再生透水型生态混凝土试验研究.pdf

2 0 1 2年 第 7 期 (总 第 2 7 3 期 ) N u mb 7 i n2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 RE ADY M Dr ED CONCRETE 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 2 0 7 0 2 9 再生透水型生态混凝土试验研究 刘荣桂 ，张瑶 。徐 荣进 ，何政钦 ( 江苏大学 ，江苏 镇江 2 1 2 0 1 3 ) 摘要 ： 通过水泥外掺硅 粉浆 液、 水泥外掺 I 级粉煤灰浆液 、 盐 酸溶 液对 破碎 C 3 0废弃混凝土所得的再生骨料进行改性后 ； 采用不 同的 搅拌和投料方式， 制备出透水型生态混凝土， 得出用盐酸溶液进行改性的骨料制备出的透水型生态混凝土 2 8 d 抗压强度最高达 1 8 8 MP a ， 透水系数 1 0 5 mm s 。 关键词： 透水型生态混凝土； 再生骨料；改性；抗压强度 ；透水系数； 中图分类号 ： T U5 2 8 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 8 9 0 4 St u dy on r e c y c l e d por ou s ec o- c onc r e t e L I UR o n g - g u i ， Z HA NG Y a o ， XURo n g -j i n ， HEZ h e n g - q i n ( J i a n g s u Un i v e r s i t y ， Z h e n j i a n g 2 1 2 0 1 3 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e s t ud y us e d c e me n t mi x e d wi t h s i l i c a f ume s l u r r y c e me n t mi x e d wi t h I p u l v e riz e d c o a l a s h s l u r r y h y d r o c h l o r i c a c i d s o l u t i o n t o mo d i f y t h e r e c y c l e d a g g r e g a t e fr o m the b r o k e n C3 0 wa s t e c o n c r e t e ； u s i n g di f f e r e n t mi x i n g a n d f e e d i n g wa y， p r e p a rin g p e r v i o u s e c o - c o nc r e t e， o b - rui ne d b y h y d r o c h l o r i c a c i d s o l ut i o n f o r mo d i fi e d a g gr e g a t e p r e p a r a t i o n o f p o r o us e c o c o n c r e 2 8 d c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f u p t o 1 8 8 M P a， 1 0 5 mm s p e r me a b i l i ty c o e f fi c i e n t Ke ywor d s： po r o u s e c o - c o n c r e t e ； r e c y c l e da g gre g a t e； mo d i fie d； c o mp r e s s i v e s tre n g t h； p e rm e a b i l i ty c o e f fic i e n t 0 引 言 近年来， 随着世界城市重建以及基础设施扩建的快速发展， 产生的建筑垃圾的数量越来越巨大， 其中废弃混凝土占到了总 量的 3 0 ,- 4 0 ， 给人类的生活与环境带来了许多负面影响【 】- 5 。 出于保护 自然资源和生态环境的目的， 世界各国对废弃混凝土 的再生利用进行了大量研究， 在国外已经达到了应用阶段， 但我 国由于起步比较晚， 再生混凝土的研究尚处于实验室阶段， 目前 少量再生混凝土用于路面、 基础和非承重结构 ， 而用于承重结 构如房屋建筑、 桥梁工程还没有出现 。 另一方面， 随着现代化 的进程 ， 人的活动范围不断增大， 人们趋向于追求舒适 、 安全的 生活环境 ， 这就对那些公共设施提出了更高的要求雨天路 面要能够迅速排除降水 ， 防止路面积水和夜间反光， 改善车辆 行驶及行人行走 的舒适性 与安全性 ； 能够很好的吸收车辆行驶 时产生的噪声 ， 创造安静舒适的交通环境。 公园、 超市等大型公 共场合应能迅速排水， 方便人们出行。 这些要求使得透水性材料 的研究应用得以发展。 欧美、 E t 本等一些发达国家， 从 2 O世纪 8 0年代起开始研发了透水性混凝土材料， 并将其应用于堤坝、 广场、 步行街、 道路两侧和中央隔离带、 公园内的道路及停车场 等实际工程【7 _ 0 1 。 此外 ， 由于我国硬化地面面积快速增加， 导致 地下水资源得不到有效补充， 作为一个水资源短缺的国家， 发 展透水路面材料有利于水土保持。 虽然说我国也有学者尝试用 废弃混凝土破碎而来的再生骨料配制透水性混凝土， 并取得了 较好的结果， 但是其配制的混凝土中由于没有掺加细集料砂子， 因此其强度并不高 1 1 】 。 收稿 日期 ：2 0 l 2 _ o 1 - 0 5 本研究采用配制强度等级 C 3 0的废弃混凝土破碎而来的 再生骨料配制透水型生态混凝土， 初步研究了不同方法对集料 进行改性， 且比较各种方法对透水型生态混凝土性能的影响， 探 讨了保证其透水性前提下， 何种方法能最大的提高其强度。 1 试验原材料 1 1 原材料性质 ( 1 ) 水泥 ： 普通硅酸盐 P O 4 2 5级水泥， 密度 3 0 1 e C c m ， 8 0 m筛筛余 5 O ， 比表面积 4 0 6 9 m2 k g ， 标准稠度用水量2 8 。 ( 2 ) 集料： 由某搅拌站结构实验室废弃的混凝土构件经破 碎加工而成， 其设计强度为 C 3 0 ， 采用 5 1 6 5 m l T l 粒径的集料， 试验所用骨料物理性质如表 1 所示 。 表 1 集料物理性质 ( 3 ) 外加剂 Z S 1 ： 自主研制的一种透水型生态混凝土添加剂。 ( 4 ) 盐酸： 浓度为 3 5 ， 市购。 ( 5 ) 水： 自来水。 2 再生骨料改性试验 ( 1 ) 水泥外掺硅粉浆液： 硅粉的主要成分为 S i O ， 硅粉粒径 在 0 0 7 0 2 tx m， 比水 泥颗粒粒径范 围( 7 - 2 0 0 I m) J , 2个 数量 级 ， 能充填于水泥颗粒间， 使水泥石具有致密的结构， 从而提高 8 9 混凝土强度。 ( 2 ) 水泥外掺 I 级粉煤灰浆液。 再生粗骨料强化的试验条件 见表 2 。 表 2再生粗骨料 强化 的试验条件 ( 3 ) 盐酸溶液对再生粗骨料的改性试验。 原理： 盐酸与包裹在再生粗骨料表面的水泥砂浆中水化产 物 C a ( O H) ： 反应， 破坏和改善再生粗骨料颗粒表面 ， 从而改善 再生骨料性能。 C a ( OH) 2 十 2 H C l + c a C 1 2 + 2 H 2 0 ( 1 ) 方法： 按照处理每 1 k g 再生粗骨料所需要的盐酸量量取合 适的盐酸量， 将 HC I 倒人适量的水中， 搅拌均匀后， 把再生骨料 倒人调配好的溶液中， 浸泡将 9 0 mi n 。 在此期间， 用棒加以搅拌 或用力来回颠簸 ， 尽量赶走骨料表面的气泡， 最后将再生骨料 用带筛孔的器皿沥出， 并在( 1 1 0 + 5 ) 下烘干。 3 骨料 改性试验 结果与讨论 改性方法对再生粗骨料基本性能的影响， 见表 3 。 表3 改性后的再生粗骨料基本性能 方法 空 从表 3可以看出， 经过水泥外掺硅粉浆液、 水泥外掺粉煤 灰浆液强化后的再生粗骨料的含水率 、 吸水率一般都高于未 强化的再生粗骨料 ， 且吸收速率很大。 造成这一现象的原因是 因为再生粗骨料颗粒棱角多， 表面粗糙 ， 组分中包含相当数量 的硬化水泥砂浆 ， 再加上水泥石本身孔隙比较大， 且在破碎过 程 中 ， 其 内部 往往会产 生大 量 的微 裂缝 ， 而 经过浆 液强化 后 ， 再生粗骨料表面又被裹 了一层厚厚的硬化浆液 ， 这又会在一 定程度上增大其吸水率。 经水泥外掺硅粉浆液、 水泥外掺粉煤 灰浆液强化后的再生粗骨料的表观密度较未强化的粗骨料明 显的增大， 但还低于天然粗骨料。 这说明浆液能在一定程度上 充填再生粗骨料 的孔隙， 减小再生粗骨料的孔隙率和孔隙中 的含气量 ， 从而使强化后的粗骨料表现密度提高。 经水泥外掺 硅粉浆液、 水泥外掺粉煤灰浆液强化后的再生粗骨料的压碎指 标较未强化再生粗骨料有较明显的降低。 这表明浆液能在一 定程度上充填再生粗骨料的孔隙和黏合破碎过程中其内部产 生的一些微裂缝， 因而强化后再生粗骨料本身的强度得到一定 程度的提高。 盐酸改性是所有改性处理中效果最好的， 这是因为盐酸与 包裹在再生粗骨料表面的水泥砂浆中水化产物 C a ( OH) ： 反应， 破坏和改善再生粗骨料颗粒表面， 从而改善再生骨料的性能。 4 再 生透水 型生态混凝土配合 比设计 透水混凝土配合比设计时要兼顾强度和孔隙率， 本试验采 用体积法。 所谓体积法指以原有粗集料孔隙率为基础， 依据目标 孔隙率经详细计算得水泥、 水及外加剂等组成材料的掺量， 以控 90 制填浆体积， 具体配合比见表 4 。 表 4 透水混凝土配合比设计 利用不同改性方法处理后的再生粗骨料取代 1 0 0 的天然 粗骨料， 按照表4配合比制备水灰比W C分别为 0 4 1 、 0 4 3 、 0 4 5 和 0 4 7的再生透水 型生态混凝土 ， 见表 5 。 表 5再生透 水型 生态混凝土配合 比 水灰 t ( z s I + W) C 粗骨料 k g 砂 k g 水泥 k g Z S 一 1 L 水 L 5 1 3 O 0 5 l 3 6 0 注 ： 粒径 5 1 6 5 mm 的天然砾石 ； 未强化 5 - 1 6 5 mm的再生粗 骨料 ； 水泥外掺硅粉浆液改性 5 1 6 。 5 mm的再生粗骨料 ； 水泥外掺 粉煤灰浆液改性 5 -1 6 5 mm 的再 生粗骨料 ；盐酸改性 5 -1 6 5 mm的 再生粗骨料 。 4 1试验 结果 ( 1 ) 按照 G B 5 0 0 8 1 2 o 0 2 普通混凝土力学性能试验方法 标准 进行抗压强度试验 ， 根据公式 N = P A得到 7 、 2 8 d的抗 压强度 。 ( 2 ) 透水系数的测量。 用透水系数表征该混凝土的透水性 能， 其测试方法是基于 Da r c y定律的理论 ， 根据 日本混凝土工 学协会推荐的大孔混凝土透水性试验方法 13 ， 参考了 J I S A1 2 1 8 规定的土壤透水性的试验方法， 采用固定水位和可变水头相结 合的试验装置， 试验原理如图 1 。 图 1 透水性试 验装置 0 O O 0 砌 加 加 晌 吣 钢 4 4 4 4 ( 3 ) 透水系数。 表征大孔混凝土透水系数与表征普通混凝 土渗透性的渗透系数相似， 即在一定水头下 ， 单位时间内透过 混凝土的水量与混凝土透水面积成正比， 与混凝土透水厚度成 反比。 测定水温下的透水系数通过式( 1 ) 计算： K f 等 A h - t ( 2 ) H ( ， ) 式 中： 下 的透水系数 ， c m s ； _ 式样的高度 ， c m； 9 时刻 t l 到 t 2 的透水量， c m3 ； 日水位差 ， c m； h - t 2 测定 时间， s ； A 截面面积 ， c m2 。 试验测试结果见表 6 。 表 6试验测试 结果 注 ： A为水灰 比 0 4 1 ； B为水灰 比 0 4 3 ； c为水灰 比 0 4 5 ； D为水 灰 比0 4 7 ； 1 为天然砾石； 2 为未强化再生粗骨料； 3 为水泥外掺硅粉浆液 改性再生粗骨料； 4为水泥外掺粉煤灰浆液改性再生粗骨料； 5 为盐酸 改性再生粗骨料 。 5 再生透水型生态混凝土试验结果分析 5 1 影响再生透水型生态混凝土强度 因素 ( 1 ) 水灰比对其强度影响见图2 、 3 。 图 2 6中， 再生骨料 1 为未强化再生粗骨料； 再生骨料 2为 水泥外掺硅粉浆液改陛再生粗骨料； 再生骨料3为水泥外掺粉煤灰 浆液改性再生粗骨料； 再生骨料4为盐酸改f生 再生粗骨料。 图 2 、 3给出了不同水灰比对再生透水型生态混凝土强度 的影响 ， 从 图中可以看 出 ， 当水灰 比从 0 4 1 增大 到 0 4 5时 ， 强 度有所上升， 这是因为当用水量增加时， 水泥水化充分， 进而能 够提高其强度 ， 但当从 O 4 5增加到 0 4 7 是强度反而有所下降， 这说明搅拌用水的继续增加使得形成的水泥浆膜偏厚， 导致集 料被撑开 ， 减弱了集料间的磨擦、 嵌挤作用对混凝土强度的贡 献， 其强度也就出现相应偏差。 因此再生透水型生态混凝土有比 兰 鹱 蓍 罱 水灰 t g w c 图 2 水灰 比和 7 d抗压强度关系 水 灰 比W C 图 3 水灰比和 2 8 d抗压强度关系 一天然 骨料 圆 再生 骨料3 ” H ” m0 8 6 4 2 0 8 6 4 2 =、 黑出辗口 g g 籁 1 篙 水灰 比w， c 图 5 水灰比和透水 系数关 系 一 天然骨 料 圈再 生骨料3 l 水 灰 比W C = 0 4 5 图 6 水灰 比 0 4 5时不 同粗骨料和透水 系数关 系 从图 5 、 6可知， 再生骨料对再生透水型生态混凝土透水系 数有一定的影响， 使其透水性有所降低 ， 主要因为再生骨料的 吸水率增大， 搅拌时产生的水泥浆膜比较厚 ， 导致阻塞一些连 通孔， 从而降低其透水性。 6结论 ( 1 ) 盐酸溶液进行改性的骨料制备出的透水型生态混凝土 2 8 d抗压强度最高达 1 8 8 MP a ， 透水系数 1 0 5 n l m s ， 能应用于 对强度和透水性有较高要求的工程。 ( 2 ) 在外加剂 Z S 1 掺量一定的情况下， 再生透水型生态混 凝土合适的水灰比为 O 4 5 。 ( 3 ) 经过改性处理后的再生粗骨料 ， 由于其基本性能的改 善使其所配制的再生透水型生态混凝土的强度也一定提高， 最 明显的是盐酸改性方法。 ( 4 ) 添加 自行研制的 z s 1外加剂 ， 再生透水型生态混凝土 的 配合 比为 ， C = 3 0 0 k g ： G = 1 4 5 0 k g ：S = 2 0 0 k g ：Z S 1 = 5 L ： W= I 1 8 0 1 3 6 0 L。 参考文献 ： 1 1朱缨 建筑废弃混凝土再生利用的分析与研究【 J 建筑石膏与胶凝材 料 ， 2 0 0 3 ( 9 ) ： 5 7 5 9 【 2 】 户恩增 ， 艾长发， 李俊， 等再生混凝土粗集料性能的试验研究 J J _ 四 川建筑 ， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 4 ) ： 1 4 9 1 5 I 3 杜婷， 李惠强， 覃亚伟， 等 再生混凝土未来发展的探讨【J 混凝土， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 4 9 5 0 4 Mi n i s t r y o f E n v i r o n m e n t o f K o r e a ， T h e S t a t u s o f Wa s t e G e n e r a t i o n a n d T r e a t me n t i n， 2 0 01 5 】邓寿昌， 张学兵， 罗迎社废弃混凝土再生利用的现状分析与研究展 望阴 混凝土， 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 2 0 2 4 f 6 j6 罗蓉， 冯光乐， 凌天清 再生水泥混凝土研究综述 中外公路， 2 0 0 3 ， 2 3 ( 2 ) ： 8 3 8 6 7 】杨善顺环境友好型混凝土一透水性混凝土 J 广东建材 ， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 3 6 3 9 8 】P o r o u s c o n c r e t e s l a b s a n d p a v e m e n t d r a i n w a t e J C o n c r e t e c o n s t r u c t i o n ， 1 9 8 3 ( 9 ) ： 6 8 5 6 8 8 9 徐清， 吴培关， 宋万明透水性聚丙烯纤维增强混凝土试验研究 J 】 _ 新 型建筑材料， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 5 3 5 4 【 l 0 】 吴初航 ， 顾民治 透水性多功能混凝土研发与应用前景U 】 城市道桥 与防洪， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 1 0 0 1 0 2 1 1 】 周勇， 肖汉宁， 李九苏无砂透水性再生混凝土生产工艺研究 J 混凝 土 2 0 0 8 ( 9 ) ： 3 6 3 7 1 2 铺装用透水，I生 生态混凝土的质量要求、 制造和施工方法r Z 】 佐藤道 路( 株) 技术研究所 【 1 3 吴智仁， 陆春华 ， 等现浇护堤植生型生态混凝土性能指标及耐久性 能的研究 J 1 _ 江苏大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 5 ( 5 ) ： 3 8 0 3 8 3 作者简介： 刘荣桂( 1 9 5 7 一 ) ， 男， 教授， 博士生导师， 主要从事结构优化 理论及计算、 预应力结构耐 性 研究、 R C P C结阿计算理论、 生态混凝土的制备工艺与推厂、 C F R P 索斜拉桥。 联系地址： 江苏省镇江市江苏大学土木工程系( 2 1 2 0 1 3 ) 联 系电话 ： 1 3 9 5 2 8 5 9 6 3 0 0 0 徐工混凝土机械江苏客户活动隆重举行 7月 l 6 1 7日， 徐工混凝土机械江苏客户活动隆重举行， 全面拉开了徐工混凝土机械成套设备全面进军市场的序幕。 就在 2 0天 前的 6月 2 5日， 占地近千亩、 产值 3 0 0亿的混凝土机械产业基地竣工投产， 实现了徐工混凝土机械产业的结构升级和能力升级。7 月初， 成功收购全球混凝土机械领先者德国施维英 ， 徐工混凝土机械技术水平攀登世界巅峰。徐工混凝土机械产业正以史无前例的 活力和动力， 大手笔、 高密度开展产业布局和市场推进活动 ， 全面构建全球混凝土机械产业发展新格局。来自江苏省住房和城乡建 设厅 、 江苏省建筑钢结构混凝土协会、 以及江苏省 5 0 0多名客户朋友共同参加晚会， 共同感受徐工建机真挚热忱的好客之情 ， 共同 见证徐工混凝土机械产业蓬勃的发展力量。 徐工混凝土机械已经走过了2 5 年发展历程。早在 2 O 世纪 8 O年代， 徐工就引进国际混凝土机械先进技术 ， 成功开发出我国第 一 台混凝土泵车、 第一台混凝土搅拌运输车和第一台混凝土搅拌站。2 5年自主创新 ， 2 5年深度钻研， 2 5 年拼搏进取 ， 赋予了徐工混 凝土机械产业深厚的技术积淀和文化底蕴， 也使徐工混凝土机械产业具备了冲向世界级水平的底气和实力。目 前， 在徐工集团的战 略布局下 ， 徐工混凝土机械已全面形成了混凝土泵车、 混凝土搅拌车、 干混砂浆运输车、 混凝土搅拌站 、 干混砂浆搅拌站“ 三车两站” 的产业格局 ， 为客户提供混凝土施工领域的成套化解决方案。 此次混凝土机械江苏客户活动的举办， 全面拉开了徐工混凝土机械成套设备全面进军市场的序幕。徐工集团董事长、 党委书记 王民表示 ： 徐工混凝土机械的“ 十二五” 战略布局上， 大手笔动作接连不断： 6月底 ， 占地面积近千亩、 总投资 2 O 亿元的混凝土泵送机 械和搅拌机械两大基地全面竣工投产， 打造形成了徐工自主品牌混凝土机械成套性 、 全系列协同发展的新格局。 7 月初 ， 徐工控股收 购世界混凝土成套设备顶级企业的德国施维英公司， 将极大地加速徐工成套混凝土机械和各大门类工程机械的国际化进程。徐工 集团必将在未来的 3 年内， 在中国、 在全球， 形成三分天下的格局， 为客户、 为社会带来更大的效益和价值。 92 4 2 O 8 6 4 2 O 一 曼 、 糕 繁喇