摘要：通过理论计算和试验分析，揭示骨灰比、砂率和水灰比对再生骨料透水混凝土力学性能和透水系数的影响规律。采用功效系数法得出再生骨料透水混凝土配合比控制参数，即骨灰比为3.5，砂率为15%，水灰比为0.34，通过优选配合比参数，得到具有良好透水性能的再生骨料透水混凝土路面砖，其抗压强度可达到20MPa以上；降低透水能力的要求，则其强度可以满足JC／T 466-2000混凝土路面砖标准的要求。
关键词： 再生骨料，透水混凝土，力学性能，透水系数，功效系数法，混凝土路面砖
城市中大面积的混凝土路面缺乏透气性、透水性，给城市生态环境带来诸多负面影响。最近2O年出现的透水性混凝土路面，对维持生态平衡具有重要作用。1979年，美国在佛罗里达州建成了透水性停车场路面，颁发了透水性混凝土专利，并在1991年成立了“透水性波特兰水泥混凝土协会”。1987年，日本有研究者申请透水性混凝土铺地材料的专利，并将透水性混凝土用于公园道路、高速公路中央分割带和路肩等实际工程中。长期以来，因各种原因被拆除的混凝土建（构）物越来越多，出现了大量的废弃混凝土。日本在1977年就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂，生产再生水泥和再生骨料。我国再生骨料的生产和再生混凝土的实际应用还很少 ，配制透水性混凝土路面是再生骨料利用的一个可能途径。本文分析了影响再生骨料透水混凝土力学性能和透水系数的主要因素，提出再生骨料透水混凝土路面砖的配制技术，并测定透水路面砖的强度和透水系数。
1 原材料
（1）水泥。石凤牌P.032.5R水泥，实测水泥28 d抗折强度为8.0 MPa，28 d抗压强度为47.4MPa。
（2）再生骨料。废弃混凝土构件经破碎后分别（mm）用4.75，9.50，16.0，19.0，26.5，31.5和37.5方孔石子筛筛分，经人工调配为符合《GB／T 14685—2001建筑用卵石、碎石》中5.0～31.5 mm连续级配的再生骨料。该粒级再生骨料的物理力学性能，如表1所示，表中，ρ0为表观密度，ρ/0为堆积密度，η为空隙率，ωm为吸水率，δ为压碎指标。再生骨料的堆积密度随骨料粒径增大而增大，空隙率和吸水率则随骨料粒径减小而增大。配制透水混凝土希望骨料间空隙率要大，且经颚式破碎机破碎的再生骨料粒径主要集中在9.5～26.5 mm 之间。因此，配制透水混凝土时，确定采用9.5～19.0 mm粒径范围的再生骨料 再生骨料其他性能详见文。
（3）细骨料。细骨料为粒径0.63～1.25 mm的天然砂。
（4）高效减水剂。TW一10萘系高效减水剂。
2 试验方法
2。1 影响混凝土力学和透水性能的因素
再生骨料透水性混凝土的配合比设计，应遵循透水性混凝土的结构模型。通过合理的配合比参数的改变，在确保粗骨料表面被水泥砂浆充分包裹的前提下，尽可能使粗骨料问具有足够的连通空隙。这可使混凝土既满足一定的强度要求，又具有良好的透水性。通过对混凝土配比设计理论的分析，确定对透水混凝土力学性能和透水系数可能产生影响的主要因素为骨灰比（（G+s）／c）、砂率sp和水灰比（w／c）。表2～4分别列出了试验所用的各配合比混凝土的材料用量和理论计算空隙率ηc。表中，C0，G0，S0，Wo和 JTW-10 分别为水泥、石、砂、水和减水剂的用量。
（1）再生骨料透水混凝土力学性能的测试，其抗折强度采用40 mm*40 mm*160 mm试件，抗压强度采用100 mm×100 mm×100 mm 试件，用手持式平板振动器成型，成型1 d后拆模水中养护28 d再测强度。
（2）再生骨料透水混凝土透水系数的测试。由于国际上还没有混凝土透水系数的标准测试仪器，本文在文的基础上，制作了固定水头和可变水头相结合的透水试验装置。如图1所示，试验时从透水圆筒上部注水，水透过混凝土试件后进入水槽，最后从定位水桶的出水口排出，注水时多余的水从溢水口溢出。当注入的水量与从出水口及溢水口流出的水量取得平衡后，在启动秒表计时的同时，量取时间t内从出水口排出的水量Q。透水系数的计算公式为：
KT=（Q×D）／（A×h× t） （1）
在式（1）中，KT为水温T时的透水系数，D和A 分别为混凝土试件的厚度（20 cm）及面积（186 cm2 ），h为水头（cm）。由于水的动力粘滞系数直接影响着渗透系数的大小，温度越高，动力粘滞系数越小，渗透系数越大，因此透水系数应换算到标准温度才具有可比性。日本混凝土工学协会把15℃定为标准温度，把不同水温下测定的透水系数换算成标准透水系数。计算公式为K15= µ×KT，µ为修正系数，查表可得。
2。2 透水路面砖的试验研究
参照（JC／T 466—2000 7混凝土路面砖标准》，确定实验室试制透水混凝土路面砖的尺寸为250 mm×250 mm×50 mm，每个配比混凝土成型5个路面砖试件。混凝土采用强制式搅拌机拌和，手持式平板振动器振动成型，养护1 d后拆模，水中养护28 d后测试件的抗折强度。其计算公式为
ff =3Pl／2bh2 （2）
在式（2）中，P为抗折荷载（kN），l为两支座间的距离（200 mm），b为试件的宽度（250 mm），h为试件的厚度（50 mm）。折断的试件再测试件的抗压强度，受压面积为120 mm×60 mm。同时成型3个用于测试透水系数的混凝土试件。
3 试验结果和分析
3。1 混凝土力学和透水性能结果和分析
再生骨料透水混凝土抗折强度、抗压强度和透水系数的测定结果，如表5所示。表中，k为配合比控制系数，ff为抗折强度，fcu为立方体抗压强度，K15 为透水系数，总功效系数d=（d1 ×d2×d3） 1/3，d1 ，d2，d3分别为ff，fcu，K15 的功效系数。从表5可看出，混凝土的抗折强度和抗压强度随着骨灰比的增大而降低，随着砂率的增大而增大。由于水灰比增大，水泥浆的强度降低，一般将导致混凝土强度降低。
但当水灰比过小时（如低至0.28），手持式振动器激振力不足，新拌混凝土流动性差，难以振动密实。用水量已经很低，部分水还会被再生骨料吸收，导致水泥水化程度低，强度下降较大。从表5可以看出，混凝土的透水系数随骨灰比增大而增大，随砂率的增大而降低，随水灰比的增大而降低。这与各配比混凝土理论空隙率的计算结果是吻合的，混凝土理论空隙率随骨灰比的增大而增大，随砂率和水灰比的增大而降低。在砂率和水灰比固定时，骨灰比增大，水泥浆量则减少，填充骨料空隙的水泥浆就会减少，混凝土内部的空隙率就会增加，混凝土透水性能提高。砂子是填充石子空隙的材料，在骨灰比和水灰比固定时，提高砂率也会降低石子间的空隙率，使得混凝土内部空隙率降低，混凝土透水性能下降。水泥浆在包裹骨料表面的同时，也要填充骨料间的空隙。因此，在骨灰比和砂率固定时，水灰比的提高，使得水泥浆的体积增大。虽然过量的水在水泥硬化过程中会形成孔隙，有利于提高混凝土透水性能，但会使水泥浆稠度降低，极易造成流浆。即在混凝土试件振动成型时，浆体易沉降在试件的底部，在混凝土试件表面形成一层致密的水泥砂浆层。这会使混凝土的透水性能大幅降低，甚至没有透水性，是制作透水混凝土时不应出现的现象。
为了直观地寻找到满足再生骨料透水混凝土力学性能和透水系数要求的最优配合比参数，本文采用功效系数法对抗折强度、抗压强度和透水系数测试数据进行了综合分析，如表5所示。由表5可以看出，骨灰比为3.5，砂率为0.15，水灰比为0.34时，都达到各自的最大功效系数。
3。2 透水路面砖结果和分析
为了不使减水剂的掺人影响再生骨料透水混凝土路面砖的试验结果，路面砖试件成型时水灰比固定为0.40。路面砖试件配合比参数和性能测试结果，如表6所示。从表6可以看出，再生骨料透水混凝土路面砖的抗折强度、抗压强度和透水系数随骨灰比、砂率的变化趋势与节3.1的试验结果是相同的。在通常情况下，抗压强度在20.0 MPa以上，就能满足人行道的铺设要求；抗压强度在30.0 MPa以上，能满足轻量车道的铺设要求。表6结果表明，通过配合比参数的选择，具有较好透水能力的再生骨料透水混凝土路面砖的强度，可以满足人行道的铺设要求。降低透水能力的要求，则再生骨料透水混凝土路面砖的强度能够满足（（JC／T 466—2000混凝土路面砖标准》抗折强度在4.0 MPa以上的要求，抗压强度达到30.0 MPa以上，可以使用于轻量车道的铺设。
4 结束语
（1）理论和试验结果表明，影响再生骨料透水混凝土力学性能和透水系数的主要因素是骨灰比、砂率和水灰比。再生骨料透水混凝土的抗折强度和抗压强度随着骨灰比的增大而降低，随着砂率的增大而增大，随水灰比的增大而降低；而透水系数的变化规律则与力学性能的变化规律正好相反。
（2）功效系数法可直观地确定再生骨料透水混凝土的配合比控制参数。
（3）通过配合比参数的选择，具有较好透水能力的再生骨料透水混凝土路面砖的强度，可以满足人行道的铺设要求；降低透水能力的要求，则可以使用于轻量车道的铺设。
