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含有再生混凝土块和再生混凝土骨料的透水混凝土的性能

Yuwadee Zaetang a, Vanchai Sata b, Ampol Wongsa b, Prinya Chindaprasirt b

摘 要

本文对包含两种类型的骨料即再生混凝土区块集合体（RBA）和再生混凝土骨料（RCA）的透水混凝土的性能进行了研究。他们以这样的方式被掺入到透水混凝土并被研究，即通过以0％，20％，40％，60％，80％和100％的重量水平取代天然骨料。含有骨料的透水混凝土的抗压强度，密度，总空隙，水渗透性，热导率和表面耐磨性都被测定了。除了100％的高更替水平，无论加入RBA还是RCA的透水混凝土的抗压强度都增强了。加入RCA的所有更替水平的表面耐磨性都加强了，而RBA透水混凝土只有20％更替水平的获得表面耐磨损性的改善。虽然再生骨料比天然骨料弱，但是再生骨料和水泥浆体作为一个更好的粘接结果的事实，使透水混凝土的强度和耐磨性的改善得以实现，因为增加了表面的孔隙率和再生骨料的粗糙度。强度和表面耐磨性的改进对于透水混凝土的应用是重要的。

关键词：透水混凝土、再生骨料、总空隙、抗压强度、表面耐磨

1.绪论

每年都有数量庞大的建造和拆建废物的产生[1-3]。在泰国，这些废料通常被送到垃圾填埋场或非法倾倒。这些废物的处置是一个严重的社会和环境问题。把回收建造和拆建废物作为骨料去使用生产新的混凝土可减少废物贮存的问题和保护天然骨料资源。

对再生骨料混凝土的一些研究表明：“当再生骨料数量增加，该混凝土的强度会降低。”这些再生骨料由于水泥浆体和砂浆附着在骨料表面，通常密度和耐磨性低，吸收性和空隙率高[1,5-7]。由于它的低抗压强度和高程度的变化，再生混凝土被推荐用于非结构混凝土或路面应用[2,8,9]。

透水混凝土是一种比常规混凝土具有相对高的空隙含量和水渗透性的特殊的混凝土。它是一种对环境友好的材料，并用于一些民间工程和建筑等应用。例如公园地区，光通信领域，人行道和网球场[10,11]。此外，透水混凝土相互连接的空隙允许水通过，因此它可以被用于减少雨水径流率和其他应用程序，如净水，吸声，隔热[12-14]。通常情况下，透水混凝土连接细孔尺寸从2至8毫米，空隙含量从18％至35％。由于高孔隙率，其抗压强度是比较低的范围之间变化即2.8至28.0兆帕[15]。透水混凝土的水泥浆体的粘合剂层非常薄。因此，该透水混凝土的强度主要取决于薄粘合剂浆体强度[11]。骨料的强度通常比水泥浆体和在水泥浆体和骨料之间的接口高得多，出于这个原因，应该有可能利用再生骨料作为透水混凝土粗骨料并且达到与天然骨料相似的特点。

因此，对回收混凝土砌块和再生混凝土骨料按重量合计为0％，20％，40％，60％，80％，100％的水平做的粗骨料替代天然骨料制成的透水混凝土进行了研究。再生骨料替代天然骨料的更替水平在总空隙，水渗透系数，抗压强度，劈裂拉伸强度，弯曲强度和表面耐磨损性的影响被进行了评估。所获得的数据应能为再生骨料在透水混凝土上的使用提供详细基础。

2.实验细节

2.1.材料

在此实验所用的材料是波特兰水泥类型1，减水剂F型（SP）天然石灰石骨料（NA），和两种类型的再生骨料即再生混凝土块集合体（RBA）和再生混凝土骨料（RCA）。混凝土块做成低强度干混砂浆，混凝土与灰岩骨料一起制成结构混凝土。图1显示了他们的的外观。它们被粉碎并过筛，得到4.75-9.50毫米的颗粒用作再生粗骨料。图2显示出了天然和再生粗骨料的颗粒形状和质地。表1显示了其性质。该三种骨料的细度模数值大约都是在5.83-5.97。NA、RBA和RCA的干捣密度分别为1440，1240，和1340千克/立方米。相对的，掺入比重是2.70，2.49和2.53。RBA和RCA的吸水率较高，大约NA的十倍比。以前的研究人员表明NA、RBA和RCA的洛杉矶磨耗损失分别为30.2％，52.0％，和43.3％。相对地，再生骨料的低密度，高吸水性和高洛杉矶磨耗损失是由于再生骨料表面附着高孔隙率水泥砂浆[16,17]。

2.2.透水混凝土的混合比例

混合前粗骨料被制备成饱和的面干（SSD）状态。水与水泥的比例0.24，水泥的骨料比0.22，0.75％的水泥重量的SP剂量被使用。一立方米天然透水混凝土（NA100）由316千克硅酸盐水泥I型，76公斤水，2.4公斤SP，1435千克NA组成的。分别用0％，20％，40％，60％，80％和100％的重量水平RBA和RCA的粗骨料取代NA。表2给出了透水混凝土配合比的总结。透水混凝土是由聚合类型和百分含量表示。例如，RBA60混凝土是更换60％NA的RBA透水混凝土。

2.3.混合和准备标本

水泥浆体在平底锅型混合器中混合5分钟。粗骨料加入到该混合物中并再混合3分钟。混合后，三种尺寸的混凝土试件进行了标注。100毫米直径、200毫米高度圆柱形标本用于抗压强度，劈裂抗拉强度，透水性，和总空隙的测量。200x400x70毫米棱镜试样用于弯曲强度试验。用150毫米的立方体试件测量表面耐磨性和热导率。该新鲜混合物放入模具中两层。每个层用10毫米直径的捣固杆干捣25次。干捣后，将样品置于振动台上和把1.5 kg负荷板放置在试样的顶表面上。然后在振动频率为2860每分钟和振幅为0.3-0.6毫米的10秒使用振动台上压实振动，所有样品在24小时后脱模并储存在潮湿房间，直到测试的龄期。

2.4.测试细节

2.4.1.总空隙和透水性

根据ASTMC1754[22]测定透水混凝土的总空隙。使用恒长法测定透水的混凝土水渗透性[15,23]。为了保护测试设备和样品之间的漏水，圆柱形试样缠绕有橡胶管并且通过圆箍紧。水被允许进入样品，以获得一稳态流动。在立方厘米（Q）空间通过一定量的水所需的以秒为单位的时间（t）被测量。单位为每秒厘米（厘米/秒）的透水性的的系数（k）用达西定律计算公式为（1）。

（1）

其中L是样品的长度（cm），H是水头（cm），以及A是剖检体的面积（cm²）。

2.4.2.抗压，抗弯，和劈裂抗拉强度

在28天龄期后确定抗压，劈拉和抗弯强度。以ASTM C39[24]和ASTM C496[25]对圆柱形样品分别进行抗压，劈裂抗拉强度实验。个别地，对于抗压强度，测试前用硫磺化合物将样品在水平装载表面两端密封。弯曲强度根据ASTM C293[26]使用棱镜标本进行了研究。所报告的结果是三个样品的平均值。

2.4.3.表面耐磨性

透水混凝土表面的表面耐磨损性在28天龄期后根据ASTM C944[27]和采用旋转刀片的方法测试。该试样使其在测试（风干状态）之前放在空气中风干一昼夜。 通过旋转切刀修整轮作用98 N（22磅）的正常负荷并与试样表面接触2分钟。图3显示出测试样品表面抗磨性。两个相对的平侧边的表面耐磨损性被确定了并且以克为单位作为三个试样平均重量损失（克）。

图.1.破碎和筛分前的RBA、RCA。

图.2.NA、RBA、RCA的颗粒形状和质感

表1

粗集料的性质

图.3.表面耐磨性试验。

2.4.4.导热系数

透水混凝土的热导率系数在28天龄期后使用手持式测量仪(ISOMET2114，应用精度制造）直接测量传热性能测定。报告结果取三个样品的平均值。

3.结果与讨论

3.1.密度，总空隙和透水性

表3表示了透水混凝土的密度，总空隙，和水渗透性的测试结果。正如预期的，透水的混凝土的密度随再生骨料单元的增加而减少。当使用具体比重比RCA（2.53）略低的RBA（2.49）时，减少反而更多。两种再生集料的比重均比NA（2.70）的大大降低。对于RCA的混合物，所有混合物的总孔隙非常相似，都在23％-25％，与天然混凝土的25％的值并没有什么不同。所有混合物具有相同的配比应该被注意。这证实了用RCA更换NA对透水混凝土的空隙无影响。然而，透水的混凝土的密度趋于稍微减小，并且当RCA更替水平升高时，水渗透系数趋于略有增加。这个是由RCA的低堆积密度与相关的不太扎实比NA含有较多空隙的附着砂浆导致的。对于RBA的混合物，总的空隙随再生骨料的更替水平增加而减小，尽管实际上这些混合物有同样的配比和大致相同骨料尺寸。RBA被制成干粉砂浆，因而其强度低，最高洛杉矶磨耗损失值达到52.0％。在混合过程中，RBA颗粒在摩擦力的作用下，由于表面摩擦和颗粒破碎，所以其颗粒发生了大幅亏损。这导致透水混凝土的糊状含量的增加。随着RBA含量的增加，增加的浆料的量填充空隙，并得到具有低空隙含量的透水混凝土。

随着RBA透水混凝土的孔隙率的范围变化，总空隙和透水性之间的关系系数被建立在图 4。他们关系能被公式2和R2值0.917最好的描述。该指数方程与先前公布的结果[28-30]一致。

K=0.0446e^0.129(V) (2)

其中k是透水性（厘米/秒）的系数，V是总空隙（％)

表2

混合透水混凝土的比例。

表3

透水混凝土密度，总空隙和水渗透系数。

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