潘宏，张伟，胡雷，徐亦冬

（浙江大学宁波理工学院，浙江 宁波 315100）

0　引言

随着我国经济的快速发展，基础设施的拆旧建新产生了大量的废弃建筑材料，其中废弃混凝土约占建筑垃圾的30%，除了极少数低层次被再生利用于路基基层等非承重结构外，绝大部分被填埋或堆放，既污染环境，又浪费资源。传统路面混凝土材料缺乏吸收热量和渗透雨水的能力，使雨水无法有效利用并对自然水体产生污染。使雨天行车易产生 “漂滑”、“飞溅”、“夜间眩光”等现象，还会增加城市的“热岛效应”。

针对目前传统混凝土路面的缺点，如何将废弃混凝土进行再生化处理，同时制备具有自净和透水功能于一体的新型混凝土，成为当今研究的热点。

本文首先从光催化再生集料透水混凝土的三大组分入手，然后分析水胶比、集胶比、粉煤灰掺量和再生集料替换率等主要影响因素对其强度、透水系数、光催化效应等基本性能的影响，采用四因素、三水平的正交设计方法分析得出最优配合比，最后提出该领域尚待解决的一些关键性问题。

1　材料组分介绍

1.1　再生混凝土组分

再生混凝土利用技术是将废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定的配比混合而成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技术。经过破碎、分级并按一定的比例掺和而成的骨料称为再生骨料，再利用再生骨料配制后形成的混凝土，称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土。

1.2　透水混凝土组分

透水混凝土的透水特性是通过多孔混凝土组分体现,多孔混凝土亦称透水混凝土，它是由粗骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土,不含细骨料,由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构,故具有透气、透水和重量轻的特点。

1.3　光催化混凝土组分

光催化混凝土是混凝土负载二氧化钛光催化剂，因而具有催化作用,可以对煤炭燃烧时产生的或由机动车排放的二氧化硫、氮氧化物等对人体有害的污染气体进行分解,起到净化空气的作用，同时也能杀菌去污，具有良好的抗菌功能。

2　配合比设计

2.1　正交试验配合比设计

实验采用正交设计法结合配合比设计的体积法进行光催化再生集料透水混凝土的试验配合比设计。试验方案设计实际采用三水平四因素的正交设计表，共产生9组试验配合比方案，具体试验因素与水平如表1所示；由三水平四因素正交试验表得到的透水混凝土试验配比见表2。

表1　试验因素与水平表

表2　正交试验配比表

文章对光催化再生集料透水混凝土正交试验考察指标有三：抗压强度、透水系数以及光催化效应。首先，将正交试验结果记录见表3。在对抗压强度、透水系数和有光催化效应进行效应分析的基础上，综合分析各因素和水平对试验指标的影响，给出因素和水平的最优配合比组合。

表3　正交试验结果汇总

2.2　正交试验结果分析

采用极差分析方法对试验数据进行直观分析，并对数据进行方差分析。抗压强度、透水系数、光催化效应的直观分析试验结果如表4～6所示，方差分析试验结果如表7～9所示。

由表4和表5的极差直观分析可知，在试验因素水平变化范围内，水胶比是对抗压强度和透水系数的主要影响因素，其次是粉煤灰掺量、集胶比和再生集料替换率；由表6的极差直观分析可知，在试验因素水平变化范围内，再生集料替换率是对光催化效应的主要影响因素，其次是水胶比、集胶比和粉煤灰掺量。

表4　抗压强度直观分析试验结果

表5　透水系数直观分析试验结果

表6　光催化效应直观分析试验结果

表7　抗压强度方差分析表

表8　透水系数方差分析表

综合分析各因素和水平变化范围对三种试验指标的影响，最后选定了正交试验因素和水平的最优组合，如表10所示。最优水平组合下的光催化再生集料透水混凝土配合比如表11所示。由选定的最优组合下进行的试验，可得到强度在C25以上、光催化效率达到45%，透水水系数达到0.350 mm/s的光催化再生集料透水混凝土。

表9　光催化效应方差分析表

表10　正交试验因素与水平的最优组合表

表11　1 m3最优水平组合下的配合比

3　光催化可再生集料透水混凝土有待解决的关键性问题

（1）由于光催化反应中NOx氧化后生成的产物硝酸盐吸附于混凝土材料的表面,故需要经常加以清除,才能保证二氧化钛的光催化效应。虽利用材料多孔的蜂窝状结构特性可以令雨水带走部分残余物，但如何防止透水混凝土空隙被堵塞仍有待解决。

（2）相对于普通混凝土，现阶段对光催化再生集料透水混凝土耐久性研究成果明显不足，对荷载与多重环境因素耦合作用下的力学与耐久性能研究尤其欠缺，而实际工程中路面必定是在疲劳荷载与地下水中的硫酸盐侵蚀、冻融循环等环境的耦合作用下失效。研究在耦合作用下的性能演化规律，揭示失效机制，也是亟待解决的关键性问题。

4　结语

光催化可再生集料透水混凝土一方面可实现废弃混凝土的资源化利用，另一方面还可使新制备的路面材料具有透水与分解汽车尾气的功能，从而同时解决废弃混凝土处理与大气污染物净化两大难题，并可用于海绵城市的建设当中，具有优异的环境效益和生态效益。对其配合比进行三水平四因素的正交设计，由试验结果分析可知，在试验因素水平变化范围内，水胶比是对抗压强度和透水系数的主要影响因素，再生集料替换率是对光催化效应的主要影响因素，并可得出光催化再生集料透水混凝土的最优配合比。

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