徐长伟，王新楠

(沈阳建筑大学材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110168)

随着我国城市规模的不断扩大，每年大批既有建筑面临拆除，由此产生体量巨大的建筑垃圾，据统计，2020年 我国建筑垃圾的产生量已达到6.5×109t[1]。将建筑垃圾进行回收利用有利于保护环境、节约资源、发展生态建筑。目前，城市建筑垃圾中往往同时存在废弃混凝土和废弃烧结砖，其中废弃烧结砖占比约为30%～50%[2]。建筑垃圾破碎后得到的再生骨料多为烧结砖和混凝土的混合型再生骨料。国内学者围绕再生砖混凝土骨料分离技术[3]、混合再生骨料的配制方法[4]和基本力学性能开展了相关研究工作[5-7]。

再生骨料透水混凝土将再生混凝土和透水混凝土两者结合，既能将建筑垃圾回收利用，又能减少城市的积水，降低城市的噪声和热岛效应，符合可持续发展的理念，并能广泛应用于海绵城市建设，在社会与经济效益方面具有重要价值[8-9]。

近年来，围绕再生骨料透水混凝土开展的研究已取得一系列成果。孔隙率大、吸水率高、强度低等是再生骨料共有特性，也是使用时必须解决的问题，通常需要进行改性和强化，湿处理法是常用的提高再生骨料强度的有效方法。将再生骨料浸泡或者涂抹改性剂，可以黏合大部分再生骨料表面的裂纹和孔隙，或是通过化学方法，使改性剂与骨料胶结层中的物质反应，去除骨料表面的浆体层。张萍等学者的试验研究发现10 mm～15 mm的粒径试样透水性最好，并且经过反复实验，对比实验数据，综合考虑强度和透水率两个指标，认为选择粒径比为(5 mm～10 mm)∶(10 mm～15 mm)=1∶1的复合级配为最佳配合比[10]。

本文以废弃混凝土和废弃烧结砖构成的混合型再生骨料为研究对象，在对其性能进行分析的基础上，研究混合型再生骨料水泥浆裹浆改性，确定水泥浆最佳水胶比。选用无机改性法强化混合型再生骨料，制备透水混凝土，并分析测试抗压强度和透水系数，探究将混合型再生骨料用于制备透水混凝土的可行性[11-12]。

1 实验方案

1.1 原材料

1)水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，其物理性能见表1。

表1 水泥的物理性能

2)减水剂：萘系减水剂，化学名称：β-萘磺酸盐甲醛缩合物，型号：FDN-C(硫酸钠的质量分数为18%)。

3)硅灰：物理性能见表2。

表2 硅灰的物理性能

4)水：自来水。

5)废弃烧结砖再生粗骨料：取自葫芦岛兴城南建筑垃圾破碎站，经筛分得到9.5 mm～16 mm粒径的粗骨料，其物理性能见表3。

表3 废弃烧结砖再生粗骨料的物理性能

6)废弃混凝土再生粗骨料：取自葫芦岛兴城南建筑垃圾破碎站，经筛分得到9.5 mm～16 mm粒径的粗骨料，其物理性能见表4。

表4 废弃混凝土再生粗骨料的物理性能

1.2 试验方法

1)再生骨料表观密度、堆积密度和24 h吸水率按照JG/T 568—2019高性能混凝土用骨料执行。

2)混合型再生骨料透水混凝土抗压强度和透水系数按照CJJ/T 253—2016再生骨料透水混凝土应用技术规程执行。

3)混合型再生骨料的改性和强化：采用水泥浆裹浆法。首先按照设计比例将废弃混凝土和废弃烧结砖两种再生骨料按比例混合，根据骨料量，确定水泥浆用量，水泥浆与再生骨料混合后，搅拌6 min至完全混合，标准养护7 d后使用。

1.3 透水混凝土配合比设计

1.3.1 设计原则和目标

设计目标孔隙率为16%，水灰比为0.30，采用粒径为9.5 mm～16 mm的废弃砖和废弃混凝土混合型再生骨料，根据CJJ/T 253—2016再生骨料透水混凝土应用技术规程中再生骨料透水混凝土配合比设计。

1.3.2 未改性混合型再生骨料透水混凝土的配合比

以纯废弃烧结砖再生骨料、纯废弃混凝土再生骨料作为空白组，分别制作废弃砖骨料与废弃混凝土骨料比例为9∶1，8∶2，7∶3，6∶4，5∶5，4∶6，3∶7，2∶8,1∶9与对照组1(纯废弃砖骨料)、对照组2(纯废弃混凝土骨料)的透水混凝土试块。不同比例构成的再生骨料对应的透水混凝土配合比见表5。

表5 再生骨料透水混凝土的配合比

1.3.3 改性混合型再生骨料透水混凝土的配合比

采用改性后的混合型再生骨料，试块制备及测试方法与未改性再生骨料透水混凝土一致。不同比例构成的再生骨料对应的透水混凝土配合比见表6。

表6 改性混合型再生骨料透水混凝土的配合比

2 混合型再生骨料的改性研究

2.1 配比对混合型再生骨料性能的影响

制备再生混凝土能有效解决再生骨料的利用问题，但是再生骨料存在强度低、耐久性较差、吸水率和比表面积大、性质不稳定等问题，不能得到很好的应用，必须要经过改性处理。再生骨料的改性方式分为无机改性和有机改性两种，无机改性即为水泥净浆裹浆法，利用致密的水泥浆体将骨料表面的孔隙填充，有效提升骨料强度，降低吸水率。

选用粒径为9.5 mm～16 mm的废弃砖和废弃混凝土再生骨料，并将两种再生骨料经过清洗、筛分之后，按照一定的比例进行混合，测试物理力学性能，测试结果见表7。

表7 不同配比的混合型再生骨料物理力学性能测试结果

由表7可以看出，混合型再生骨料的表观密度和堆积密度均随着废弃砖含量的降低而升高，吸水率随着废弃砖含量的降低而降低，强度随着废弃砖骨料含量的降低而提高，但均不能满足CJJ/T 253—2016再生骨料透水混凝土应用技术规程要求，不能直接用于制备透水混凝土，须进行改性处理。

2.2 水泥浆裹浆改性再生骨料的研究

硅灰具有高的活性效应和微集料效应，能够改善水泥石的孔结构，并有效填充再生骨料表面的孔隙和微裂纹，内掺5%的硅灰，减水剂1%，以水胶比(质量比)0.30，0.35，0.40，0.45，0.50拌制水泥浆体，浆体量为每1 kg再生骨料0.4 kg水泥浆，选用再生砖骨料∶再生混凝土骨料=1∶1的混合型再生骨料进行裹浆改性，裹浆后，水胶比对混合型再生骨料物理力学性能的影响见图1～图4。

由图1,图2可以看出，强化后，随着掺有硅灰的胶凝材料浆体水胶比的增大，混合型再生骨料的表观密度和堆积密度呈现出先增大后降低的趋势，表观密度最大时达到2 508.4 kg/m3，此时水胶比为0.4，较未经强化的增加3.6%，堆积密度亦在水胶比0.4时最大，达到1 087.3 kg/m3，这是因为水泥浆填充了再生骨料的微裂纹和孔隙，在骨料表面包裹一层薄的水泥浆体，致使表观密度与堆积密度提升，而在水胶比达到0.4后，再生骨料表观密度与堆积密度出现降低趋势，并有裹浆脱落现象，难以达到预期裹浆效果，由此可以看出水胶比过大或过小均对裹浆效果不利，应探索最佳水胶比进行试验。

由图3可以看出，随着掺有硅灰的胶凝材料浆体水胶比的增加，强化后混合型再生骨料吸水率先减小后增大，在水胶比(质量比)为0.45时吸水率最小，水泥浆在骨料表面包裹一层硬化的浆体，改善表面微裂纹和孔隙填充，降低吸水率，但随着水胶比的进一步增大，使水泥浆内部孔隙增加，吸水率反而增大。

由图4可以看出，随着掺有硅灰的胶凝材料浆体水胶比的增加，强化后再生骨料压碎值随着水胶比的增大先减小后增大，但都低于未强化前压碎值，分别降低了15.6%，16.8%，9.8%，6.3%，5.4%。在水胶比(质量比)为0.35时，再生骨料压碎值降到最低，这是因为水泥浆体填充了再生骨料的微裂纹和孔隙，改善了孔隙结构，使其更加密实，但水胶比过大，使水泥石孔隙率增大，强度降低，强化效果变差，故此压碎值当水胶比达到一定值后有所升高。

综合强化后再生骨料的物理性能，宜选用水胶比(质量比)为0.35，掺有5%硅灰的浆体进行强化，并将强化后的混合型再生骨料制备透水混凝土。

3 混合型再生骨料透水混凝土性能的研究

3.1 混合型再生骨料透水混凝土抗压强度的研究

将采用混合型再生骨料制备的透水混凝土进行抗压强度测试，对比再生骨料强化前后制备的透水混凝土7 d,28 d抗压强度，强化对混合型再生骨料透水混凝土7 d和28 d抗压强度的影响见图5，图6。

由图5,图6可以看出，对于两种再生骨料以不同比例混合得到的混合型再生骨料，经过强化后制备的透水混凝土强度均高于强化前，其中废弃砖再生骨料∶废弃混凝土再生骨料=1∶9组，7 d抗压强度最多提高9.1%，强度达到27.3 MPa，废弃砖再生骨料∶废弃混凝土再生骨料=1∶9组，28 d抗压强度最多提高13.7%，强度达到39.8 MPa。混合型再生骨料经过强化和未经强化，制备的透水混凝土7 d和28 d强度均随着废弃砖再生骨料含量的降低而升高。这是因为强化后混合型再生骨料自身强度得到提高，并且强化后新拌混凝土和易性得到改善，骨料堆积更加紧密，透水混凝土强度也随之提升。此外，废弃砖再生骨料的抗压强度比废弃混凝土再生骨料低，致使废弃砖再生骨料含量越高，混合型再生骨料的强度越低。因此，从有利于提高透水混凝土的抗压强度角度考虑，需降低混合型再生骨料中废弃砖再生骨料的含量。

3.2 混合型再生骨料透水混凝土透水系数的研究

将标准养护28 d龄期的混合型再生骨料透水混凝土试块采用透水系数测定仪测试透水系数，强化对混合型再生骨料透水混凝土透水系数的影响见图7。

由图7可以看出，改性后混合型再生骨料透水混凝土透水系数满足CJJ/T 253—2016再生骨料透水混凝土应用技术规范要求的不低于0.5 mm/s，且透水系数随着废弃砖再生骨料比例的减小而降低，在两种再生骨料比例相同的情况下，裹浆强化后的混合型再生骨料透水混凝土透水系数较未改性前有所降低，强化后纯废弃砖再生骨料制备的透水混凝土的透水系数达到3.3 mm/s。经过水泥浆裹浆强化后的再生骨料，孔隙结构得到改善，密实度提高，水通过再生骨料渗透困难，使透水系数减小。废弃砖再生骨料的孔隙率大于废弃混凝土再生骨料的孔隙率，经裹浆后同样存在废弃砖再生骨料孔隙率高的情况，由于水分子直径远小于骨料孔隙直径，导致水分子从骨料的孔隙中渗透出去，所以废弃砖再生骨料含量高的混合型再生骨料透水混凝土透水系数较大。

4 结论

1)随着废弃砖再生骨料比例的减少，混合型再生骨料的表观密度和堆积密度增大，吸水率降低，压碎指标增大，从有利于提高混合型再生骨料强度，降低吸水率的角度考虑，应尽可能降低废弃砖再生骨料的含量。

2)采用掺加5%的硅灰，水胶比(质量比)为0.35的浆体对混合型再生骨料进行裹浆强化时，裹浆效果最好，强化后混合型再生骨料的表观密度与堆积密度均随着水胶比(质量比)的增加先增大后减小，在水胶比(质量比)为0.4时达到最大，吸水率先减小后增大，在水胶比为0.45时最小，压碎指标先减小后增大，在水胶比为0.35时最小。

3)对于不同比例构成的混合型再生骨料，强化后制备的透水混凝土的7 d和28 d抗压强度均有提高，其中废弃砖再生骨料∶废弃混凝土再生骨料为1∶9时，强化后7 d抗压强度最多提高9.1%，强度达到27.3 MPa，28 d抗压强度最多提高13.7%，达到39.8 MPa。

4)对于不同比例构成的混合型再生骨料，强化后制备的透水混凝土的透水系数较强化前有所降低，但均满足CJJ/T 253—2016再生骨料透水混凝土应用技术规范中规定的不低于0.5 mm/s的要求，强化后纯废弃砖再生骨料制备的透水混凝土的透水系数最高，达到3.3 mm/s。