不同纖維對(duì)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(jì)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(jìn)行研究，試驗(yàn)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(shí)，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(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2019）03-0169-03

0 引言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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(guó)建筑垃圾產(chǎn)生量將達(dá)到峰值，預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到26億噸。為了解決建筑垃圾合理利用的問(wèn)題，我國(guó)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(wèn)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(jìn)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(jiǎn)稱PRAC），在國(guó)外，Huang B[2]等以天然砂和纖維摻加進(jìn)再生骨料為研究對(duì)象，提高再生骨料透水混凝土的強(qiáng)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(shí)，研究了再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉抗壓強(qiáng)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(lái)研究再生骨料透水混凝土最佳的強(qiáng)度、孔隙率和透水性能；在國(guó)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(duì)再生骨料透水混凝土強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響，王軍強(qiáng)[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(yàn)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(kāi)[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(duì)再生骨料透水混凝土強(qiáng)度與透水性能的影響。雖然國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)再生骨料透水混凝土的強(qiáng)度與透水性能進(jìn)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(chē)場(chǎng)等大車(chē)流量路面，經(jīng)常承受汽車(chē)車(chē)輪對(duì)路面的擠壓、沖擊以及摩擦，勢(shì)必會(huì)對(duì)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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)外對(duì)再生骨料透水混凝土的耐磨性能鮮見(jiàn)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(yàn)概況

1.1 原材料

本次試驗(yàn)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(lái)水，纖維選用長(zhǎng)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(jī)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(jiàn)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(jì)

為了使配合比設(shè)計(jì)的更加合理同時(shí)提高再生骨料透水混凝土的耐磨性能，本試驗(yàn)的配合比在借鑒國(guó)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(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，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(xì)配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

1.3 試驗(yàn)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(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至28d，按照美國(guó)規(guī)范ASTM C1754[15]進(jìn)行孔隙率測(cè)試，再生骨料透水混凝土的洛杉磯耐磨性能測(cè)試采用美國(guó)規(guī)范ASTM C1747[16]來(lái)測(cè)定再生骨料透水混凝土試塊的質(zhì)量損失率。

2 試驗(yàn)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(diǎn)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(shì)，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(shì)；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(shì)，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(shì)；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?yàn)樵偕橇贤杆炷恋目紫堵手饕蛇B通孔隙率和半連通孔隙組成，隨著纖維摻率的增加，過(guò)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(shí)由于纖維的摻入，會(huì)改變混凝土的流動(dòng)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(píng)價(jià)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(jī)里面，讓試塊經(jīng)過(guò)500次沖擊磨損，然后測(cè)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(shí)，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(shí)，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?yàn)楫?dāng)纖維的摻率達(dá)到一定上限時(shí)，纖維會(huì)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(guò)渡區(qū)，進(jìn)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(shí)程度呈負(fù)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(guò)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(duì)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(shì)。②通過(guò)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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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