不同纖維對再生骨料透水混凝土耐磨性能的影響

冉云龍 李炳林 張政男

摘要：為了改善再生骨料透水混凝土的耐磨性能，設(shè)計了6組纖維（聚丙烯纖維、碳纖維）摻率方案（0.3%、0.6%、0.9%；0.2%、0.4%、0.6%）進行研究，試驗結(jié)果表明，摻加纖維能夠提高再生骨料透水混凝土的耐磨性能，當(dāng)聚丙烯纖維、碳纖維摻率分別為0.6%、0.2%時，耐磨性能最優(yōu)。

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.

關(guān)鍵詞：纖維；透水混凝土；孔隙率；耐磨性能

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

中圖分類號：TU528 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2019）03-0169-03

0 引言

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年產(chǎn)生的建筑垃圾約為12-24億噸之間，約占城市垃圾產(chǎn)生量的70%，產(chǎn)量驚人。據(jù)估算，到2020年，中國建筑垃圾產(chǎn)生量將達到峰值，預(yù)計會達到26億噸。為了解決建筑垃圾合理利用的問題，我國學(xué)者肖建莊[1]提出了“再生混凝土”，在一定程度上解決了建筑垃圾的問題；隨著“海綿城市”的誕生，眾多學(xué)者為了能夠更加廣泛的利用建筑垃圾，促進資源的循環(huán)利用，提出了再生骨料透水混凝土（Pervious Recycled Aggregate Concrete），以下簡稱PRAC），在國外，Huang B[2]等以天然砂和纖維摻加進再生骨料為研究對象，提高再生骨料透水混凝土的強度性能；Arifi E[3]等以25%粉煤灰替代水泥，75%再生骨料替代天然骨料時，研究了再生骨料透水混凝土抗壓強度與劈拉抗壓強度的影響，Rizvi R等[4]以15%、30%、50%和100%的再生骨料替代天然骨料來研究再生骨料透水混凝土最佳的強度、孔隙率和透水性能；在國內(nèi)，陳瑩等[5]采用功效系數(shù)法研究了水灰比、砂率、骨灰比對再生骨料透水混凝土強度和透水系數(shù)的影響，王軍強[6]研究了再生骨料透水混凝土、透水混凝土的抗凍性能，試驗結(jié)果表明，再生骨料透水混凝土與透水混凝土的抗凍性能能夠滿足規(guī)范的要求，陳守開[7]等以定水膠比0.3，10%砂率為基準(zhǔn)，研究了摻加鋼纖維、萘系高效減水劑、硅粉對再生骨料透水混凝土強度與透水性能的影響。雖然國內(nèi)外的學(xué)者對再生骨料透水混凝土的強度與透水性能進行了大量的研究并取得了顯著成果，但如果將再生骨料透水混凝土推廣應(yīng)用于城市公路、停車場等大車流量路面，經(jīng)常承受汽車車輪對路面的擠壓、沖擊以及摩擦，勢必會對再生骨料透水混凝土的耐磨性能提出更高的標(biāo)準(zhǔn)，目前，在國外，Gaedicke C[8]等利用石灰石、卵石和再生骨料研究了耐磨性能的變化；在國內(nèi)，褚東升[9]等、楊寧[10]等、彭松梟[11]研究了再生混凝土的耐磨性能，鑒于國內(nèi)外對再生骨料透水混凝土的耐磨性能鮮見研究，因此研究摻加不同纖維再生骨料透水混凝土的洛杉磯耐磨性能，為以后的深入研究提供很好的借鑒與參考意義。

1 試驗概況

1.1 原材料

本次試驗采用鄭州市生產(chǎn)的普通硅酸鹽（PO·42.5）水泥，拌合水為自來水，纖維選用長度為6mm的聚丙烯纖維和碳纖維，再生骨料用廢棄的C30路面經(jīng)顎式破碎機破碎，人工篩分取得，粒徑選取9.5mm-19.5mm，再生骨料的性能指標(biāo)見表1，依據(jù)規(guī)范[12]，其性能指標(biāo)符合再生骨料要求。

1.2 配合比設(shè)計

為了使配合比設(shè)計的更加合理同時提高再生骨料透水混凝土的耐磨性能，本試驗的配合比在借鑒國內(nèi)外學(xué)者[8-11]研究的基礎(chǔ)上，以定水膠比0.3為基礎(chǔ)，采用體積法[13]進行配合比設(shè)計，聚丙烯纖維的摻率為0.3%，0.6%、0.9%，碳纖維的摻率為0.2%、0.4%、0.6%，分別記為PF-0.3、PF-0.6、PF-0.9、CF-0.2、CF-0.4、CF-0.6，詳細配合比設(shè)計見表2。

1.3 試驗方法

摻加纖維的再生骨料透水混凝土的拌制工藝采用后摻法[14]，這種方法更有利于纖維在混凝土中均勻分布，將成型的試塊1 d后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護至28d，按照美國規(guī)范ASTM C1754[15]進行孔隙率測試，再生骨料透水混凝土的洛杉磯耐磨性能測試采用美國規(guī)范ASTM C1747[16]來測定再生骨料透水混凝土試塊的質(zhì)量損失率。

2 試驗結(jié)果與分析

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決于骨料間點接觸的多少以及骨料間水泥漿體的厚度。圖1為不同聚丙烯摻率情況下，再生骨料透水混凝土的孔隙率變化趨勢，整體上隨著聚丙烯纖維摻量的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率呈現(xiàn)出下降趨勢；圖2為不同碳纖維摻率情形下，再生骨料透水混凝土的孔隙率變化趨勢，由圖1知隨著碳纖維摻率的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率呈現(xiàn)出下降趨勢；綜合圖1、2隨著纖維摻量的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率逐漸降低，這主要是因為再生骨料透水混凝土的孔隙率主要由連通孔隙率和半連通孔隙組成，隨著纖維摻率的增加，過多的纖維不能夠在混凝土中均勻分散，使得纖維堵塞半連通孔隙，同時由于纖維的摻入，會改變混凝土的流動性造成骨料間水泥漿的厚度分布不均，從而影響了再生骨料透水混凝土的孔隙率，由圖1、2可知摻加聚丙烯纖維的再生骨料透水混凝土孔隙率范圍為16.2%-18.3%，摻加碳纖維的再生骨料透水混凝土孔隙率范圍為15.5%-20.5%，滿足規(guī)范[17]要求。

2.2 再生骨料透水混凝土的洛杉磯耐磨性能

為了評價摻加纖維的再生骨料透水混凝土的洛杉磯耐磨性能，依據(jù)規(guī)范[16]，將試塊放入洛杉磯耐磨機里面，讓試塊經(jīng)過500次沖擊磨損，然后測得試塊的質(zhì)量損失率。

圖3、4分別為摻加聚丙烯纖維、摻加碳纖維后再生骨料透水混凝土的質(zhì)量損失率，由圖3知，摻加聚丙烯纖維的再生骨料透水混凝土質(zhì)量損失率在17.1%-39.4%，當(dāng)聚丙烯纖維摻率為0.6%時，再生骨料透水混凝土的質(zhì)量損失率最小，較基準(zhǔn)降低了41%；由圖4知，摻加碳纖維的再生骨料透水混凝土質(zhì)量損失率在21.4%-33.8%，當(dāng)碳纖維摻率為0.2%時，再生骨料透水混凝土的質(zhì)量損失率最小，較基準(zhǔn)降低了26%；綜合圖3、4可知摻加纖維的再生骨料透水混凝土的耐磨性能存在著最優(yōu)摻率，一方面是因為當(dāng)纖維的摻率達到一定上限時，纖維會均勻的分散在水泥漿體、骨料間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善骨料與水泥漿體間的界面過渡區(qū)，進而提高再生骨料透水混凝土的耐磨性能，另一方面，由圖1、2可知，隨著纖維摻量的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率逐漸減小，而孔隙率與再生骨料透水混凝土的密實程度呈負相關(guān)，孔隙率的大小從側(cè)面也反映了再生骨料透水混凝土耐磨性能的高低。

3 結(jié)論

本文通過利用C30廢棄混凝土路面制備再生骨料，研究了摻加不同纖維對再生骨料透水混凝土耐磨性能的影響，主要結(jié)論如下：①隨著纖維摻量的增加，再生骨料透水混凝土的孔隙率整體上呈現(xiàn)下降趨勢。②通過摻加纖維可以使得骨料間形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。③當(dāng)纖維摻率增加到一定程度時，再生骨料透水混凝土的耐磨性能存在最優(yōu)摻率，即聚丙烯纖維摻率為0.6%時，再生骨料透水混凝土的質(zhì)量損失率最小，為17.1%；碳纖維摻率為0.2%時，再生骨料透水混凝土的質(zhì)量損失率最小，為21.4%。

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