再生骨料透水混凝土蓄水植草砖

再生骨料透水混凝土蓄水植草砖柯旭,崔凯,张晓玲,杨再荣,杨华山(贵州师范大学材料与建筑工程学院,贵州贵阳550025)摘要:随着城市化进程的加快,建筑垃圾已成为一大社2设计方案会难题。本文通过回收建筑垃圾,将建筑垃圾筛选破碎成2．1实验设计再生骨料,然后利用模具制作再生骨料透水混凝土植草砖,1)成型蓄水植草砖、性能测试实验。将C25废弃混凝再增加蓄水装置,制作再生骨料透水混凝土蓄水植草砖,从而提高建筑垃圾的利用率,缓解环境污染危机。土试件破碎,并筛取粒径为4.75~9.5mm的再生骨料,在关键词:再生骨料;透水;混凝土;蓄水;植草砖传统植草砖的基础上增加蓄水装置,研制新型植草砖模具。中图分类号:TU522文献标志码:B采用再生骨料∶水泥∶水=2.57∶1∶0.25的配合比,配制再生[9]文章编号:1672-4011(2016)11-0015-03骨料透水混凝土,成型再生骨料透水混凝土蓄水植草砖,DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2016.11.008并测试装土体积、蓄水体积、植草砖重量、植草砖抗压强度。1研究背景及意义2)蓄水植草砖抗干旱能力实验。将蓄水植草砖与普通随着我国城市化进程的加速,许多城市出现了严重的植草砖装土后放置在阳光下,定时测试植草砖中部土的含水资源短缺的问题。目前,我国600多座城市中有400多水率,绘制含水率-时间图,通过含水率变化快慢判断铺座缺水,其中110座严重缺水。而且我国绝大多数城市坐设再生骨料透水混凝土蓄水植草砖抗旱能力。落在江河湖海之滨,不同程度地遭受洪水、海潮和内涝积2．2设备及材料[1]水威胁。根据统计,目前全国642座有防洪任务的城市1)实验设备。根据实验设计与试验方法的要求,所用中,仍有340座没有达到国家规定的防洪标准。根据相关主要实验设备如表1所示。报道,2012年,全国有184座城市进水受淹或发生[2]表1实验设备内涝。通过雨水资源化解决水危机及洪灾问题一直是很多学设备名称功能[3-4]者关注的重点,因此,很多专家、学者提出“海绵城压力试验机测抗压强度、劈拉强度市”的概念。海绵城市的概念即改变传统城市建设理念,透水系数测定仪测透水系数[5]红外线温度计测植草砖表面温度实现与资源、环境的协调发展。海绵城市遵循“渗、滞、蓄、净、用、排”的六字方针,把雨水的渗透、滞留、振动台成型集蓄、净化、循环使用和排水密切结合[6]。海绵城市概念烘箱测含水率的提出是雨洪利用理论的创新和发展,是新时期治水思路2)实验材料。植草砖材料采用C25废弃混凝土破碎的丰富和完善,海绵城市建设理论为解决城市水资源短缺所得的再生骨料以及普通硅酸盐水泥,如图1~2所示。的问题提供了新思路,对于解决城市水资源严重不足问题的意义十分重大。我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%~40%。大部分建筑垃圾未经任何处理便被施工单位运往郊外或乡村,采用露天堆放或填埋的方式进行处理,耗用大量的征用土地费、垃圾清运等建设费用,同时,造成严重图1再生骨料图2再生骨料透水混凝土拌合物的环境污染。如何处理和排放建筑垃圾,已经成为建筑施[7]2．3实验结果工企业和环境保护部门面临的一个重要问题。目前,我国对建筑垃圾的研究也越来越多,最有效的1)性能测试。再生骨料透水混凝土蓄水植草砖性能测是将建筑垃圾资源化利用,将建筑垃圾筛选破碎成再生骨试结果如表2所示。[8]表2蓄水植草砖的性能料,制作再生混凝土、再生骨料透水混凝土等。外形尺寸蓄水体积植土体积植草砖重抗压强度(28/cm33量/kgd)/MPa/cm/cm作者简介:柯旭(1993-),男,贵州瓮安人,在读本科生。通信作者:杨华山(1976-),男,甘肃武威人,博士,主要研究方向:建15×1548656749.2筑材料。×15基金项目:贵州师范大学资助博士科研项目-侵蚀介质中水泥石的从表2可以看出,本产品的蓄水能力较好,能收集利劣化机理(11904-0516033);2015年大学生科研训练计划项目(20151601)用雨水,节约水资源;强度也满足一般施工要求,而且重·15· 量较轻,便于施工。蓄水植草砖结构、样品和作用机理如图3~5所示。图7主要城市建筑垃圾年产量从图7可以看出,每年我国会产生大量的建筑垃圾,有效利用建筑垃圾是解决建筑垃圾的一个有效途径。生产图3蓄水植草砖结构图本产品1000块可以消纳建筑垃圾3t,提高了建筑垃圾的利用率,可以缓解垃圾围城问题。3．2经济效益再生骨料透水混凝土蓄水植草砖的优越性不仅体现在良好的环境效益上,还体现在经济效益方面,以从生产成本和运营费用两个方面进行阐述。图4蓄水植草砖样品21)运营费用。每铺设1m本产品,一次可收集利用雨水21000mL,间接节约了城市绿化用水量,降低了城市绿化维护费用。2)生产成本。本实验产品采用再生骨料∶水泥∶水=2.57∶1∶0.25的配合比。普通植草砖合理配合比为∶水泥∶水∶砂∶碎石=1∶0.39∶1.29∶2.88。考虑产品一般为批量生图5蓄水植草砖作用机理产的因素,本文将原材料均按批发价进行计算,并进行比2)蓄水植草砖与普通植草砖抗干旱能力实验。将蓄水较。表3为制作1000块植草砖成本分析。其中,P表示普植草砖与普通植草砖装土后一起放在太阳下,每天测量两通植草砖,X表示再生骨料透水混凝土蓄水植草砖。种植草砖中土的含水率,并绘制含水率变化图,其结果如表3成本分析(生产1000块)图6所示。材料单价P材料X材料P成X成差值/(元/kg)用量/kg用量/kg本/元本/元P-X/元水泥0.2210801167砂0.0613930444.33406.7437.59碎石0.0331050再生骨料0.0403000如表3所示,生产1000块尺寸为15cm×15cm×15cm的植草砖,再生骨料透水混凝土蓄水植草砖相对普通混凝土植草砖砖将节省37.59元,若加大生产规模并推广图6土含水率变化使用本产品,经济效益会更加显著。[ID:003505]从图6可以看出,普通植草砖中土的含水率变化较快,容易失去水分,蓄水植草砖中土的含水率变化较慢,不容参考文献:易失去水分,所以蓄水植草砖具有较强的抗干旱能力,从[1]中国水利水电科学研究院.城市防洪工作现状、问题及其对策而减少城市绿化用水量。[R].北京:2012.[2]国家防汛抗旱总指挥部,中华人民共和国水利部.2012年中国3环境经济效益分析水旱灾害公报[R].北京:中国水利水电出版社,2013.[3]BarraudS,GaulierA,BardinJP,RiouV.Therimpactofinten-3．1环境效益tionalstormwaterinfiltrationonsoilandgroundwater[J].Water1)节约水资源。城市绿化用水是城市水资源消耗的重ScienceandTeehnology,1999(2):185-192.要组成部分,减少城市绿化用水可以缓解城市缺水问题。[4]KhaiErnLee,MazlinMokhtar,MarliaMohdHanafiah,etl.Rainwa-每铺设1m2本产品,一次可以收集利用雨水21000mL,既terharvestingasanalternativewaterresourceinMalaysia:poten-tial,policiesanddevelopment[J].JournalofCleanerProduction,减少了城市绿化用水,又一定程度上防止雨水径流,还能2016.缓解热岛效应。[5]仇保兴.海绵城市(LID)的内涵、途径与展望[J].中国勘察设2)消纳建筑垃圾。随着城市化的加速,城市建筑垃圾计,2015,31(7):1-7.的问题日益严重。图7为主要城市建筑垃圾年产量图。(下转第18页)·16· 模拟的可靠性,为后续研究提供依据。自然环境下的开裂是一个具有非常现实意义的研究。1．2环境湿度从近几年已交付使用的建筑工程中频繁出现裂缝的情干燥收缩是指停止养护混凝土后,因其处于不饱和空况来看,人们已逐渐关注温度对建筑裂缝的影响,但是某气中,更易散发毛细孔和凝胶孔的吸附水,进而导致开裂些环境因素譬如酸碱度、湿度等对混凝土裂缝的影响,人的不可逆收缩变形。如果空气中的湿度比较小,那么混凝们的关注程度并不高,该方面的理论并不完善,利用软件土一旦拆模,其表面的水分蒸发速度就会比内部快,表面进行仿真模拟也并不成熟。因此,结合现有的理论基础、的收缩也会远大于内部收缩,内外的不均匀收缩让混凝土施工情况和混凝土使用环境,开发一套简单实用的计算机表面受到内部的拉应力作用,当混凝土表面的拉应力超过仿真模拟软件将具有广阔的市场前景,也能更全面地解决混凝土的极限抗拉强度时,就会产生干燥收缩裂缝。环境因素导致混凝土裂缝的问题。[ID:003487]很多因素也会间接影响混凝土的干燥收缩。比如说混参考文献:凝土表面积、周围环境湿度、空气流通情况等。若从混凝土材料本身分析,水胶比及骨料用量决定着混凝土的干缩[1]黄凤琴,庞道真.由温差收缩引起的混凝土裂缝分析及预防措能力。干燥收缩的同时,其实混凝土的自收缩也并没有停施[J].建筑施工,2007,29(4):51-53.止,所以经回归分析测得的干缩应变曲线一般都含有少量[2]姚激.混凝土结构温度裂缝分析与计算机仿真模拟[D].昆明:昆明理工大学,2002.的自收缩。[3]姚武,郑欣.配合比参数对混凝土热膨胀系数的影响[J].同济1．3环境酸碱度大学学报:自然科学版,2007,35(1):77-87.混凝土结构自拆模到竣工验收合格后正常使用过程中,[4]SLMeyers.ThermalCoefficientofExpansionofPortlandCement因环境酸碱度出现的裂缝主要包括碱骨料反应引起的裂缝、[J].IndustrialandEngineeringChemistry,1940,32(8):1107钢筋锈蚀膨胀产生的裂缝、盐碱类介质及酸性侵蚀气液引~1112起的裂缝等。[5]SLMeyers.ThermalExpansionCharacteristicsofHardenedCement1)碱骨料反应形成的裂缝是在有水存在的条件下,水PasteandofConcrete[J].HighwayResearchBoard,1950,30:193泥中的碱和混凝土骨料中的活性成分发生反应,反应产物-203逐渐吸水膨胀导致内应力增大,内应力大到超过混凝土自[6]R.SpringenschmidR.Thermalcrackinginconcreteatearlyages身抗拉应力的时候,结构便开始出现裂缝。[M].Munich:E&FNSPON,1995:77-1482)锈蚀裂缝主要指钢筋混凝土构件在使用过程中若处[7]BuquanMiao,Omar,Chalal,etl.On-siteearlyagemonitoringof于不利环境时,钢筋因锈蚀而产生膨胀,对周围的混凝土highperformanceconcretecolumns[J].MaterialsJournal,1993,90施加一种向外的压力,导致混凝土胀裂。(5):415-4203)盐类及酸类浸蚀引起的裂缝是由于环境中的碱性或[8]张涛.混凝土早期开裂敏感性的影响研究[D].北京:清华大酸性气液对混凝土腐蚀而形成的。学,2005.[9]TohruKawaguchi,andSunaoNakane.InvestigationsonDetermining20世纪50年代起,我国就汲取了美国派克大坝等水利ThermalStressinMassiveConcreteStructures[J].MaterialsJour-工程因碱骨料反应破坏而拆除重建的教训,对于较大水利nal,1996,93(1):96-101工程开采骨料时进行的活性检验及专家论证做出规定,这[10]Jang-HoJayKim,Sang-EunJeon,andJin-KeunKim.Develop-些规定至今仍在水利工程有关规范、标准中沿用。因此,mentofnewdeviceformeasuringthermalstresses[J].Cementand我国自20世纪50年代以来建设的许多大型水利均未出现ConcreteResearch,2002,32(10):1651-1654过碱骨料反应的损害。[11]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电但是我国房建设计、施工人员对碱骨料反应的研究比力出版社,1999.较缺乏,即使结构发生碱骨料反应产生裂缝,也通常认为[12]朱伯芳.多层混凝土结构仿真应力分析的并层算法[J].水利是养护不好、干缩过大、加载过早或水泥后期安定性不好发电学报,1994,13(3):21-30.等常见问题所导致。甚至严重到建筑物被拆除,也不一定[13]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版认为是因碱骨料反应造成的。总之,混凝土碱骨料反应问社,1997.题现已构成我国房建工程的一大潜在危害。[14]谭广柱,刘书贤.大体积混凝土温度应力场变化分析[J].土木工程与管理学报,2013,30(1):20-24.2结语[15]黄国兴,惠荣炎.混凝土的收缩[M].北京:建筑工业出版社,1982.国内外的调查资料表明,建筑结构中只有20%的裂缝[16]冯乃谦.高性能混凝土结构[M].北京:机械工业出版社,2004.源于荷载,而另外80%的裂缝却是由于温度、收缩、不均[13]匀变形等变化引起的。所以如何控制成型后期混凝土在■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■(上接第16页)筑材料论文集[C].2003.[6]张旺,庞靖鹏.海绵城市建设应作为新时期城市治水的重要内[8]徐惠忠.固体废弃物资源化技术[M].北京:化学工业出版容[J].水利发展研究,2014,14(9):5-7.社,2004.[7]陆凯安.我国建筑垃圾的现状与综合利用[A].北京:新型建筑[9]程娟,杨杨,陈卫忠.透水混凝土配合比设计的研究[J].混凝材料技术与发展———中国硅酸盐学会2003年学术年会新型建土,2006,26(10):81-84.·18·