再生骨料透水混凝土研究进展①

□□ 迟玉萌，秦 龙，胡廷钰，杨晨熙，赵 丽

(吉林建筑大学 材料科学与工程学院 建筑节能技术工程实验室，吉林 长春 130118)

引言

步入21世纪以来，随着我国城镇化进程持续推进，同时产生大量的建筑废弃物。建筑废弃物在我国城市垃圾总量中占40%左右[1]，每积聚1万t的建筑废弃物，就会侵占67 m2的土地，从而加剧我国土地资源的紧张，同时会占用农用以及建设用地，损害民众生活[2]。对于建筑废弃物的有效解决方法是再生混凝土技术，其可以完成对建筑废弃物的再利用问题，也可以缓解天然骨料日渐开采难的问题[3]。再生骨料透水混凝土是在此基础上的创新和应用。再生骨料透水混凝土(Recycled Aggregate Pervious Concrete，RAPC)是一种新型节能生态环保绿色混凝土。既可以促进建筑废弃物处理难问题，又能响应国家对海绵城市建设的号召。

1 RAPC的简介

1.1 RAPC的含义和分类

再生骨料(Recycled Aggregates，RA)是将建筑废弃物中的混凝土或砖石经机械破碎、筛分后混合成的一种骨料。一般来说，透水混凝土(Pervious Concrete,PC)是由水泥、骨料、水和外加剂拌和制成的一种多孔透水性混凝土。众多学者通过研究和试验，结合再生骨料和透水混凝土的性能开发出了再生骨料透水混凝土(Recycled Aggregate Pervious Concrete，RAPC)，其不仅是两者的结合，更多的是整合两者的性能和应用优势。RAPC具有环保、多孔、透水性好等优点，应用于透水路面上，可有效降低“热岛效应”，缓解非透水路面导致的城市内涝[4]。目前对再生骨料没有准确的分类方法，对此王奕仁等[5]将再生骨料归为建筑垃圾、工业固体废弃物、人造骨料及生活垃圾等。

1.2 RAPC的强化方式

RA是稍扁平形状，尖角较多，带有硬化水泥浆，且内部存在微裂缝。其与天然骨料相较，性能指标较差。但是以机械研磨、超声波洗涤、湿处理法、碳化反应等方式强化处理骨料，可改变骨料的品质。RA的特性决定了RAPC的性能，所以强化RA的方式尤为重要。

杜婷等[6]用4种化学浆液对再生骨料强化，发现“水泥外掺Kim粉浆液”能够基本保持骨料特性不变，明显提高再生骨料的强度，从而使RAPC力学强度提高。范小平等[7]通过水泥外掺无机铝盐浆液以强化再生骨料，使RAPC强度得到较大提高，其强度达到33.1 MPa。应敬伟等[8]制备一定浓度的CO2气体碳化骨料，可显著提高混凝土抗压强度。实验表明RA经过的物理强化次数越多，其配制混凝土28 d的抗压强度就越接近天然骨料混凝土[9]。WANG X F等[10]提出用结晶剂加固RCA砂浆层，显著增加RCA的密度和水化硅酸钙含量，改善了新旧界面的性能，且处理后的RCA加入再生骨料混凝土中可以使得28 d抗压强度和抗折强度分别提高17.54%、28.89%。程海丽等[11]将再生骨料放入水玻璃溶液中，配制后的混凝土抗压强度得到提高，且随着浓度的提高，混凝土的抗冻性和抗腐蚀性也逐渐提高。张京波等[12]通过研究水泥裹浆法处理和丙烯酸钙溶液分别浸泡再生骨料，利用其制备的透水混凝土，抗压强度和孔隙率均有所提升。林航[13]设计不同浓度的水玻璃溶液强化再生骨料并制备透水砖，研究发现再生骨料经过浸泡后，吸水率和压碎指标均得到较大改善，且强化后的再生骨料透水砖强度明显提高，但是也降低了其透水性，最终得出浓度5%的水玻璃溶液效果最佳。

2 RAPC的基本力学性能研究

力学性能是混凝土的一项重要指标，故研究RAPC力学性能的影响规律是必要的。RAPC有较多孔隙，具有良好的透水性，再生骨料之间是点胶结的方式，强度大小主要取决于点接触的数量，所以在力学性能方面与天然透水混凝土有一定差距。

薛冬杰等[14]以化学浆液处理再生骨料，采用碾压成型RAPC，研究RAPC抗压强度的影响规律。结果表明RAPC抗压强度在水灰比0.41的情况下达到最高。在养护至90 d时，再生骨料在拌和中吸收的部分水随着水化反应的进行而释放出来，形成了“内养护”，使RAPC抗压强度高于天然混凝土。陈春等[15]开展了再生骨料替代率、级配、水灰比的研究。试验表明级配较小的28 d抗压强度均高于较大的级配，随着骨料掺量的增加，RAPC的抗压强度和抗折强度逐渐下降。袁汉卿等[16]设计了不同的粒径组合，并参考以往试验进行配合比设计，掺入粉煤灰，配制天然混凝土，得到了最佳粒径组合。在此粒径组合基础上探讨不同取代率、透水系数对RAPC的影响。结果表明取代率在0～70%变化，抗压强度呈先增后减的变化，在50%时达到最大值，RAPC抗压强度随透水系数的增加呈先增后减。朱金春[17]设计100%替代率RA的RAPC，研究骨料粒径、孔隙率、水胶比对RAPC的性能影响。利用层次、极差分析确定不同因素对RAPC性能影响的主次顺序。结果表明提高RAPC的力学性能需根据各因素的影响权重确定，最终确定骨料粒径为16～19 mm，设计孔隙率为20%、水胶比为0.3的最佳组合。王永海等[18]研究了孔隙率、聚丙烯纤维、聚合物乳液、颜料、无机增强料对RAPC力学性能的影响。结果显示骨料的孔隙率越大，RAPC的28 d抗压强度就越低。设计孔隙率为15%，RAPC的28 d抗压强度达到30.5 MPa，弯拉强度达3.7 MPa。RAPC掺入聚丙烯纤维的28 d抗压强度和弯拉强度有显著提高。颜料对RAPC的抗压强度、弯拉强度影响不大。无机增强料可显著提高RAPC的7 d和28 d抗压、弯拉强度。聚合物乳液使RAPC的28 d抗压强度明显下降，但使28 d抗折强度有所提高。Zaetang Y等[19]研究了再生砌块粗骨料(RBA)和不同替代率再生骨料制成的透水混凝土。结果表明RBA显著提高了透水混凝土的抗压强度，40%的RBA替换是最佳的，抗压强度为17.0 MPa。由于RBA与水泥浆体之间的良好粘合，以及RBA颗粒在搅拌过程中的磨损和破碎而增加了浆体含量。RCA对透水混凝土的抗压强度提高较小。RCA替换水平为60%时最佳，抗压强度为15.0 MPa。RBA透水混凝土的抗压强度提高幅度明显高于含RCA的透水混凝土。Aliabdo A等[20]开展了不同再生骨料掺量、骨料粒径以及橡胶屑、橡胶纤维、聚丙烯纤维等对透水混凝土的性能影响。结果表明再生混凝土骨料会降低透水混凝土的新拌和硬化密度，替换率越高，抗压和抗弯强度下降越严重。随着骨料粒径的减小，抗压强度出现较小的增幅。使用橡胶纤维、橡胶屑会降低透水混凝土的抗压强度和抗拉强度。使用聚丙烯纤维会轻微降低透水混凝土的抗压强度，但会提高透水混凝土的弯曲抗拉强度。杨利香等[21]以单一级和级配再生骨料对RAPC的力学性能进行研究表明，级配RAPC比单一级RAPC底部外观形态更好，单一级RAPC随着骨料粒径增加，28 d抗压强度先增加后减小，且在10～13.2 mm粒径时，抗压强度达到最大值15.1 MPa。随着级配骨料的空隙率优化，28 d抗压强度也增大，由于级配骨料堆积密实，28 d抗压强度相对单一级RAPC有明显提高。

3 RAPC的透水性和耐久性研究

从RAPC的综合效益出发，RAPC拥有较为广阔的前景。目前被应用于生态公路防护、人行道砌块、轻交通道路、非机动车道与停车场等。由此来看，RAPC的透水性和耐久性研究也十分重要。

王雅思等[22]以不同的目标孔隙率、成型方法对RAPC的透水性进行研究。结果表明采用插捣成型法制备最适合RAPC，骨料分布较合理，随着目标孔隙率的增加，28 d抗压和抗折强度变得较低，但是其透水系数逐渐增大，透水性能越来越好。潘书才[23]设计以100%的再生骨料，采用单水平因素从骨料粒径、塑胶颗粒、水胶比对RAPC的透水性进行研究，结果表明随着骨料粒径的增加，透水性下降幅度不断加快，且在塑胶颗粒达到一定数量后，透水性会趋于稳定，在一定范围内随着水胶比的增加，RAPC的抗压强度会提高但透水性下降。张浩博等[24]开展了水灰比、骨料粒径、砂率对RA掺量30%的RAPC透水性能的影响。结果表明有效孔隙率与透水系数两者存在一定程度的线性相关，骨料较高的孔隙率提高了其透水混凝土有效孔隙形成的数量，有利于提高RAPC的透水性。El-Hassan H等[25]开展了天然骨料被0、10%、20%、40%、70%和100%的RCA替代，并加入矿粉，研究了RAPC的孔隙度、渗透率和力学性能等。结果表明随着骨料置换率的增加，渗透系数逐渐增大，孔隙度越高的骨料，渗透系数增大的尤为明显，透水性能明显提高。在长时间暴露的情况下，这些毛孔中的大多数都会堵塞，所以模拟了20年内堵塞情况。结果表明通过加压水冲洗，渗透性可以恢复到可接受但较低的水平。RCA限制了透水混凝土渗透性的恢复，而矿渣则促进了渗透性的恢复。尹志刚等[26]对替代率30%再生骨料的RAPC抗冻融循环进行研究。结果表明孔隙率和透水系数都随冻融循环次数的增加而增大，而28 d抗压强度随冻融次数的增加而逐渐降低。孙剑峰[27]开展了RAPC抗冻融循环研究，结果显示保持冻融循环次数一致，在氯盐情况下抗压强度损失率最高，达到接近清水状态的1.4倍，随着次数的增加，RAPC的性能逐渐降低。由于RAPC应用于城市透水路面铺装，郭磊等[28]利用聚丙烯、碳纤维改性RAPC的耐磨性能，结果表明掺入两种纤维对RAPC的透水性提高不明显，但是聚丙烯纤维能够明显增强RAPC整体力学性能和耐磨性能。

4 结语

国内外对RAPC都有一定程度的研究但不够完善，要使RAPC更加接近天然骨料透水混凝土性能并推广应用，还需要展开更加深入的研究，尤其是耐久性的试验和研究。首先目前RAPC强度普遍较天然透水混凝土低，主要是由于RA的特性问题，还应加强RA强化方法的研究，并且寻找其抗压强度和透水性的平衡点，在此基础上有效增强RAPC的耐久性，有效改善RAPC的基本性能。