再生骨料透水混凝土性能及改性研究

　　摘要：作為一種全新的建筑材料，再生骨料透水混凝土不僅具備較強(qiáng)的綠色性能和經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)勢(shì)，還具備顯著的環(huán)境優(yōu)勢(shì)和效益。再生骨料透水混凝土的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)較為顯著，是今后混凝土行業(yè)乃至建筑施工行業(yè)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的重要施工材料。基于此，該文將以再生骨料透水混凝土性能為基礎(chǔ)展開詳細(xì)研究，全面分析材料應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)其相關(guān)改性問題展開詳細(xì)論述，希望對(duì)再生骨料材料的實(shí)際應(yīng)用提供有效幫助。

　　關(guān)鍵詞：再生骨料 透水混凝土 性能特點(diǎn) 施工材料

　　與普通混凝土相比，透水混凝土的透水性效果顯著，有著較高孔隙率，在合理應(yīng)用的過程中可有效緩解城市排水系統(tǒng)壓力，減小地表徑流，是一種特點(diǎn)顯著的環(huán)境友好型新材料，近年來在建筑行業(yè)和土木工程行業(yè)均得到了較大發(fā)展。研究表明，在建筑行業(yè)中每年都會(huì)出現(xiàn)大量建筑垃圾，且這些建筑垃圾和廢料呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在此背景下加強(qiáng)再生骨料透水混凝土材料的應(yīng)用就尤為必要，其不僅能有效緩解垃圾存儲(chǔ)問題，還能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)自然資源的保護(hù)，是提升社會(huì)整體效益的重要手段。此背景下，該文將著重論述再生骨料透水混凝土性能與改性問題，著重研究和探討現(xiàn)有材料問題與應(yīng)用特點(diǎn)，為材料行業(yè)健康發(fā)展提供參考價(jià)值。

　　1 再生骨料透水混凝土概述

　　所謂再生骨料透水混凝土主要是一種輕質(zhì)透水混凝土，由水泥、外加劑、水和骨料組成[1]。此前，制備透水混凝土已經(jīng)有了基礎(chǔ)理論研究，而再生骨料主要是對(duì)透水混凝土中的部分骨料予以替換，在合理配比分析過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)再生骨料的分級(jí)和清洗，將其融合于混凝土材料后，進(jìn)一步提升再生骨料透水混凝土抗壓性能和透水強(qiáng)度。在某種程度而言，對(duì)再生骨料透水混凝土的強(qiáng)度和耐久度進(jìn)行研究，探索再生骨料透水混凝土技術(shù)手段對(duì)于社會(huì)材料領(lǐng)域健康發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響。

　　當(dāng)前傳統(tǒng)路面建設(shè)中主要材料為瀝青混凝土、水泥混凝土等，雖然這類材料的整體強(qiáng)度較高，但透水效果并不樂觀，所以城市降雨量一旦增加，排水系統(tǒng)很可能受到嚴(yán)重影響，形成的路面大量積水很可能造成群眾生產(chǎn)生活受阻[2]。作為透水性路面的重要組成材料，再生骨料透水混凝土的透水性效果顯著，其材料在混凝土中增加了很多表面粗糙且孔隙率較大的特殊材料，透水性效果顯著，可發(fā)揮良好滲水能力，對(duì)于城市中路面排水不暢問題有著重要影響。同時(shí)這類材料的也應(yīng)用還能有效降低城市環(huán)境溫度，在增加空氣適度的基礎(chǔ)上改善城市現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境，是城市熱島效應(yīng)得以緩解的重要手段。

　　2 再生骨料透水混凝土的性能特點(diǎn)

　　2.1 再生骨料透水混凝土的抗壓性

　　在再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度中，影響最為深遠(yuǎn)的因素之一就是水灰比。如果水灰比例控制在合理范圍內(nèi)，其材料抗壓強(qiáng)度也將隨著水灰比的增加出現(xiàn)變動(dòng)。基于水灰比會(huì)對(duì)水泥漿稠度產(chǎn)生直接影響，因此如果水灰比過大，水泥漿體中的粘結(jié)材料也會(huì)受到顯著影響，出現(xiàn)粘稠度降低，這也意味著骨料包裹后的水泥漿體會(huì)發(fā)生改變，甚至出現(xiàn)硬化后再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度下降問題。反之，如果水灰比過小，水泥漿很難實(shí)現(xiàn)對(duì)骨料的全面包裹，此種情況也會(huì)造成骨料粘結(jié)性下降問題，不利于混凝土材料抗壓強(qiáng)度的提升[3]。同時(shí)，再生骨料透水混凝體強(qiáng)度在再生骨料摻量增加過程中，很可能出現(xiàn)先增加后降低的情況。由于再生骨料的表面存在較強(qiáng)的粗糙度特點(diǎn)，因此在骨料摻入量小于30%后，可能實(shí)現(xiàn)和天然骨料的有效融合，此情況下骨料的摩擦力和穩(wěn)定性將得到顯著提升，是材料抗壓強(qiáng)度提升的重要基礎(chǔ)。但再生骨料的摻量增加到50%后，骨料表面會(huì)出現(xiàn)明顯的裂縫問題，長(zhǎng)期受到荷載影響很可能發(fā)生邊界膨脹，甚至引發(fā)其他材料損傷問題。為避免此類情況的發(fā)生，在天然骨料中也要適當(dāng)添加一定比例的再生骨料，只有這樣才能在界面粘結(jié)力不斷提升的背景下，實(shí)現(xiàn)再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定提升[4]。單一粒徑范圍的集料可以在專業(yè)技術(shù)操作后轉(zhuǎn)變?yōu)橥杆炷粒@也意味著抗壓強(qiáng)度會(huì)根據(jù)透水混凝土粒徑變化出現(xiàn)明顯改變。所以，當(dāng)再生骨料粒徑出現(xiàn)變化后，骨料的接觸面積就會(huì)逐漸減少，引發(fā)透水混凝土遮擋阻力降低，此種情況也會(huì)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度造成嚴(yán)重影響。

　　2.2 再生骨料透水混凝土的透水性

　　首先，在再生骨料透水混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，水灰比會(huì)直接對(duì)材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。如果水灰比增加，水泥漿很可能出現(xiàn)流動(dòng)性增加問題，甚至重力作用和影響下，透水混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到干擾，水泥漿直接在孔隙中進(jìn)行流動(dòng)，作用混凝土底部結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)水泥漿完成硬化要求后就會(huì)造成滲透性明顯下降問題。而水灰比較小情況下，過于粘稠的水泥漿也無法在混凝土材料中完成滲透，無法滿足再生骨料透水混凝土的透水要求。其次，再生骨料粒徑也會(huì)對(duì)透水性產(chǎn)生直接影響，換言之，骨料粒徑越大意味著混凝土透水性特點(diǎn)越顯著。這是因?yàn)榇罅皆偕橇现g的骨料顆粒較大，因此材料接觸點(diǎn)和接觸面積有限，增加了相鄰骨料之間的孔隙。此外，透水混凝土材料中存在大量孔隙結(jié)構(gòu)，所以混凝土中集料的粘結(jié)面積較低也使得混凝土水分流通率得到明顯提升。最后，再生骨料透水混凝土中應(yīng)用粉煤灰和硅粉等材料的填充效果顯著[5]。在材料填充過程中，這類材料的應(yīng)用可以有效降低孔隙大小和數(shù)量，這就要求施工人才在尊重透水性能標(biāo)準(zhǔn)和要求的基礎(chǔ)上合理控制填充量，避免滲透系數(shù)受到負(fù)面影響。

　　3 再生骨料強(qiáng)化方法概述

　　當(dāng)前常見的高品質(zhì)再生育骨料高品質(zhì)方法分為機(jī)械研磨法和濕處理法。無論是對(duì)水泥層表面裂縫進(jìn)行去除還是填補(bǔ)，都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)再生骨料強(qiáng)度提升和吸水率的降低要求。

　　3.1 機(jī)械研磨

　　在對(duì)機(jī)械研磨法進(jìn)行應(yīng)用過程中，可以采用選擇性研磨法和空氣加熱研磨法，這些手段的應(yīng)用都能在不同程度上實(shí)現(xiàn)再生骨料品質(zhì)的優(yōu)化，此外，這種物理手段的應(yīng)用可以有效去除天然骨料的表面雜質(zhì)，當(dāng)水泥漿體整體質(zhì)量得到優(yōu)化后，其骨料強(qiáng)度必然得到顯著提升，優(yōu)勢(shì)性能較為顯著。

　　3.2 濕處理法

　　當(dāng)前，對(duì)再生骨料強(qiáng)度進(jìn)行提升期間，濕處理法也是常見的手段之一。所謂濕處理法指的就是對(duì)再生育骨料進(jìn)行浸泡，或者直接在表面進(jìn)行對(duì)應(yīng)試劑涂抹，通過此種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)再生骨料表面裂縫和孔隙的填補(bǔ)。此外，在化學(xué)手段影響下，試劑中材料可以更直接的和骨料膠結(jié)層產(chǎn)生反應(yīng)，這對(duì)于骨料表面漿體層的去除也有著十分重要的影響。目前應(yīng)用率較高的化學(xué)漿液主要有純水泥漿、有機(jī)硅防水劑和聚合物乳液等等。

　　3.3 碳化反應(yīng)

　　通過對(duì)混凝土碳化反應(yīng)研究可知，二氧化碳對(duì)于再生骨料力學(xué)性能的提升有著重要幫助。純度極高的二氧化碳在對(duì)再生骨料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)過程中，可以獲取碳化程度不相同的再生粗骨料。且實(shí)驗(yàn)證明，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，骨料碳化效果越高，這對(duì)于骨料整體強(qiáng)度提升也有著十分顯著的積極影響。相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過碳化處理后的再生骨料可以顯著提升骨料表面密度，降低骨料整體吸水率，這也可以幫助再生骨料實(shí)現(xiàn)自身性能的優(yōu)化，最大程度接近天然骨料的材料標(biāo)準(zhǔn)與要求。

　　3.4 超聲波洗滌

　　除了可以在工作中應(yīng)用上述方法之外，在對(duì)骨料預(yù)處理過程中采用的清洗方法往往也會(huì)直接對(duì)再生骨料的強(qiáng)度產(chǎn)生影響，和其他手段相比，超聲波洗滌法應(yīng)用期間的經(jīng)濟(jì)效益更為顯著，是一種高效的清洗手段。

　　4 再生骨料透水混凝土改性研究

　　4.1 再生骨料粒徑改性

　　通過上文研究可知，再生骨料粒徑越小意味著透水混凝土孔隙越小，能保證分布的均勻性，特別是骨料和混凝土接觸面積的增加，使得水的粘滯阻力增加，不利于水傳輸效率的提升。此外，基于粒徑增大孔數(shù)增加，所以骨料之間的接觸面積必然有所下降，這些問題的出現(xiàn)也會(huì)造成透水混凝土強(qiáng)度降低。所以，目標(biāo)孔隙度增加和再生骨料粒徑提升都會(huì)造成混凝土透水性能增加，透水混凝土強(qiáng)度在此背景下必然會(huì)出現(xiàn)降低情況。作為材料施工人員，在對(duì)透水混凝土進(jìn)行配置期間，更需要加強(qiáng)對(duì)透水性能和材料強(qiáng)度因素的分析，只有在全面考慮兩方面因素的背景下才能有效發(fā)揮出再生骨料透水混凝土的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

　　4.2 膠結(jié)層水泥用量改性

　　與水灰比相同，在不增加粘結(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上，利用表面積的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥漿厚度和接觸面積增加的方式實(shí)現(xiàn)透水混凝土強(qiáng)度的提升要求。再生骨料強(qiáng)度要求較高，但水泥膠凝劑的強(qiáng)度要求相對(duì)較低，此背景下使得骨料和水泥漿體界面的連接位置強(qiáng)度有限，抗壓能力不佳，因此在二者交界界面發(fā)生強(qiáng)力外力干預(yù)，很可能受到嚴(yán)重影響，甚至對(duì)整體結(jié)構(gòu)造成破壞[6]。這就要求施工人員在操作期間通過對(duì)粘結(jié)點(diǎn)粘結(jié)強(qiáng)度的提升，實(shí)現(xiàn)界面過渡能力的提升，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)透水混凝土強(qiáng)度的增加。

　　4.3 再生骨料取代率改性

　　通過上文研究可知，再生骨料的增加會(huì)對(duì)透水混凝土孔隙度造成先減小后增加的影響。所以再生骨料置換率達(dá)到百分之四十以上后，透水混凝土的孔隙率也將明顯降低。同時(shí)，基于再生骨料用量的提升，混凝土的滲透系數(shù)也將發(fā)生先減小后增加的情況。再生骨料的增加可以有效提升混凝土中的孔隙率，換言之，混凝土結(jié)構(gòu)的滲透效果將不斷提升，當(dāng)施工人員及時(shí)進(jìn)行再生骨料置換后，混凝土的抗壓能力將得到顯著提升，這也意味著合理、科學(xué)的材料取代率可以進(jìn)一步提升再生骨料透水混凝土強(qiáng)度，是保證材料滲透性平衡發(fā)展的重要基礎(chǔ)[7]。

　　5 再生骨料透水混凝土材料的問題和發(fā)展方向

　　第一，相關(guān)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，基于再生粗骨料替代率增加，再生骨料透水混凝土強(qiáng)度、密度、劈裂抗拉強(qiáng)度等系數(shù)均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，所以材料的透水性能和表面耐磨性將不斷提升。第二，雖然近年來對(duì)再生骨料透水混凝土研究范圍不斷增加，但觀點(diǎn)仍然沒有得到統(tǒng)一，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)研究和理論的優(yōu)化。再生骨料透水混凝土的強(qiáng)度偏低問題很可能影響材料發(fā)展和推廣，這就要求工作人員在材料應(yīng)用期間盡可能選擇粒徑較小的骨料或是在骨料中摻加多種骨料，利用不同外加劑進(jìn)行水泥替代，從而實(shí)現(xiàn)骨料整體抗壓能力和透水性效果的提升。第三，目前材料領(lǐng)域中對(duì)再生骨料透水混凝土的耐久性、熱傳導(dǎo)性能研究仍然比較少，因此在后續(xù)工作中需要相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)再生骨料物理特性的研究。

　　推薦閱讀：混凝土結(jié)構(gòu)論文發(fā)英文期刊周期長(zhǎng)嗎