率

从图6～7中可以看出，本试验再生骨料无砂透水混凝土经25次快速冻融循环后的冻融质量损失率在0.12%～1.08%之间，小于规定的5%，满足《再生骨料透水混凝土应用技术规程》(CJJ/T253-2016)中规定的夏热冬冷地区抗冻性能D25的要求．

图6 水灰比与质量损失率的关系

图7 孔隙率与质量损失率的关系

水灰比为0.3时，试件的平均冻融质量损失率约为0.2%；水灰比为0.35时，试件的平均冻融质量损失率约为0.90%；水灰比为0.4时，试件的平均冻融质量损失率约为0.73%；水灰比为0.45时，试件的平均冻融质量损失率约为0.7%．

图8 冻融后的试件表面脱落 图9 冻融后的试件裂缝

4.2 抗压强度损失率

当孔隙率为15%时，再生骨料无砂透水混凝土的平均冻融抗压强度损失率约为7.2%，当孔隙率为20%时，试件的平均冻融抗压强度损失率约为10%，当孔隙率为25%时，试件的平均冻融抗压强度损失率约为13.5%，当孔隙率为30%时，试件的平均冻融抗压强度损失率约为16.7%．随着孔隙率的增大再生骨料无砂透水混凝土的冻融抗压强度明显呈下降趋势．孔隙率越大，试件内孔洞就越大，骨料间粘结处浆体越少就越薄弱，冻融过程中就越容易破坏．

图10 孔隙率与抗压强度损失率的关系

当水灰比为0.3时，试件的平均冻融抗压强度损失率为7.6%，当水灰比为0.35时，试件的平均冻融抗压强度损失率为9.7%，当水灰比为0.4时，试件的平均冻融抗压强度损失率为13%，当水灰比为0.45时，试件的平均冻融抗压强度损失率为16%．水灰比增大浆体粘稠度降低，骨料粘结处浆体膜的厚度越薄，受到水结冰的膨胀应力后就越容易破坏．

图11 水灰比与抗压强度损失率的关系

再生骨料无砂透水混凝土有两种破坏形式：1)试件由内向外产生裂缝．再生骨料无砂透水混凝土为多孔结构，内部有大量孔洞．孔洞内的水结冰后体积膨胀在混凝土内部产生应力，当水结冰产生的应力大于试件的抗拉强度时，试件将受拉破坏产生裂缝，如图9所示．2)试件外部骨料脱落．试件在冻融前存在微小裂缝．由于采用的是再生骨料，骨料表面残余砂浆颗粒与新浆体结合的界面处的微小裂缝成为薄弱点；再生骨料在机械破碎过程中，骨料内部受到损伤导致骨料自身存在裂缝．在冻融过程中，水进入这些微小裂缝结冰体积膨胀导致裂缝扩大，裂缝内冰融化再结冰，经多次冻融循环，裂缝持续扩大，最后导致试件破坏．孔隙率越大，骨料间粘结处的浆体量就越少，粘结处就越容易破坏，最后形成贯通孔洞之间的裂缝．

4.3 透水系数

4.3.1 孔隙率对透水系数的影响

孔隙率是影响再生骨料透水混凝土透水率的最直接因素．试件的实测孔隙率与设计的目标孔隙率相差不大，见表5．孔隙率与透水系数成正比，当孔隙率增大时，透水系数快速增大．再生骨料透水混凝土的孔隙分为3种：第1种是试件内部封闭孔隙；第2种是有开口但未贯穿整个试件的孔隙；第3种是贯穿于试件上下两面的孔隙．第3种孔隙体现了透水混凝土的透水性能[10]．

表5 目标孔隙率与实际孔隙率对比

图12 孔隙率与透水率的关系

4.3.2 水灰比对透水系数的影响

如图13所示，透水混凝土的透水率与水灰比成正比，水灰比越大透水率越高．水灰比越大水泥浆体的黏度越低，骨料表面包裹的浆体量就越少，导致混凝土孔隙率增大．

图13 水灰比与透水率关系图

5 结 论

通过研究孔隙率和水灰比对再生骨料无砂透水混凝土的透水性能和抗冻性的影响，得到以下结论：

1)当孔隙率为20%，水灰比为0.35时，再生骨料无砂透水混凝土的冻融质量损失率最大．抗压强度

损失率随着孔隙率和水灰比的增大而增大．

2)当水灰比为0.35，孔隙率为15%时，再生骨料无砂透水混凝土的抗冻融性能最好．抗压强度达到25 MPa，透水系数为4.38 mm·s-1，冻融质量损失率为1.08%，抗压强度损失率为5.93%，满足C20再生骨料透水混凝土的力学性能、透水性能和抗冻性能．

3)由于再生骨料在时间和空间上存在差异，其性能也差异巨大，所以要根据再生骨料的具体性能来确定配合比．

[1] Volder A，Watson T，Viswanahan B．Potential Use Ofpervious Concrete for Maintaining Existing Mature Trees During and after Urban Development[J]．Urban Forestry & Urban Green-ing，2009，8(4) : 249-256．

[2] Bhutta M，Tsuruta K，Mirza J． Evaluation of High-performance Porous Concrete Properties[J]．Construction and Building Material，2012，31: 67-73．

[3] 王武祥．建筑垃圾再生技术及其应用研究[J]．建筑砌块与砌块建筑，2009(1)：24-29．

[4] 钱志民．道路再生骨料基本性能试验研究[J]．公路与汽运，2010(7)：103-107．

[5] Kou Cong Shi， Poon Sun Chi， Chan Dixon. Influence of Fly Ash as a Cement Addition on the Hardence Properties of Recycled Aggregate Concrete [J]． Materials and Structures， 2007，14： 1081-1089．

[6] I.BTopcu， N.FGuncan. Using Waste Concrete as Aggregate[J]． Cement and Concrete，1995，25 (7)： 1385-1390．

[7] Senng Park Bum，Dae Seo Seuk，Jun Lee. Studies on the Sound Absorbtion Characteristics Ofporous Concrete Based on the Content of Recycled Aggregate and Target Void Ratio[J]． Cement and Concreted Research， 2005， 35：46-54．

[8] 周 勇．无砂透水再生混凝土试验研究[D]．长沙：长沙理工大学，2009．

[9] 程 娟，杨 杨，陈卫忠．透水混凝土配合比设计的研究[J]．混凝土，2006(10)：81-84．

[9] 程 娟，郭向阳．水灰比在釆用体积法进行透水混凝土配合比设计中的作用[J]．混凝土，2008(8)：88-90．

[10] 王玉梅，邓志恒，覃英宏，等．多孔再生骨料混凝土强度及透水性能研究[J]．混凝土，2015(7)：26-30．

[责任编辑 王康平]

Test Research on Frost-resistance of No-fines Recyled Aggregate Porous Concrete

Yao Minglai Chen Zhou Liu Qinlan Wang Xin Rao Biyu

(College of Construction Project, Yunnan Agricultural Univ., Kunming 650201, China)

The frost resistance and water permeability of the recycled no-fines aggregate concrete were experimentally investigated. The results show that the compressive strength loss rate and the permeability coefficient of the recycled aggregate no-fines pervious concrete are increasing with the increase of porosity and water-cement ratio after 25 cycles of rapid freezing and thawing. When the water-cement ratio is 0.35 and the porosity is 15%, the comprehensive performance of no-fines recycled aggregate porous concrete is the best; the compressive strength is 25 MPa; the permeability coefficient is 4.38 mm·s-1; the freezing-thawing mass loss rate is 1.08%; compressive strength loss rate is 5.93%,which is in accordance with the frost resistance requirement of recycled aggregate porous concrete.

recycled aggregate; no-fines pervious concrete; frost-resistance; permeable performance

2017-01-18

云南省教育厅科学研究基金研究生项目(2016YJS065)；云南农业大学研究生创新项目(2016ykc51)．

饶碧玉(1964-)，女，教授，主要研究市政工程方向．E-mail：1183735121@qq.com

10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2017.03.012

TU528

A

1672-948X(2017)03-0053-05