不同纤维对再生骨料透水混凝土耐磨性能的影响

冉云龙 李炳林 张政男

摘要：为了改善再生骨料透水混凝土的耐磨性能，设计了6组纤维（聚丙烯纤维、碳纤维）掺率方案（0.3%、0.6%、0.9%；0.2%、0.4%、0.6%）进行研究，试验结果表明，掺加纤维能够提高再生骨料透水混凝土的耐磨性能，当聚丙烯纤维、碳纤维掺率分别为0.6%、0.2%时，耐磨性能最优。

Abstract： In order to improve the wear-resisting property of recycled aggregate pervious concrete， six groups of fiber （polypropylene fiber and carbon fiber） mixing rate schemes （0.3%， 0.6%， 0.9%；0.2%， 0.4%， 0.6%） were designed. The experimental results show that fiber addition can improve the wear-resisting property of recycled aggregate pervious concrete. When the proportion of polypropylene fiber and carbon fiber is 0.6% and 0.2% respectively， the wear-resisting property is optimal.

关键词：纤维；透水混凝土；孔隙率；耐磨性能

Key words： fiber；pervious concrete；porosity；wear resistance

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）03-0169-03

0 引言

据不完全统计，我国每年产生的建筑垃圾约为12-24亿吨之间，约占城市垃圾产生量的70%，产量惊人。据估算，到2020年，中国建筑垃圾产生量将达到峰值，预计会达到26亿吨。为了解决建筑垃圾合理利用的问题，我国学者肖建庄[1]提出了“再生混凝土”，在一定程度上解决了建筑垃圾的问题；随着“海绵城市”的诞生，众多学者为了能够更加广泛的利用建筑垃圾，促进资源的循环利用，提出了再生骨料透水混凝土（Pervious Recycled Aggregate Concrete），以下简称PRAC），在国外，Huang B[2]等以天然砂和纤维掺加进再生骨料为研究对象，提高再生骨料透水混凝土的强度性能；Arifi E[3]等以25%粉煤灰替代水泥，75%再生骨料替代天然骨料时，研究了再生骨料透水混凝土抗压强度与劈拉抗压强度的影响，Rizvi R等[4]以15%、30%、50%和100%的再生骨料替代天然骨料来研究再生骨料透水混凝土最佳的强度、孔隙率和透水性能；在国内，陈莹等[5]采用功效系数法研究了水灰比、砂率、骨灰比对再生骨料透水混凝土强度和透水系数的影响，王军强[6]研究了再生骨料透水混凝土、透水混凝土的抗冻性能，试验结果表明，再生骨料透水混凝土与透水混凝土的抗冻性能能够满足规范的要求，陈守开[7]等以定水胶比0.3，10%砂率为基准，研究了掺加钢纤维、萘系高效减水剂、硅粉对再生骨料透水混凝土强度与透水性能的影响。虽然国内外的学者对再生骨料透水混凝土的强度与透水性能进行了大量的研究并取得了显著成果，但如果将再生骨料透水混凝土推广应用于城市公路、停车场等大车流量路面，经常承受汽车车轮对路面的挤压、冲击以及摩擦，势必会对再生骨料透水混凝土的耐磨性能提出更高的标准，目前，在国外，Gaedicke C[8]等利用石灰石、卵石和再生骨料研究了耐磨性能的变化；在国内，褚东升[9]等、杨宁[10]等、彭松枭[11]研究了再生混凝土的耐磨性能，鉴于国内外对再生骨料透水混凝土的耐磨性能鲜见研究，因此研究掺加不同纤维再生骨料透水混凝土的洛杉矶耐磨性能，为以后的深入研究提供很好的借鉴与参考意义。

1 试验概况

1.1 原材料

本次试验采用郑州市生产的普通硅酸盐（PO·42.5）水泥，拌合水为自来水，纤维选用长度为6mm的聚丙烯纤维和碳纤维，再生骨料用废弃的C30路面经颚式破碎机破碎，人工筛分取得，粒径选取9.5mm-19.5mm，再生骨料的性能指标见表1，依据规范[12]，其性能指标符合再生骨料要求。

1.2 配合比设计

为了使配合比设计的更加合理同时提高再生骨料透水混凝土的耐磨性能，本试验的配合比在借鉴国内外学者[8-11]研究的基础上，以定水胶比0.3为基础，采用体积法[13]进行配合比设计，聚丙烯纤维的掺率为0.3%，0.6%、0.9%，碳纤维的掺率为0.2%、0.4%、0.6%，分别记为PF-0.3、PF-0.6、PF-0.9、CF-0.2、CF-0.4、CF-0.6，详细配合比设计见表2。

1.3 试验方法

掺加纤维的再生骨料透水混凝土的拌制工艺采用后掺法[14]，这种方法更有利于纤维在混凝土中均匀分布，将成型的试块1 d后脱模，在标准养护室内养护至28d，按照美国规范ASTM C1754[15]进行孔隙率测试，再生骨料透水混凝土的洛杉矶耐磨性能测试采用美国规范ASTM C1747[16]來测定再生骨料透水混凝土试块的质量损失率。

2 试验结果与分析

2.1 再生骨料透水混凝土的孔隙率

再生骨料透水混凝土孔隙率的大小主要取决于骨料间点接触的多少以及骨料间水泥浆体的厚度。图1为不同聚丙烯掺率情况下，再生骨料透水混凝土的孔隙率变化趋势，整体上随着聚丙烯纤维掺量的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率呈现出下降趋势；图2为不同碳纤维掺率情形下，再生骨料透水混凝土的孔隙率变化趋势，由图1知随着碳纤维掺率的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率呈现出下降趋势；综合图1、2随着纤维掺量的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率逐渐降低，这主要是因为再生骨料透水混凝土的孔隙率主要由连通孔隙率和半连通孔隙组成，随着纤维掺率的增加，过多的纤维不能够在混凝土中均匀分散，使得纤维堵塞半连通孔隙，同时由于纤维的掺入，会改变混凝土的流动性造成骨料间水泥浆的厚度分布不均，从而影响了再生骨料透水混凝土的孔隙率，由图1、2可知掺加聚丙烯纤维的再生骨料透水混凝土孔隙率范围为16.2%-18.3%，掺加碳纤维的再生骨料透水混凝土孔隙率范围为15.5%-20.5%，满足规范[17]要求。

2.2 再生骨料透水混凝土的洛杉矶耐磨性能

为了评价掺加纤维的再生骨料透水混凝土的洛杉矶耐磨性能，依据规范[16]，将试块放入洛杉矶耐磨机里面，让试块经过500次冲击磨损，然后测得试块的质量损失率。

图3、4分别为掺加聚丙烯纤维、掺加碳纤维后再生骨料透水混凝土的质量损失率，由图3知，掺加聚丙烯纤维的再生骨料透水混凝土质量损失率在17.1%-39.4%，当聚丙烯纤维掺率为0.6%时，再生骨料透水混凝土的质量损失率最小，较基准降低了41%；由图4知，掺加碳纤维的再生骨料透水混凝土质量损失率在21.4%-33.8%，当碳纤维掺率为0.2%时，再生骨料透水混凝土的质量损失率最小，较基准降低了26%；综合图3、4可知掺加纤维的再生骨料透水混凝土的耐磨性能存在着最优掺率，一方面是因为当纤维的掺率达到一定上限时，纤维会均匀的分散在水泥浆体、骨料间形成网状结构，改善骨料与水泥浆体间的界面过渡区，进而提高再生骨料透水混凝土的耐磨性能，另一方面，由图1、2可知，随着纤维掺量的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率逐渐减小，而孔隙率与再生骨料透水混凝土的密实程度呈负相关，孔隙率的大小从侧面也反映了再生骨料透水混凝土耐磨性能的高低。

3 结论

本文通过利用C30废弃混凝土路面制备再生骨料，研究了掺加不同纤维对再生骨料透水混凝土耐磨性能的影响，主要结论如下：①随着纤维掺量的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率整体上呈现下降趋势。②通过掺加纤维可以使得骨料间形成更加稳定的网状结构。③当纤维掺率增加到一定程度时，再生骨料透水混凝土的耐磨性能存在最优掺率，即聚丙烯纤维掺率为0.6%时，再生骨料透水混凝土的质量损失率最小，为17.1%；碳纤维掺率为0.2%时，再生骨料透水混凝土的质量损失率最小，为21.4%。

参考文献：

[1]肖建庄. 再生混凝土[M]. 中国建筑工业出版社， 2008.

[2]Huang B， Wu H， Shu X， et al. Laboratory evaluation of permeability and strength of polymer-modified pervious concrete[J]. Construction & Building Materials， 2010， 24（5）：818-823.

[3]Arifi E， Cahya E N， Christin Remayanti N. Effect of fly ash on the strength of porous concrete using recycled coarse aggregate to replace low-quality natural coarse aggregate[C]// Green Construction and Engineering Education for Sustainable Future： Proceedings of the Green Construction and Engineering Education. 2017：020055.

[4]Rizvi R， Tighe S， Norris J， et al. Incorporating Recycled Concrete Aggregate in Pervious Concrete Pavements[C]// 2009 ANNUAL CONFERENCE AND EXHIBITION OF THE TRANSPORTATION ASSOCIATION OF CANADA - TRANSPORTATION IN A CLIMATE OF CHANGE. 2009.

[5]陈莹， 严捍东. 利用再生骨料配制透水性混凝土[J]. 工业建筑， 2005， 35（4）：65-68.

[6]王军强.再生骨料透水混凝土的收缩和抗冻性试验研究[J]. 工业建筑，2016，46（2）：103-106.

[7]陈守开，杨晴，刘秋常，等.再生骨料透水混凝土强度及透水性能试验[J].农业工程学报，2017，33（15）：141-146.

[8]Gaedicke C， Marines A， Miankodila F. Assessing the abrasion resistance of cores in virgin and recycled aggregate pervious concrete[J]. Construction & Building Materials， 2014， 68：701-708.

[9]褚东升，孙国生，唐波，等.掺粉煤灰再生骨料混凝土耐磨性能试验研究[J].中外公路，2008，28（6）：243-246.

[10]杨宁，赵美霞.再生骨料混凝土路面耐磨性的研究[J].建筑科学，2011，27（7）：74-77.

[11]彭松枭.再生混凝土耐磨性能研究[D].中南大学，2009.

[12]GB/T 25177-2010，混凝土用再生粗骨料[S].

[13]江苏省建工集团有限公司.透水水泥混凝土路面技术规程[M].中国建筑工业出版社，2010.

[14]赵晶，张桂敏.改性聚丙烯纖维在混凝土中的应用研究[J]. 混凝土，2000（3）：59-61.

[15]Board C A， Bureau C， Loan F H， et al. American Society for Testing and Materials （ASTM）.[J]. Trf5.jus.br， 1999， ：55（May）.

[16]American Society of Testing and Materials. C1747 /C1747M-Standard Test Method for Determining Potential Resistance to Degradation of Pervious Concrete by Impact and Abrasion[R]. West Conshohocken，PA： ASTM International，2014.

[17]ACI committee 522， pervious concrete， Report no. 522R-10， American ConcreteInstitute， Detroit， USA； 2010. p.38.