再生骨料透水混凝土研究进展

再生骨料透水混凝土研究进展

吴荣兴，郑东，周海涛

（宁波职业技术学院 建工学院，浙江 宁波 315800）

摘  要： 介绍了再生骨料透水混凝土的制备方法和常见问题，重点分析了再生骨料透水混凝土的力学性能、透水性和其他添加物的影响情况，给出了再生骨料透水混凝土的发展前景。

关键词：透水混凝土；力学性能；透水性；添加物

中图分类号：TU 528.2      文献标识码：A     

0 引言

根据国家住房和城乡建设部的相关数据，我国各大城市每年产生的建筑垃圾一直维持在20亿吨左右。2022年全国城镇产生建筑垃圾为26亿吨，在2023年将达到26.8亿吨。针对这些建筑垃圾，我国主要采用堆存、填埋和再生利用等方式处理，2022年我国建筑垃圾的综合利用率仅为61%。为此国家也不断出台指导性文件，2021年，《“十四五”时期“无废城市”建设工作方案》提出了“十四五”时期“无废城市”建设工作的总体要求、主要任务和保障措施，并明确了试点范围和时间表。在这些建筑垃圾的处理中，资源化利用是最为理想的方式，可以实现建筑垃圾的减量化、无害化和再利用。资源化利用主要包括再生骨料、再生混凝土、再生砖等产品的制备[1]。

再生骨料透水混凝土不仅可以实现建筑垃圾的综合利用，还可以起到保护环境、低碳生活和生产的效果。透水混凝土是国家海绵城市建设的重要组成部分，也是解决城市内涝、孤岛热效应、综合水资源利用等问题的有效途径[2-3]。并且随着科技的发展，再生骨料透水混凝土在综合性能和成本经济上都有了大幅的提升，为其广泛应用奠定了基础。本文分析了再生骨料透水混凝土的研究进展，为再生骨料透水混凝土的生产和制造提供基础。

1 再生骨料透水混凝土的制备

再生骨料透水混凝土的原材料选取包括水泥、粗骨料（不同比例的原生骨料和再生骨料）、水、外加剂和外加料。研究表明使用天然骨料时，泥沙对透水混凝土的强度和性能影响非常明显，因此可以对天然骨料的泥沙进行处理。同时再生骨料选择废弃混凝土，经过处理和筛分后，可以选择需求的粒径。常用的外加剂包括胶结剂、减水剂等，胶结剂能够增加透水混凝土的强度，减水剂能够提高早期强度、离析稳定性等。常用的外加料包括硅粉、纤维等，研究表明硅粉和各类纤维的加入可以有效提高混凝土的强度和耐久性。也有研究采用加入废玻璃颗粒替代天然河砂，对透水混凝土强度和透水率的影响也有所提高。

一般再生骨料透水混凝土的制备都是经过以下流程：首先准备各种原材料，接着将设定重量的再生骨料和天然骨料混合物投入搅拌机，将水泥和其他外加料的一半量投入搅拌机进行搅拌，然后将外加剂和剩余的水泥投入搅拌机充分搅拌。

同时再生骨料透水混凝土的成型和保养方式将影响其性能指标。通常的成型过程包括人工振捣成型法和静压成型法两种。本文所在的研究团队就是采用人工振捣成型，主要过程包括将经过充分搅拌的拌合物装入提前做好的模具内，每次装入量为总量的三分之一，装入后马上采用人工振捣棒进行插捣。人工振捣法制作的再生骨料透水混凝土具有不错的透水性，但是由于人工振捣的不均性会导致强度偏低。与人工振捣对应的是静压成型法，该方法是将再生骨料混凝土的搅拌物装入耐压模具并且高于模具3-4cm左右，然后采用压力机将混凝土压实。这种方法使得再生骨料混凝土的受力相对均匀，不会出现较大的空隙，因此成型的混凝土强度较高，但是透水性能会有所下降。

目前再生骨料透水混凝土的养护与常规混凝土的养护较一致，往往采用洒水、覆膜等方式进行。也有研究采用高分子材料进行内部养护的方式提高混凝土的强度和透水性。养护过程的好坏直接决定了再生骨料透水混凝土的性质和强度，必须严格按照现行混凝土养护的相关标准执行。

3 再生骨料透水混凝土的性能影响因素分析

3.1 力学性能分析

力学性能是再生骨料透水混凝土完成预设功能的基础。力学性能首先要考虑的就是抗压强度，其测定方法参照普通混凝土力学性能试验方法标准《GB/T50081-2002》中规定的方法进行测试，抗压强度的试件尺寸选取100mm×100mm×100mm立方体的试块。测试过程包括将再生骨料透水混凝土在标养室养护7天和28天，取出之后将标准的试块放在压力机上，在测试过程中要注意不要用成型面作为试验的受压面，受压面应选择非成型面，在放好试块后，打开压力机，要严格控制抗压强度压力机的加荷速率，为0.2-0.5MPa/s左右。因此对再生骨料的粒径选择和处理变得非常重要，可以选择粒径合理和清洁度较高的再生骨料[4]。

泥沙含量对再生骨料透水混凝土的抗压性能影响非常显著。研究人员采用黄河泥沙作为再生骨料透水混凝土的辅料，研究其作用效果。结果发现黄河泥沙在一定程度内可以改善再生骨料透水混凝土的拌合物状况，最佳含量为50kg/m3时，此时的抗压强度和抗折断强度分别达到了36.4MPa和6.8MPa。虽然泥沙可以在一定程度上可以改善再生骨料透水混凝土的拌合物性能，但是含量需要严格控制。南方特别是长三角的泥沙对于再生骨料透水混凝土的力学性能有一定的改善，但是对透水率的影响较差，因此不推荐采用泥沙来改善再生骨料透水混凝土的性能

[5]。

通常的再生骨料透水混凝土一般选用旧的混凝土块，也可以选用其他再生骨料。有研究文献选用废弃陶粒作为再生骨料，通过研究表明随着废弃陶粒的粒径质量占比量的增加，透水混凝土的强度有所降低。主要原因是废弃陶粒与水泥的粘结性能不强，导致其抗压强度有所降低。随着河砂价格的不断攀升，有文献利用废玻璃颗粒替代天然河砂，制备再生骨料透水混凝土。研究表明随着废玻璃颗粒含量的增加，总体强度性能先有所提高[6]。

采用珊瑚骨料制备混凝土是海洋工程建设的重要内容，通过测试28天抗压强度和弯拉强度，研究了不同预湿状态珊瑚骨料等体积取代部分碎石和矿物掺合料对透水混凝土强度和透水性的影响。结果表明：透水混凝土强度随着预湿珊瑚骨料掺量的增加而降低，其透水性不断增加；掺加10%未预湿珊瑚骨料增加了透水混凝土强度，降低了透水性，继续增加其掺量，降低了透水混凝土强度，增加了透水性[7]。

3.2 透水性能分析

再生骨料透水混凝土的透水性能变化和常用透水混凝土的变化基本一致。再生骨料透水混凝土的透水性能也随着使用时间而降低，主要是透水混凝土会过滤掉大部分的水体中的悬浮颗粒，但是也会保留部分颗粒较大或者黏附性较强的颗粒，从而导致堵塞。这种堵塞随着使用年限的增加愈加明显，有研究表明检测使用年限在8年左右时，常规透水混凝土的透水性能不及原来设计透水性能的1%。通过再生骨料透水混凝土的横断面切断和CT表明混凝土表面的堵塞比内部更加严重，当表面堵塞后，再生骨料透水混凝土的透水性能基本丧失[8]。

因此堵塞的原因分析也引起了足够的重视，有学者研究了透水混凝土在暴雨时的堵塞机理，主要考虑了孔隙率、砂砾类型、水深等因素对堵塞的影响。结果表明孔隙率越大，径流深度越深，则堵塞越严重，堵塞物的并不均匀性越大，堵塞越深。试验研究还发现混合油渍的泥沙和黏土造成的堵塞最为严重，使透水系数从分别降至原来5%和2%。针对再生骨料透水混凝土的堵塞问题，有学者提出了采用真空抽吸、高压清理等方法，可以恢复部分的透水性能，但是这两种方法对于混凝土内部的堵塞效果不佳，因此如何更好的恢复透水混凝土的透水率是重要的研究方向[9]。

对于我国北方地区的再生骨料透水混凝土的透水率保持问题，导电沥青再生透水混凝土被提出。这种再生骨料透水混凝土不仅实现快速排水性能，还降低了城市冰雪天气的影响。

3.3 其他添加物影响

在过去的研究中，本文的团队在透水混凝土制备过程中加入了硅粉。研究表明随着硅粉掺量的增加，透水混凝土强度得到明显提高，但是硅粉掺量在6%以后，强度出现下降趋势。硅粉颗粒较水泥颗 粒更为细小，比表面积更大，从而吸附了大量的自由水，使得粗骨料表面水膜变薄，改善了骨料界面的密实度，其次硅粉与水泥水化生成的 Ca(OH)2反应，生成强度更高的(C-S-H)凝胶，从而增强了透水 混凝土的强度。但随着硅粉含量的增加，当硅粉增 加的强度不足以抵消由于水泥所提供的强度损失 时，混凝土的强度便开始下降。随着硅粉掺量增加， 透水性能略有增加[10]。

各种纤维也是增加再生骨料透水混凝土综合性能的有效途径。有学者将聚丙烯纤维加入再生骨料透水混凝土的制备，发现聚丙烯纤维的长径比与透水混凝土的强度和透水率非常密切，试验结果完全不同。也有学者将玄武岩纤维加入再生骨料透水混凝土，同样随着玄武岩纤维掺量的增加，抗压强度和抗折强度均呈现出先上升后下降的趋势；随着玄武岩纤维掺量的增加，透水性能逐渐下降，玄武岩纤维的掺入对透水性能产生不利影响；综合考虑强度和透水性能，适宜掺入的玄武岩纤维长度为24 mm,掺量在0.1%～0.15%之间[11]。

随着中国石化产业的发展，大量废弃的橡胶制品成为新的固体垃圾。橡胶颗粒是一种疏水性弹性材料，作为透水混凝土的填充料存在其内部，水泥浆均匀包裹在橡胶颗粒表面，形成包裹层，促进了骨料与水泥浆料界面的粘结，有助于提高混凝土强度，但是如果橡胶颗粒过大或过小，会影响混凝土内部的连续孔隙率，导致透水系数产生较大变化。因此在实际应用中，橡胶的加入量需要慎重考虑[12]。

粉煤灰作为工业生产的一种废弃物，也作为再生骨料透水混凝土的制造原料。粉煤灰对再生混合骨料透水混凝土的后期强度提升较为明显，随着粉煤灰掺量的增加，再生透水混凝土的力学性能及抗冻性能提高，透水性能下降，而粉煤灰的过度掺入，会大幅度降低再生透水混凝土的透水性能。

4 再生骨料透水混凝土的研究前景分析

虽然再生骨料透水混凝土的研究得到了广泛的开展，也到了多范围的应用，还是需要继续在以下进行更深入的研究[13]。

高强度再生骨料透水混凝土的研究。高强度透水混凝土由于具有非常好的使用性能，在西方发达国家已经得到了广泛的应用。由于透水混凝土的透水性能与抗压强度存在此起彼落的矛盾，目前应用的具有较高透水性能的透水混凝土强度要求不高。如何调整透水混凝土配合比，使其在保证透水性能的同时具有较高的抗压强度还有待进一步研究

[14]。

可重复高透水率的再生骨料透水混凝土的发展。随着透水混凝土使用年限的增加，混凝土的透水率一般呈下降趋势，并且这种趋势在复杂使用环境中非常明显。虽然采用冲击水压等方式可以恢复一定的透水率，但是透水性能仍然无法全面恢复。因此开展可重复高透水率的再生骨料透水混凝土变得尤其重要[15]。

再生骨料透水混凝土应用范围的拓展，常规的应用包括城市道路、行道等，但是随着应用范围的增加，可以应用于装饰屋面、部分非承重外墙等，相关养护和使用标准都需要尽快制定和实施。并且由于再生骨料透水混凝土内部孔隙的存在，也具有一定隔音、吸热功能，在一些特殊场合可以拓展引用。

参考文献

[1].周瑞. 再生骨料透水混凝土的制备及其性能研究[D]. 沈阳建筑大学, 2021.

[2].王岑. 再生骨料透水混凝土力学性能研究与应用[J]. 四川建筑, 2023. 43(2): 303-305,

[3].高亚丽. 再生骨料透水混凝土性能及改性问题探析[J]. 砖瓦,2021（12）: 47-48,.

[4].郑东, 吴荣兴, 金佳妮, 王海林. 透水混凝土力学和透水性能影响因素研究[J]. 浙江建筑,2021.38(5): 65-68.

[5].邢又家, 任运超, 谭继兴, 马翠明. 黄河泥沙对再生骨料透水混凝土性能的影响研究[J]. 混凝土世界,2022 : 14-18,.

[6] 杨利香;宋兴福;陆美荣;夏月辉.骨料级配对再生骨料透水混凝土性能的影响研究.混凝土,2021：83-88.

[7] 林航.水玻璃对再生骨料及透水砖的强化性能研究.水泥工程,2021：25-27.

[8] 潘书才.再生骨料透水混凝土抗压性能及透水性能试验研究.城市建筑,2020：109-111.

[9] 孙剑峰.不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土力学性能试验.智能城市,2020：194-195.

[10] 尹志刚;张恺;赵越.基于孔结构特征的再生骨料透水混凝土抗冻耐久性试验. 硅酸盐通报,2020：756-761+778.

[11] 陈春;徐丹.再生骨料透水混凝土的强度和耐久性研究. 混凝土与水泥制品,2019：95-100.

[12] 王雅思;游帆;郑广涛.再生骨料透水混凝土抗压强度及透水性能. 福州大学学报(自然科学版),2019：538-543.

[13] 郭磊;刘思源;陈守开;汪伦焰;薛志龙.纤维改性再生骨料透水混凝土力学性能透水性和耐磨性研究. 农业工程学报,2019：153-160.

[14] 张京波;卢露;宋鹏;王琦.再生骨料预处理对透水混凝土性能的影响. 山东化工,2019：41-42+45.

[15] 袁汉卿;蒋友宝;崔玉理;周浩.再生骨料透水混凝土的透水性和抗压强度. 材料导报,2018：

通讯作者：吴荣兴(1982－), 男(汉), 浙江东阳人, 博士, 副教授, 主要研究方向为建筑结构和混凝土分析。
基金项目：2023年宁波市建设科研计划立项项目“再生骨料透水混凝土综合性能实验和理论研究”和宁波职业技术学院2022年创新创业教育教学改革项目“基于创新创业能力培养的建筑力学类课程教学改革研究与实践”（jg2022081）