路用透水性混凝土研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 摘要首先從再生骨料品質(zhì)與摻量、水膠比、透水性混凝土成型工藝與養(yǎng)護(hù)機(jī)制及礦物摻合料等影響因素方面總結(jié)了透水性混凝土抗壓強(qiáng)度與透水性能研究進(jìn)展,指出再生骨料品質(zhì)與摻量和水膠比是影響再生透水混凝土強(qiáng)度和透水性的主要因素。然后對(duì)疲勞荷載與硫酸鹽腐蝕作用下透水性再生混凝土路用性能研究成果進(jìn)行了評(píng)述,認(rèn)為疲勞荷載與硫酸鹽侵蝕都加劇了再生透水性混凝土的耐久性失效。Z后提出了路用透水性再生混凝土性能研究尚需解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,包括多因素耦合作用下透水性再生混凝土性能變化規(guī)律與失效機(jī)理,基于性能的設(shè)計(jì)方法等。 

    據(jù)保守估計(jì)，我國(guó)廢棄混凝土年均產(chǎn)量1億t左右[1]，除了極少數(shù)低層次被再生利用于路基基層等非承重結(jié)構(gòu)外，絕大部分被填埋或堆放，既污染環(huán)境，又浪費(fèi)資源。與此同時(shí)，我國(guó)年均混凝土生產(chǎn)量達(dá)15億~20億m3，砂石骨料需求量超過(guò)100億噸[1]。砂石的過(guò)度開(kāi)采已造成山體滑坡、河床改道，破壞了骨料原生地生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)的骨料（河砂、卵石）在有些地區(qū)已枯竭。尋找可替代的骨料來(lái)源、對(duì)廢棄混凝土的處理與處置以及對(duì)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注，引發(fā)了對(duì)廢棄混凝土再生利用研究的熱潮。其中，以廢棄混凝土為再生骨料取代骨料制備路用生態(tài)透水性再生混凝土更是引起學(xué)術(shù)界與工程界的廣泛興趣[2-4]。

    透水混凝土習(xí)慣上也稱(chēng)無(wú)砂混凝土、多孔混凝土、多孔連續(xù)綠化混凝土、大孔混凝土等。美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)與日本混凝土協(xié)會(huì)分別將其描述為“一種由水泥結(jié)合而成的開(kāi)放級(jí)配混凝土”和“擁有20%以上連通孔隙的混凝土”，中國(guó)建筑科學(xué)研究院則定義為“由水泥、粗集料和水拌和而成的無(wú)砂混凝土”。

    相對(duì)于傳統(tǒng)的路面硬化鋪裝，透水性混凝土道路的鋪設(shè)帶來(lái)了很多優(yōu)點(diǎn)[5-8]:

    (1)透水性鋪裝地面能夠使雨水迅速滲入地表，還原成地下水，使地下水資源得到及時(shí)的補(bǔ)充，并且能夠有效減輕降雨季節(jié)道路排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

    (2)透水性混凝土路面不僅可以吸收表面的水分，由于表面空隙較大，可以有效吸收車(chē)輛行駛時(shí)產(chǎn)生的噪音，降低城市交通的噪聲污染，,改善車(chē)輛行駛以及行人行走的舒適性與性。

    (3)透水性地面由于自身一系列與外部空氣及下部透水墊層相連通的多孔構(gòu)造，在降雨過(guò)后，透水性地面下墊層土壤中豐富的毛細(xì)水通過(guò)自然蒸發(fā)和太陽(yáng)輻射作用下的蒸騰作用使地表的溫度降低，從而能夠有效地緩解城市的“熱島效應(yīng)”。

    將廢棄混凝土再生利用以制備路用生態(tài)透水性再生混凝土，一方面可以發(fā)揮透水性混凝土的生態(tài)環(huán)保效應(yīng)，另一方面可以變廢為寶，節(jié)省骨料資源，對(duì)于改善城市環(huán)境和維護(hù)生態(tài)平衡等都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

    本文首先從透水性再生混凝土的基本性能-強(qiáng)度與透水性入手，考慮再生粗骨料品質(zhì)與摻量、水膠比、成型工藝與養(yǎng)護(hù)機(jī)制以及礦物摻合料等主要影響因素，歸納總結(jié)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果；然后從路用透水性再生混凝土實(shí)際工作狀態(tài)出發(fā)，評(píng)述了疲勞荷載與硫酸鹽侵蝕作用下的研究現(xiàn)狀；Z后提出了上述方面發(fā)展領(lǐng)域尚待解決的一些關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

1 透水性再生混凝土強(qiáng)度與透水性

1.1 再生粗骨料品質(zhì)與摻量及規(guī)格

    再生粗骨料與石子的本質(zhì)區(qū)別在于其表面吸附了大量的水泥砂漿，加之生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的眾多內(nèi)部微裂紋與累積損傷，導(dǎo)致與石子相比，再生粗骨料具有密度低、孔隙率與吸水率高、壓碎值大等顯著劣勢(shì)。再生粗骨料的品質(zhì)與摻量成為影響透水性再生混凝土性能的主要因素。再生粗骨料的品質(zhì)越低，摻量越大，透水性再生混凝土的強(qiáng)度也越低。

    Rizvi Rabiah等[9]研究了再生粗骨料取代率為15%、30%、50%、100%條件下透水性再生混凝土的性能，發(fā)現(xiàn)隨著取代率的提高，抗壓強(qiáng)度逐漸降低，孔隙率與滲透性增大，在取代率為50%時(shí)抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)都較為理想。

    曹玉書(shū)等[10]將再生碎磚和再生廢棄混凝土粗骨料按照100：0；70：30；50：50；30：70；0：100進(jìn)行混合制備透水性再生混凝土。結(jié)果表明：隨著再生骨料摻量的增大，透水混凝土抗壓強(qiáng)度呈指數(shù)形式增長(zhǎng)，透水性變化較小，證明骨料品質(zhì)越高，所制備的透水性混凝土性能越佳。

    薛東杰[11]采用水泥漿體外摻硅粉的方式來(lái)改善再生粗骨料的表面狀態(tài)從而達(dá)到強(qiáng)化再生骨料的效果，試驗(yàn)結(jié)果表明水泥漿體外摻硅粉改性的粗骨料制備再生透水混凝土強(qiáng)度可達(dá)28.8MPa，透水系數(shù)10mm/s左右，可以滿(mǎn)足工程需要。

    再生粗骨料的級(jí)配情況直接會(huì)影響透水性混凝土的強(qiáng)度和透水性以及一些其它的性能，粗骨料粒徑愈小,骨料堆積顆粒間的接觸點(diǎn)愈多,配制的透水性混凝土的強(qiáng)度越高,透水性能就越差，反之亦然。從強(qiáng)度與透水性綜合考慮，采用5-10mm的單粒級(jí)比10-20mm與16-31.5mm效果好[12-13]，適當(dāng)增加2.36-4.75mm粒徑的比例，可在透水性滿(mǎn)足要求的前提下獲得較高的強(qiáng)度。

1.2 水膠比

    水膠比對(duì)透水性再生混凝土強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響至關(guān)重要[14]。水膠比過(guò)低，漿體不能與骨料充分粘結(jié)，成型困難，導(dǎo)致透水性再生混凝土強(qiáng)度較差；而水膠比過(guò)高，粗骨料表面的水泥漿體厚度減薄，水泥強(qiáng)度下降，造成骨料間粘結(jié)強(qiáng)度下降而使透水混凝土強(qiáng)度降低。透水性再生混凝土適宜水膠比一般在0.28-0.32之間[15-19]。

    Pang Gai-Fei等[20]研究了水膠比在高溫加熱的條件下對(duì)性能的影響。實(shí)驗(yàn)主要采用高低兩種水膠比（W/B為0.255和0.586），探討了透水混凝土抗壓強(qiáng)度和斷裂能力。結(jié)果表明：低水膠比在無(wú)高溫加熱的條件下，抗壓強(qiáng)度和斷裂能力明顯比高水膠比優(yōu)越。然而在高溫加熱時(shí)，再生透水混凝土性能低水膠比卻比高水膠比低。

    Saeid Hesami等[21]研究0.27、0.33和0.4三種水膠比對(duì)摻加稻殼灰和纖維透水混凝土的影響，通過(guò)收縮實(shí)驗(yàn)得到一個(gè)明顯的趨勢(shì)，水膠比在0.33時(shí)透水混凝土的力學(xué)性能達(dá)到Z好。

    朱平華等[22]研究顏料、水膠比、礦渣、粉煤灰和纖維對(duì)再生透水混凝土的抗壓強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響，指出水膠比是影響路用透水型生態(tài)再生混凝土性能的Z主要、Z顯著因素。陳春紅[23]和孫家英[24]也得出相同結(jié)論。