路用透水性再生混凝土研究现状与发展趋势.pdf
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1、2 0 1 5年 第 1 0 期 ( 总 第 3 1 2 期 ) N u mb e r 1 0 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 2 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHNOL OGY d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 0 0 3 5 路 用透水性再生混凝土研究现状与发展趋 势 朱平华, 张鑫鑫 ( 常州大学 土木工程 系 , 江苏 常州 2 1 3 1 6 4 ) 摘要: 首先从再生骨料品质与掺量 、 水胶 比、 成型工艺与养护机制及矿物
2、掺合料等影响因素方面总结 了透水性混凝 土抗压强 度与透水性能研究进展 , 指出再生骨料品质与掺量和水胶 比是影响再生透水混凝土强度和透水性的主要 因素。 然后对疲劳荷载 与硫酸盐腐蚀作用下透水性再生混凝土路用性能研究成果进行了评述 , 认为疲劳荷载与硫酸盐侵蚀都加剧了再生透水性混凝土 的耐久性失效。 最后提出了路用透水性再生混凝土性能研究 尚需解决的关键科学问题 , 包括多因素耦合作用下透水性再生混凝 土性能变化规律与失效机理 , 基于 生 能的设计方法等。 关键词: 再生透水混凝土 ; 强度; 透水性 ; 耦合作用 ; 综述 中图分类号 : T u 5 2 8 O 1 文献标志码: A 文
3、章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 1 4 4 0 5 Re s e a r c h s i t u a t i o n a n d t r e n d o f d e v e l o p me n t o f e c o l o gi c a l l y p e r me a ble r e c y c l e d a g gr e g a t e c o n c r e t e ZH U 胁 u a, ZHANG Xi n x i n ( D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g
4、 , C h a n g z h o u U n i v e r s i t y , C h a n g z h o u 2 1 3 1 6 4 , C h i n a ) Abs t r ac t: I t s u mma riz e d t h e r e s e a r c h r e s ul t s o n c o mp r e s s i v e s t r e ng t h a nd pe r me a bi l i t y p e r f o rm a n c e o f e c o l o g i c a l l y p e rm e a b l e r e c y c l
5、e d a g g r e ga t e c o n c r e t e Th e ke y f a c t o r s i n f l u e n c i n g t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d p e r me a b i l i t y i n c l u d i ng r e c y c l e d a g gr e g a t e t y p e a nd wa t e r b i n d e r r a t i o s we r e p u t u p F a r t h e r , the s e r v i c
6、e a b i l i t y o f e c o l o g i c a l l y p e r m e a bl e r e c y c l e d a g g r e ga t e c o nc r e t e u n d e r s i ng l e a n d c o u p l i n g a c t i o n o f f a t i g u e l oa d a n d s u l f a t e a t t a c k wa s r e v i e we d, wh i c h s h o ws tha t s i n g l e a n d c o up l i n g a
7、 c t i o n d e c r e a s e t h e d u r a b i l i t y o f e c o l o g i c a l l y p e rm e a b l e r e c y c l e d a g g r e ga c o n c r e t e Two k e y p r o b l e ms o n t h e du r a b i l i t y o f p e r m e a b l e r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e a r e p r es e n t , i C , t h
8、e c h a n g i n g r u l e a n d the f a i l u r e me c h a ni s m u n d e r t h e c o u p l i n g a c t i o n o f mu l t i p l e f a c t o r s , a n d the d e s i g n m e t h o d b a s e d o n the p e r f o r m a n c e Ke y wor ds: e c o l o g i c a l l y p e rm e a bl e r e c y c l e d a g g r e g
9、a t e c o n c r e ; me c ha n i c a l p r o p e rty; p e rm e a bi l i t y; f a tig u e s tr e s s ; s u mma r y 据保守估 计 , 我 国废 弃 混 凝 土 年 均 产 量 1亿 t 左 右 , 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 。 与此 同时 , 我国年均混凝土生产量达 1 5 2 0亿 m , 砂 石骨料需求量超过 1 0 0亿 t 。 砂石 的过度 开采 已造成 山 体滑坡 、 河床改道
10、, 破坏 了骨料 原生地生态环境 的可持续 发展 , 我国优质的天然骨料( 河砂 、 卵石 ) 在有些 地区 已枯 竭 。 寻找可替代的骨料来 源、 对废弃混凝 土的处 理与处置 以及对环境可持续发展的关注 , 引发了对废弃混凝土再生 利用研究 的热潮。 其 中, 以废弃混凝土为再生骨料取代 天 然骨料制备路用生态透水性再 生混凝土更是引起学术 界 与工程界的广泛兴趣 J 。 透水混凝土习惯 上也称无砂混凝 土 、 多孔混凝 土 、 多 孔连续绿化混凝土 、 大孑 L 混凝 土等。 美 国混凝土 协会 与 日 本混凝土协会分别将其描述 为“ 一种 由水泥结合而成的开 放级配混凝土” 和“ 拥有
11、 2 0 以上连通孔隙的混凝土” , 中 国建筑科学研究院则定义为“ 由水 泥、 粗集料 和水拌和而 成的无砂混凝土” 。 相对于传统的路面硬化铺装 , 透水性混凝土道路 的铺 设带来 了很多优点 : ( 1 ) 透水性铺装 地面能够使雨水 迅速渗人地表 , 还原 成地下水 , 使地下水 资源得到及时 的补充 , 并且 能够有效 减轻降雨季节道路排水 系统的负担。 ( 2 ) 透水性混凝 土路面不仅 可以吸收表面 的水分 , 由 于表面空隙较大 , 可以有效吸收车辆行驶 时产 生 的噪音 , 降低城市交通的噪声污染 , 改善车辆行驶以及行 人行走 的 舒适性与安全性 。 ( 3 ) 透水性地面
12、由于 自身一系列与外部空气及下部透 水垫层相连通的多孔构造 , 在降雨过后 , 透水性 地面下垫 层土壤 中丰富的毛 细水通 过 自然蒸发和太 阳辐 射作用下 的蒸腾作用使地表的温度降低 , 从而能够有效地缓解城市 的“ 热 岛效应 ” 。 将废弃混凝土再生利用 以制备路 用生态透 水性再生 混凝土 , 一方面可 以发挥 透水性混凝土 的生 态环保效应 , 收 稿 日期 : 2 0 1 5 0 l _1 4 基 金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 1 2 7 8 0 7 3 ) ; 江苏省六大人 才高峰项 目, 江苏省产学研联合创新资金前睁 生 联 合研究项 目( B Y 2 0 1
13、3 0 2 41 7 ) 1 44 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 另一方面可以变废 为宝 , 节省天然骨料资 源 , 对 于改善城 市环境和维护生态平衡等都具有重大的现实意义 。 本文首先从透水性再生混凝 土的基本性 能 一强度与 透水性人手 , 考虑再生粗骨料品质与掺量 、 水胶 比、 成 型工 艺与养护机制以及矿物掺合料等主要影响因素 , 归纳总结 了国内外相关研究成果 ; 然后从路用透水性再生混凝土实 际工作状态出发 , 评述 了疲劳荷载与硫酸盐 侵蚀作用下 的 研究 现状 ; 最后提 出了上述方面发展领域 尚待解决 的一些 关键科学问题 。 1 透水性
14、再 生混凝土强度与透水性 1 1 再生粗骨料品质与掺量及规格 再生粗 骨料与天然石子 的本质 区别在于其 表面吸附 了大量 的水泥砂浆 , 加之生产过程 中产生的众多内部微裂 纹与累积损伤 , 导致 与天然石子相 比, 再生粗骨料 具有密 度低、 孔隙率与吸水率高、 压碎值大等显著劣势。 再生粗骨 料的品质与掺量成 为影 响透水性再生混凝 土性 能 的主要 因素。 再生粗骨料的品质越低, 掺量越大, 透水性再生混凝 土的强度也越低 。 R i z v i R a b i a h等 研究了再生粗骨料取代率为 1 5 、 3 0 、 5 0 、 1 0 0 条件下透水性再生混凝 土的性能 , 发现
15、随 着取代率的提高 , 抗 压强 度逐渐降低 , 孔 隙率 与渗透性增 大 , 在取代率为 5 0 时抗压强度和透水系数都较为理想 。 曹玉书等 将再生碎砖和再生废弃混凝土粗骨料按 照 1 0 0 : 0 ; 7 0 : 3 0 ; 5 0 : 5 0 ; 3 0 : 7 0 ; 0 : 1 0 0进行混合 制备透水 性再生混凝 土。 结果表明 : 随着再生骨料掺量 的增大 , 透水 混凝 土抗压强度呈 指数形式增长 , 透水性变化较 小 , 证 明 骨料品质越高, 所制备的透水性混凝土性能越佳。 薛东杰 采用水泥浆体外掺硅粉 的方式来改善再生 粗骨料 的表面状态从而达到强化再生骨料的效果 ,
16、 试验结 果表明水泥浆体外掺硅粉改性的粗骨料制备再生透水混 凝土强度可达 2 8 8 MP a , 透水系数 1 0 m m s 左右 , 可以满 足工程需要 。 再生粗骨料 的级配情 况直接会影响透水 性混凝土 的 强度和透水性以及一些其他 的性 能 , 粗 骨料粒径愈小 , 骨 料堆积颗粒间的接触点愈多 , 配制 的透水性混凝土的强度 越高 , 透水性能就越差 , 反之亦然。 从强度与透水性综合考 虑 , 采用 5 1 0 i Y l I n的单粒级 比 1 0 2 0 m m 与 1 6 3 1 5 m m 效果好 , 适当增加 2 3 6 4 7 5 mm粒 径的 比例 , 可在 透水
17、性满足要求的前提下获得较高的强度 。 1 2水 胶 比 水胶比对透水 性再 生混凝土强度 和透水系数 的影 响 至关重要 。 水胶 比过低 , 浆 体不能 与骨 料充分 黏结 , 成 型困难 , 导致透水性再生混凝土强度 较差 ; 而水胶 比过高 , 粗骨料表面的水泥浆体厚 度减薄 , 水泥强度下 降, 造成 骨 料间黏结强度下降而使透水混凝土强度降低 。 透水性再生 混凝土适宜水胶 比一般在 O 2 8 0 3 2之间 。 P a n g G a i F e i 等 研究了水胶 比在高温加热 的条件 下对性能的影响。 试验主要采用高低两种水胶 比( W B为 0 2 5 5 、 0 5 8
18、6 ) , 探讨 了透水 混凝土抗 压强度 和断裂 能力 。 结果表明 : 低水胶比在无高温加热 的条件下 , 抗压强度和断 裂能力明显 比高水胶 比优越 。 然而在高温加热 时, 再生透 水混凝土性能低水胶 比却 比高水胶 比低。 S a e i d H e s a m i 等 研究 0 2 7 、 0 3 3 、 0 4三种水 胶 比对 掺加稻壳灰和纤维透水混凝土的影 响, 通过收缩试验得 到 一 个 明显 的趋 势 , 水 胶 比在 0 3 3时透水 混凝土的力学性 能达到最好 。 朱平华等 研究颜料 、 水胶 比、 矿渣 、 粉煤灰和纤维 对再生透水混凝土 的抗压强度、 弯拉强度和透水
19、系数 的影 响 , 指出水胶 比是影响路用透水 型生态再生混凝土性能的 最主要 、 最显 著 因素 。 陈春红 和孙 家英 也得 出相 同 结论。 1 3 成型工艺与养护机制 透水性再生混凝土常采用插捣、 振动 、 静压 、 振压等工 艺或以上工艺的组合成型。 徐仁崇等 对 比研究了以上 工艺的优劣 , 发现 : 插捣成型法可 以使透水 混凝 土获得较 高 的透水系数但抗压强度较低 ; 随着振动时间和成 型压力 的增加 , 透水混凝土 的抗压强度先增大后 减小 , 而透水 系 数则逐渐降低; 振压成型法制备的混凝土抗压强度及透水 性能较优 。 程火焰等 采用振动成型的方法 , 比较 不同水胶
20、比、 不 同目标孔隙率下 , 不同振捣时问对透水性混凝土抗压强 度 、 透水系数 及孔 隙率 的影 响。 结果表 明 : 当振捣 时 间为 0 6 S 时 , 抗压强度随振捣时间变化趋 势较缓 ; 当振捣时问 为 6 1 2 S 时, 抗压强度上升很快 , 强度和密实度趋于最佳 ; 当振捣 时间超 过 1 2 S 时 , 随振 捣时 间增加 , 强 度反 而下 降。 随着 日振捣时间的增长, 试块孔隙率和透水系数均减 小 , 孔隙率减小速度较快 , 透水系数却 比较平缓。 同时结合 强度考虑 , 当振捣时 间为 1 2 S 时, 抗压强度和透水 系数达 到最大 , 分别为 2 0 5 MP a
21、 和 3 mm s 。 张朝晖等 研 究 了不 同 的成 型方式 和养 护机制 , 指 出试件在振动 压 力复合成 型与标 准养护 的条件下 , 强 度 性能与透水性能最优 , 2 8 d 抗压强度 1 7 9 MP a , 透水系数 1 7 m m s 。 邱书恒等 指 出在成型压力 为 2 5 MP a 下压制成型 或振动成型的振动时间为 1 0 S 时 , 透水性混凝土的抗压强 度和透水性均较好 ; 应用手工插捣和振 捣相结合得方法能 使抗压强度和透水性满足使用要求。 付放华等 比较 了插捣 、 振动 、 加重物振动和加压成 型制备试样 , 其 中振动成型 ( 振动 1 5 S ) 和压
22、制成 型 ( 压力 2 0 k N, 加压 3 0 s ) 试样透水系数大于 2 0 m m s , 其 2 8 d抗 压强度大于 2 0 MP a , 可满足轻型道路要求。 国内外学者对透水性再生混凝 土的养护机制进 行 了 大量的研究 , 如陶新 明 叫研究 了覆膜养 护 、 水 中养 护 、 饱 和 C a ( O H) : 溶液 中养护和标准养护对透水混凝土抗压强 度的影响。 结果表明, 采用覆膜养护和水中养护 , 抗压强度 随龄期的增长呈现一种先提高而后降低的趋势。 在饱和 C a ( O H) 溶液 中养 护和标准养护 , 抗 压强度 随龄期 的增 1 45 学兔兔 w w w .
23、x u e t u t u .c o m 长而不断提高。 事实上 , 不 同类别 的再生透水混凝 土水化 机理也不 同, 应根据混凝土所用胶凝 材料种类 、 水化机理 等选用相应 的养护机制。 1 4 矿物掺 合料与增强剂 在透水性再生混凝土 中添加矿物掺合料 与增强剂有 利于改善其整体性能。 刘兰等 研究 了聚丙烯纤维对 透水性再 生混凝 土性 能的影响。 结果表明 , 聚丙烯纤维加入后降低 了透水性能 , 当体积掺量为 0 1 时 , 抗压强度提高 了9 4 以上 , 抗折强 度提高 了 5 0 以上 , 透水 系数仍保 持大 于 2 mm s 的较 高 水平 ; 但体积掺量超过 0 5
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