再生骨料透水混凝土(Recycled aggregate pervious concrete,RPC)作为一种绿色环保的路面铺装材料,在海绵城市建设和固废资源化利用等方面作用明显。然而,再生骨料品质多劣于天然骨料,力学性能较差,导致RPC难以达到设计要求。针对此问题,由于碱激发胶凝材料(Alkali-Activated Gelling Materials,AAM)具有快硬高强、粘结性能好等特点,采用矿粉(Slag)和粉煤灰(Fly Ash,FA)为原料、水玻璃作为激发剂,制备碱激发再生骨料透水混凝土(Alkali Activated Recycled Aggregate Pervious Concrete,AARPC),以提升RPC的力学性能,实现RPC力学性能-透水性能之间的理想平衡。
本文对碱激发矿粉/粉煤灰胶凝材料(Alkali-Activated Slag/Fly Ash Cementitious Material,AASFM)的基本力学性能和流变性能;AARPC的制备工艺;AARPC的力学性能、透水性能以及净水性能展开系统性研究,为促进AARPC在海绵城市建设中的实际应用提供一定的理论参考,具体研究内容以及取得的成果如下:
(1)研究了水玻璃模数、FA掺配率以及水胶比对AASFM力学性能和流变性能的影响规律。当水玻璃模数为1.0~1.6,FA掺配率<50%时,AASFM可达到52.5水泥的强度要求;使AARPC具有较好的成型效果对应的浆体基准流动度区间为120± 10mm;粉煤灰具有减水作用,当水玻璃模数为1.2时,三种FA掺配率下(0、25%、50%)的AASFM浆体达到基准流动度区间所对应的水胶比分别为0.33、0.30、0.28,所制备AASFM净浆强度由高到低依次为:75%Slag+25%FA>100%Slag>50%Slag+50%FA。
(2)研究了不同搅拌工艺、成型方式以及养护方式对AARPC新拌混凝土状态和硬化混凝土性能的影响。采用一次投料法、三阶段搅拌法、预拌净浆法搅拌AARPC均会出现成团的现象,采用先用净浆搅拌机将AASFM搅拌成净浆,再与再生骨料混合的搅拌工艺可以搅拌出和易性良好的AARPC;对比了手工插捣、手持平板振动器振动、手工插捣+手持平板振动器振动三种成型方式对AARPC力学性能和透水性能的影响,试验结果表明:采用手工插捣+手持平板振动器振动的成型方式制备的AARPC综合性能最佳,28d抗压强度达到25.5MPa,连续孔隙率和透水系数分别为16.8%和3.59mm/s;采用标准养护、水浴养护和保湿覆膜养护三种养护方式,其中保湿覆膜养护的AARPC各龄期强度都最高,标准养护的AARPC各龄期强度都最低。
(3)设计目标孔隙率为15%,运用控制变量法,研究了水玻璃模数、FA掺配率和水胶比对AARPC力学性能、透水性以及净水性能的影响规律。结果表明:随着水玻璃模数、FA掺配率、水胶比的变化,AASFM的流变性能发生规律性变化,进而对AARPC力学性能和透水性能产生影响。采用水玻璃模数为1.2时AASFM浆体流动度达到基准流动度区间所对应的水胶比,当水玻璃模数为1.0~1.4,AARPC的28d抗压强度普遍高于20MPa,且透水系数满足CJJ/T 135-2009的要求。在本试验较优的配合比下(FA掺配率25%,水胶比0.30,碱当量5%,水玻璃模数1.2),AARPC的28d抗压强度和弯拉强度分别达到33.4MPa和5.23MPa;连续孔隙率和透水系数分别为15.2%和2.0mm/s;经过10次净水试验对Pb2+、Cd2+、Cu2+、Cr3+吸附率分别为:19.0%、16.2%、15.0%、6.0%。