郭 磊，劉思源，陳守開，汪倫焰，薛志龍

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纖維改性再生骨料透水混凝土力學(xué)性能透水性和耐磨性研究

郭 磊1,2,3，劉思源1,3，陳守開1,2,3※，汪倫焰1,2,3，薛志龍1,2,3

（1. 華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院，鄭州 450045；2. 河南省水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)院士工作站，鄭州 450002； 3. 河南省水環(huán)境模擬與治理重點實驗室，鄭州 450002）

再生骨料透水混凝土是利用再生骨料制備透水混凝土，具備再生混凝土和透水混凝土的功能優(yōu)勢，但導(dǎo)致強度、耐磨性變差，故該文進行再生骨料透水混凝土改性研究。將聚丙烯纖維和碳纖維以不同的體積分數(shù)（其中聚丙烯纖維摻量分別為0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，碳纖維摻量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）摻入再生透水混凝土中，采用WAW-1000電液伺服萬能試驗機測定力學(xué)強度，自制透水裝置測定透水系數(shù)，洛杉磯磨耗試驗機測定耐磨性，獲取不同種類和摻量纖維對透水性、力學(xué)性能和耐磨性的影響。試驗結(jié)果表明，聚丙烯纖維和碳纖維的摻入對混凝土的孔隙率和透水系數(shù)影響不大，但可提高強度和耐磨性。隨著纖維摻量的增加，抗壓強度和劈裂抗拉強度呈先增大后減少的趨勢；質(zhì)量損失率也先減少后增大趨勢。經(jīng)優(yōu)化分析可知聚丙烯纖維最優(yōu)摻量為0.6%，碳纖維最優(yōu)摻量為0.4%。該成果可為纖維改性混凝土以及再生骨料透水混凝土的推廣應(yīng)用提供參考。

混凝土；纖維；再生骨料；透水混凝土；力學(xué)性能；耐磨性能

0 引 言

透水混凝土（pervious concrete，PC），又稱多孔混凝土，通常由水泥、水、粗骨料（少或無細骨料）組成，與常規(guī)混凝土相比，空隙率大，透水性高，具有很好的透水、抗噪性能，廣泛用于地下停車場、機場跑道、公園路面。用于透水路面的透水混凝土通常具有尺寸為2～8 mm的孔隙，孔隙率為18%～35%，抗壓強度相對較低，僅為2.8～28.0 MPa[1]，水泥漿粘結(jié)層非常薄，故混凝土的強度主要取決于膠結(jié)料水泥漿的強度[2]。由于骨料強度通常高于水泥漿和水泥漿與骨料之間的結(jié)合面，因此可適當降低骨料強度，即采用再生骨料作為粗骨料，并獲得與天然骨料制成的透水混凝土類似的性能[3-7]。再生骨料透水混凝土（recycled aggregate pervious concrete，RAPC），既能將建筑垃圾回收利用，又能減少城市的積水，降低城市的噪音和熱島效應(yīng)，符合可持續(xù)發(fā)展的理念，還能應(yīng)用于海綿城市的建設(shè)，具有重要的社會和經(jīng)濟效益[8]。

RAPC作為一種新型的生態(tài)混凝土，近年來國內(nèi)外學(xué)者開展了對其孔隙率、透水系數(shù)、強度以及耐久性的研究。Otani等[9]研究了4種不同骨料下透水混凝土的強度，結(jié)果表明，透水混凝土的強度受骨料密度的影響，在給定的孔隙率下，使用低模量骨料體會顯著降低抗壓強度。Sata等[10]研究結(jié)果表明，含再生骨料（recycled aggregate，RA）的透水混凝土比含天然骨料（natural aggregate，NA）的力學(xué)性能較差。Gaedicke等[11]研究了在磨細粒狀高爐礦渣不同替代水平下天然和再生骨料透水混凝土的耐磨性，評估了旋轉(zhuǎn)切割和沖擊磨損2種試驗方法在透水混凝土耐磨性測定中的有效性。Zhang等[12]發(fā)現(xiàn)骨料的壓碎指標的增加對RAPC的抗壓強度、彈性模量、抗彎強度和凍融耐久性有顯著影響，但對RAPC滲透系數(shù)和總空隙率的影響可以忽略不計。Zaetang等[13]利用2種再生骨料（concrete block aggregate，RBA和recycled concrete aggregate，RCA）替代天然骨料，發(fā)現(xiàn)除了在100%的替代水平之外，RBA和RCA都提高了透水混凝土的抗壓強度，且RCA在所有替代水平上都提高了耐磨性，而RBA只有在20%的替代水平時耐磨性才得到改善。

由于再生骨料在機械破碎過程產(chǎn)生微裂紋，再生骨料表面的舊砂漿與新拌水泥漿體粘結(jié)不牢固，存在界面薄弱區(qū)，因此由再生骨料制得的透水混凝土強度普遍較低。而纖維具有抗拉強度高，阻止開裂作用，能夠顯著提高混凝土的韌性，是防止微裂紋和裂紋擴展以及補償混凝土抗拉強度弱點的有效手段[14]。雖然采用纖維對普通混凝土改性已應(yīng)用于工程，但采用纖維對再生骨料透水混凝土改性還停留在初步研究階段。Hesami等[15]研究了體積摻量為0.2%的玻璃纖維、0.5%的鋼纖維和0.3%的聚苯硫醚纖維對透水混凝土力學(xué)性能的影響，在水灰比為0.33時，相較于對照組（無纖維），抗壓強度分別提高了46%、40%和50%，抗拉強度分別提高了28%、33%和37%，抗彎強度分別提高了17%、19%和21%。Rangelov等[16]將固化碳纖維復(fù)合材料（cured carbon fiber composite material，CCFCM）的不同尺寸片段以3個體積分數(shù)摻入透水混凝土混合物中，與對照組相比，摻入CCFCM后透水混凝土呈現(xiàn)更高的滲透速率，同時觀察到在28 d抗壓強度、7 d抗拉強度和彈性模量力學(xué)性能中的改善，分別提高了4%～11%，11%～46%和6%～45%。

為改善再生骨料透水混凝土的性能，本文采用聚丙烯纖維和碳纖維對混凝土進行改性研究，測定在聚丙烯纖維和碳纖維不同摻量下再生透水混凝土的力學(xué)性能、透水性能、耐磨性能，以期獲得聚丙烯纖維和碳纖維在再生骨料透水混凝土中的最優(yōu)摻量。

1 材料與方法

1.1 原材料

1.1.1 粗骨料

本次試驗采用單級配，選取天然骨料和再生骨料，其中RA取自廢棄混凝土路面，經(jīng)顎式破碎機和人工破碎后，并由人工篩料和機器篩分，得到粒徑10~20mm的再生粗骨料。由天然骨料制備的透水混凝土為天然對照組，由再生骨料制備且不摻入纖維的透水混凝土為再生對照組。骨料的性能指標見表1。

1.1.2 水泥和水

水泥選擇P.O42.5普通硅酸鹽水泥，生產(chǎn)廠家為河南風博天瑞水泥有限公司，性能指標見表2。試驗拌合用水為自來水。

表1 天然骨料和再生骨料的基本性能

表2 水泥的基本性能

1.1.3 纖維

聚丙烯纖維廠家為廊坊德凱保溫材料銷售有限公司，碳纖維廠家為滄州中麗新材料科技有限公司，性能指標見表3。

表3 聚丙烯纖維和碳纖維性能

1.2 試驗設(shè)計

為研究聚丙烯纖維和碳纖維對再生骨料透水混凝土的影響，設(shè)置不摻纖維空白對照組和不同摻量聚丙烯纖維試驗組、碳纖維試驗組，纖維以體積百分比摻入再生透水混凝土，摻量參照文獻[15]設(shè)計，配合比設(shè)計見表4。

表4 透水混凝土配合比設(shè)計

注：NAPC為天然骨料透水混凝土；RAPC為再生骨料透水混凝土；PRPC為聚丙烯纖維再生骨料透水混凝土；CRPC為碳纖維再生骨料透水混凝土，下同。

Note: NAPC represents natural aggregate pervious concrete; RAPC represents recycled aggregate pervious concrete；PRPC represents polypropylene fiber recycled aggregate pervious concrete; CRPC represents carbon fiber recycled aggregate pervious concrete, the same as below.

1.3 試驗方法

首先將稱取的骨料和纖維放入臥軸攪拌機中攪拌50s，使纖維與骨料混合均勻，考慮到再生骨料的吸水率較大，先加入40%的水預(yù)濕骨料，攪拌50 s，再加入水泥攪拌60 s，然后加入剩余的水量攪拌60 s，模具為150 mm′150 mm′150 mm的標準立方體試塊和100 mm′200 mm的圓柱體試塊，分2層裝料，每層插搗25下，并置于振動臺上振搗1次。在室溫下24 h成型后拆模，置于標準養(yǎng)護室養(yǎng)護28 d，選取相應(yīng)的試塊分別做抗壓試驗，劈裂抗拉試驗，孔隙率試驗，透水試驗以及耐磨試驗。

1.3.1 抗壓強度試驗

抗壓強度試驗根據(jù)ASTM C39/C39M標準進行[17]，試驗儀器為WAW-1000電液伺服萬能試驗機，測試齡期為28 d，加載速率為0.20 MPa/s。試驗結(jié)果取3個100 mm′200 mm圓柱體試樣的平均值。

1.3.2 劈裂抗拉強度試驗

劈裂抗拉強度試驗根據(jù)ASTM C496/C496M標準進行[18]，試驗儀器為WAW-1000電液伺服萬能試驗機，測試齡期為28 d，加載速率為1.2 MPa/min。試驗結(jié)果取3個100 mm′200 mm圓柱體試樣的平均值。

1.3.3 連續(xù)孔隙率測定

參照CJJ/T253-2016《再生骨料透水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》測定連續(xù)孔隙率[19]，將150 mm′150 mm′150 mm試塊從養(yǎng)護室取出放入（105±5）℃的烘箱中烘至質(zhì)量恒定，取出冷卻至室溫，用直尺量出試件的尺寸，并計算出其體積。將試件完全浸泡在水中，待無氣泡出現(xiàn)時測量試件在水中的質(zhì)量1。取出試件，放在60 ℃烘箱中烘24 h后稱量試件的質(zhì)量2。試塊的孔隙率按式（1）計算。

式中為試塊的孔隙率，%；1為試件在水中的質(zhì)量，g；2為試塊在烘箱中烘24 h后的質(zhì)量，g；為水的密度，g/cm3；為試塊的體積，cm3。

1.3.4 透水系數(shù)測定

參照CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》[20]，采用固定水頭法測定透水系數(shù)，自制透水裝置如圖1所示。

圖1 自制透水測定裝置

將成型的150 mm′150 mm′150 mm試塊側(cè)面涂抹水泥，放入裝置后用橡皮泥將試塊四周的縫隙進行密封，確保水流僅從試塊表面滲透。打開供水閥門，使水流透過試塊表面進入裝置中，等裝置底部溢流孔有水流出時，調(diào)整進水量，使透水裝置內(nèi)保持一定的水位，待進水口與溢流孔的流水量穩(wěn)定后，用量筒從出水口接水，記錄相應(yīng)時間內(nèi)流出的水量，測量3次，取平均值。透水系數(shù)K可由式（2）計算。

式中為透水系數(shù)，cm/s；為透水量，ml；為透水混凝土試塊的高度，cm；為水頭差，cm；為透水混凝土試塊的表層面積，cm2；為透水時間，s。

1.3.5 耐磨性試驗

根據(jù)ASTM C1747/ C1747M[21]標準進行耐磨試驗，將成型的3個100mm′200mm圓柱體試塊取出，稱得質(zhì)量1，放入洛杉磯磨耗機中以30r/min的速率旋轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)，如圖2所示。取出剩余試塊過篩19.5 mm，水洗后稱得剩余質(zhì)量2，根據(jù)公式（3）計算質(zhì)量損耗率。

式中1為磨損前的原始質(zhì)量，kg；2為磨損后的剩余質(zhì)量，kg；為質(zhì)量損耗率，%。

圖2 洛杉磯磨耗試驗機

Fig.2 Los Angeles abrasion machine

2 結(jié)果與分析

通過試驗測得透水混凝土的連續(xù)孔隙率、透水系數(shù)、抗壓強度、劈裂抗拉強度和質(zhì)量損耗率，結(jié)果如表5所示。

表5 透水混凝土試驗結(jié)果

從表5來看，再生骨料透水混凝土的連續(xù)孔隙率和透水系數(shù)均低于天然骨料透水混凝土，這是因為再生骨料表面粗糙有少量微裂紋，且內(nèi)部缺陷多，在拌合過程中容易破碎產(chǎn)生少量細小顆粒，增加的小顆粒填塞了再生骨料之間的孔隙，從而導(dǎo)致連續(xù)孔隙率的降低。

雖然再生骨料的密度低、壓碎指標大且本身強度較低，從表知，再生骨料透水混凝土的抗壓強度為8.07 MPa，天然骨料透水混凝土抗壓強度為6.24MPa，增大率為29.33%，再生骨料透水混凝土抗壓強度大于天然骨料透水混凝土抗壓強度，這是因為經(jīng)破碎獲得的再生骨料表面粗糙，能更好地和水泥漿接觸，增大水泥包裹骨料及骨料之間接觸的面積，因而抗壓強度增大。從表5可知，再生骨料透水混凝土的劈裂抗拉強度較天然骨料透水混凝土劈裂抗拉強度減少18.12%，這是由于再生骨料在機械破碎過程中產(chǎn)生了微小裂紋，微裂紋的存在使得混凝土受到拉應(yīng)力時容易產(chǎn)生破壞[22-25]。

由于再生骨料的性能低于天然骨料，使用再生骨料的透水混凝土的質(zhì)量損耗率高于天然骨料透水混凝土，增大率為11.26%，即其耐磨性能低于天然骨料透水混凝土。

2.1 纖維對再生透水混凝土透水性能的影響

透水性是透水混凝土的一項重要的物理特性，用于城市道路、機場跑道、地下停車場時其透水性需滿足工程應(yīng)用要求。連續(xù)孔隙率和透水系數(shù)是表征其透水性的主要技術(shù)指標，這里考察摻入不同體積分數(shù)的纖維的透水混凝土連續(xù)孔隙率和透水系數(shù)的變化，以期確定纖維最優(yōu)摻量。

2.1.1 連續(xù)孔隙率

透水混凝土的孔隙包括連續(xù)孔隙和封閉孔隙，對透水起作用的只是連續(xù)孔隙，目前國內(nèi)外對孔隙率的測定也只是對連續(xù)孔隙及半封閉孔隙進行測定，而透水混凝土的孔隙率主要受骨料種類、粒徑及級配的影響[26]，骨料粒徑越大、類型單一及單級配時，孔隙率相對較大。圖3為纖維摻量對連續(xù)孔隙率的影響。

圖3 纖維摻量對連續(xù)孔隙率的影響

如圖3所示，摻入纖維后，混凝土的孔隙率在一定的范圍內(nèi)變化，但變化幅度不大，含聚丙烯纖維變幅最大值僅為11.8%；含碳纖維變幅最大值僅為13.1%。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是纖維占用了透水混凝土連通孔隙的一部分體積，致使連續(xù)孔隙率降低，但同時在硬化的混凝土中，纖維與水泥基材界面的粘結(jié)力相對較差，水分在壓力作用下，易進入纖維與基材接口，致使接口處相互連通，致使連續(xù)孔隙率增加。由于纖維的摻量總體上較小，摻入纖維后對混凝土的孔隙率影響有限。根據(jù)試驗結(jié)果，含聚丙烯纖維再生透水混凝土連續(xù)孔隙率范圍為18.6%～20.8%，含碳纖維再生透水混凝土連續(xù)孔隙率范圍為19.2%～21.7%，根據(jù)《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，連續(xù)孔隙率不得低于10%，故所獲連續(xù)孔隙率均在合理的范圍內(nèi)。

2.1.2 透水系數(shù)

混凝土的透水系數(shù)一般取決于連續(xù)孔隙率的大小，如圖4所示，摻入纖維后，透水系數(shù)改變，這可能是因為在硬化的混凝土中，水分子在壓力作用下，易進入纖維與水泥基材接口,致使接口處形成相互連通的通道，透水系數(shù)因此增加，當纖維的摻入占用骨料之間的連續(xù)孔隙，堵塞了水流通道時，透水系數(shù)反而有所降低?？傮w來看，隨著纖維摻量的改變，透水系數(shù)變化范圍不大，摻入聚丙烯纖維的透水系數(shù)為3.87～4.17 mm/s，摻入碳纖維的透水系數(shù)為4.02～4.16 mm/s，《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定透水系數(shù)不低于0.5 mm/s，故滿足透水混凝土路面的應(yīng)用要求。

圖4 纖維摻量對透水系數(shù)的影響

2.2 纖維對再生透水混凝土力學(xué)性能影響

圖5為纖維對抗壓強度和劈裂抗拉強度的影響。

圖5 纖維對抗壓強度和劈裂抗拉強度的影響

由圖5a可知，摻聚丙烯纖維試塊的抗壓強度均較再生對照組抗壓強度低。而碳纖維的摻入則使得試塊抗壓強度高低不一，0.2%～0.6%摻量碳纖維試快的抗壓強度較再生對照組抗壓強度略有增加，且在摻量為0.4%，抗壓強度最大，為9.20 MPa，較再生對照組提高14%。這主要是由于摻入短而細且均勻分布的纖維后，纖維與水泥基復(fù)合材料包裹或填充再生粗骨料表面，增強骨料顆粒之間的黏結(jié)作用，由于混凝土的抗拉強度和極限拉應(yīng)變相對較低，混凝土在約束狀態(tài)下極易發(fā)生裂縫，而纖維的阻裂效應(yīng)[27-30]，限制了混凝土內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，為混凝土抵抗應(yīng)變而產(chǎn)生的拉應(yīng)力分擔應(yīng)力份額。

由圖5b可知，隨著纖維摻量的增加，劈裂抗拉強度先升高后降低。對于聚丙烯纖維，在0.6%的摻量下，劈裂抗拉強度達到最大值2.00 MPa，較再生對照組提高52.67%。對于碳纖維，在0.4%的摻量下，劈裂抗拉強度達到最大值1.78 MPa，較再生對照組提高35.88%，相比之下，聚丙烯纖維對再生骨料透水混凝土劈裂抗拉強度的改善優(yōu)于碳纖維。再生骨料透水混凝土抗壓強度提高的幅度小于劈裂抗拉強度，主要是由于混凝土內(nèi)部存在不同尺度的微裂縫，而微裂縫對抗拉強度的影響遠大于抗壓強度，由于纖維對微裂縫的產(chǎn)生和擴展有很好的抑制作用，因此纖維對再生透水混凝土的抗拉強度的改善高于抗壓強度。

2.3 纖維對再生透水混凝土耐磨性能的影響

耐磨性能是衡量混凝土路面性能的一個重要指標，主要取決于混凝土強度、骨料性能及面層混凝土質(zhì)量。本文對表4中10個配比，共30個試塊進行磨耗試驗，以碳纖維摻量0.4%時為例（圖6），給出從試塊沖擊磨損前后對比圖，觀察磨損后的局部放大圖，可以清楚看到碳纖維附著在骨料表面，有效地發(fā)揮了纖維的阻裂效應(yīng)，使混凝土在磨損過程中始終保持其整體性，纖維的連結(jié)作用又使骨料之間不致于破損，從而保證了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，而材料的整體性直接增強了其抵抗沖擊磨損破壞的能力，因此纖維摻入混凝土中，對于提高混凝土本身的耐磨性有很大幫助。

圖6 碳纖維摻量為0.4%的試塊沖擊磨損前后對比

磨損試驗結(jié)果見圖7。由圖7可知，纖維的摻入使得耐磨性能得到改善，且在各種摻量下的質(zhì)量損耗率均低于未摻纖維組。聚丙烯纖維在0.9%的摻量下，對再生透水混凝土耐磨性能的提升最高，使質(zhì)量損耗率較對照組降低41.2%，碳纖維的最優(yōu)摻量為0.4%，質(zhì)量損耗率較對照組降低29.4%，且聚丙烯纖維對耐磨性能的改善要優(yōu)于碳纖維。

圖7 纖維對耐磨性能的影響

2.4 再生透水混凝土纖維最優(yōu)摻量的確定

纖維最優(yōu)摻量的再生透水混凝土應(yīng)為性能最優(yōu)的再生透水混凝土，這是一個多目標優(yōu)化的問題，優(yōu)化目標應(yīng)為再生透水混凝土強度、透水性和耐磨性。求解多目標優(yōu)化問題，首先明確優(yōu)化目標之間的關(guān)系，采用目標函數(shù)加權(quán)求和法求解，該方法的主要思想是通過對優(yōu)化問題中的每個子目標函數(shù)乘以一個權(quán)值，然后對這些目標函數(shù)進行求和。用這樣的方式就能夠?qū)Χ嗄繕藛栴}變成一個單目標問題，然后再用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法對其求解。

因纖維摻量和強度之間為正相關(guān)性，與質(zhì)量損失率呈負相關(guān)性，與透水性呈正相關(guān)性，故纖維最摻量優(yōu)化模型見式（4）。

權(quán)重的確定可通過纖維摻量對不同性能（透水性、強度和耐磨性）的敏感性程度分析得到，這里敏感度為當自變量纖維摻量發(fā)生變化時所引起的因變量性能的變化率[31]。敏感性分析一般包括以下步驟：1）確定敏感性分析的指標，這里選擇典型再生透水混凝土性能的指標值，透水系數(shù)，連續(xù)孔隙率，抗壓強度，劈裂抗拉強度和質(zhì)量損失率；2）設(shè)定不確定因素及其變化幅度，結(jié)合前面研究成果，不確定因素為兩種纖維摻量，聚丙烯纖維摻量分別為0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，碳纖維摻量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%；3）分析、計算不確定因素的變化對指標的影響程度即敏感度參數(shù)，計算式見式（5）；4）求出敏感因素，具體是指各個不確定因素在相同變化幅度的條件下，影響目標較大的因素。

式中Δ/為影響因素的相對變化率，Δ/為評價指標的相對變化率。

根據(jù)公式（5）計算聚丙烯纖維和碳纖維摻量對再生透水混凝土的力學(xué)性能、透水性能、耐磨性能的敏感度，如表6所示。

表6 敏感性分析結(jié)果

從表6知，聚丙烯纖維和碳纖維對再生透水混凝土性能敏感度影響一致，摻量對強度指標（抗壓強度和劈裂抗拉強度）和耐磨性指標（質(zhì)量損失率）影響較大，對透水性指標（透水系數(shù)和連續(xù)孔隙率）影響較小，敏感度低于13.02，故透水系數(shù)和連續(xù)孔隙率權(quán)重可忽略，基于上述結(jié)果確定1=2=3=1/3，4=5=0。通過公式（4）計算得到聚丙烯纖維最優(yōu)摻量為0.6%，碳纖維最優(yōu)摻量為0.4%。

3 結(jié) 論

通過對纖維改善再生骨料透水混凝土性能的研究，得出以下結(jié)論：

1）再生骨料透水混凝土的孔隙率和透水系數(shù)主要受骨料粒徑和級配影響，纖維對其作用不大；再生骨料透水混凝土的抗壓強度大于天然骨料透水混凝土，劈裂抗拉強度小于天然骨料透水混凝土；使用再生骨料的透水混凝土的質(zhì)量損耗率高于天然骨料透水混凝土，即其耐磨性能低于天然骨料透水混凝土。

2）聚丙烯纖維降低了再生骨料透水混凝土的抗壓強度，碳纖維提高了再生骨料透水混凝土的抗壓強度，兩者均明顯提高了再生骨料透水混凝土的劈裂抗拉強度；聚丙烯纖維和碳纖維顯著增強了再生骨料透水混凝土的耐磨性。

3）通過聚丙烯纖維和碳纖維對再生透水混凝土性能的影響分析，采用多目標優(yōu)化和敏感度分析理論，可得出聚丙烯纖維最優(yōu)摻量為0.6%，碳纖維最優(yōu)摻量為0.4%。

[1] ACI. Report on Pervious Concrete[R]. ACI Committee, 2010.

[2] Rizvi R, Tighe S, Henderson V, et al. Evaluating the use of recycled concrete aggregate in pervious concrete pavement[J]. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board, 2009, 2164: 132－140.

[3] 陳守開，楊晴，劉秋常，等. 再生骨料透水混凝土強度及透水性能試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(15)：141－146.

Chen Shoukai, Yang Qing, Liu Qiuchang, et al. Experiment on strength and permeability of recycled aggregate pervious concrete[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(15): 141—146. (in Chinese with English abstract)

[4] 陳守開，常承艷，郭磊，等. 再生骨料摻量對透水混凝土性能的影響[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報，2018，26(1)：98—108.

Chen Shoukai, Chang Chengyan, Guo Lei, et al. Influence of recycled aggregates content on the performance of pervious concrete[J]. Journal of Basic Science and Engineering, 2018, 26(1): 98—108. (in Chinese with English abstract)

[5] 李秋實，何東坡. 天然與再生集料透水混凝土對比試驗[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，41(1)：89－94.

Li Qiushi, He Dongpo. Comparative study of porous concretes using natural and recycled aggregates[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2015, 41(1): 89－94. (in Chinese with English abstract)

[6] 孫家瑛，梁山. 再生混凝土集料透水性混凝土性能研究及應(yīng)用[J]. 建筑材料學(xué)報，2012，15(6)：747－750.

Sun Jiaying, Liang Shan. Performance of recycled concrete aggregate porous cement concrete and its application[J]. Journal of Building Materials, 2012, 15(6): 747－750. (in Chinese with English abstract)

[7] 陳守開，劉新飛，郭磊，等. 再生骨料摻配比對再生透水混凝土性能的影響[J]. 復(fù)合材料學(xué)報，2018，35(6)：1590—1598.

Chen Shoukai, Liu Xinfei, Guo Lei, et al. Influence of recycled aggregate proportion on performance of recycled pervious concrete[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2018, 35(6): 1590－1598. (in Chinese with English abstract)

[8] 肖建莊. 再生混凝土[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[9] Otani T, Sato Y, Murakami K, et al. Study on an equation for predicting the compressive strength of porous concrete[J]. Journal of Structural and Construction Engineering, 2005, 70(590): 25－30.

[10] Sata V, Wongsa A, Chindaprasirt P. Properties of pervious geopolymer concrete using recycled aggregates[J]. Construction & Building Materials, 2013, 42(9): 33－39.

[11] 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.

[12] Zhang Zhiquan, Zhang Yufen, Yan Changgen, et al. Influence of crushing index on properties of recycled aggregates pervious concrete[J]. Construction and Building Materials, 2017, 135: 112－118.

[13] Zaetang Y, Sata V, Wongsa A, et al. Properties of pervious concrete containing recycled concrete block aggregate and recycled concrete aggregate[J]. Construction & Building Materials, 2016, 111: 15－21.

[14] 張浩博，杜曉青，寇佳亮，等. 再生骨料透水混凝土抗壓性能及透水性能試驗研究[J]. 實驗力學(xué)，2017(2)：247－256.

Zhang Haobo, Du Xiaoqing, Kou Jialiang, et al. Experimental study of comprehensive and permeable performance of permeable concrete with recycled aggregate[J]. Journal of Experimental Mechanics, 2017(2): 247－256. (in Chinese with English abstract)

[15] Hesami S, Ahmadi S, Nematzadeh M. Effects of rice husk ash and fiber on mechanical properties of pervious concrete pavement[J]. Construction & Building Materials, 2014, 53(4): 680－691.

[16] Rangelov M, Nassiri S, Haselbach L, et al. Using carbon fiber composites for reinforcing pervious concrete[J]. Construction & Building Materials, 2016, 126: 875－885.

[17] Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens: ASTM C39/C39M-2013[S]. 2013.

[18] Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens: ASTM C496/C496M- 2011[S].2011.

[19] 再生骨料透水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程：CJJ/T 253-2016[S].2016.

[20] 透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程：CJJ/T 135-2009[S].2009.

[21] Standard Test Method for Determining Potential Resistance to Degradation of Pervious Concrete by Impact and Abrasion: ASTM C1747/C1747M-2013[S].2013.

[22] 朱金春，楊鼎宜，張曉歡，等. 再生透水混凝土中再生骨料摻量問題的研究[J]. 混凝土與水泥制品，2014(10)：6－11.

Zhu Jinchun, Yang Dingyi, Zhang Xiaohuan, et al. Study on the content of recycled aggregate in recycled aggregate pervious concrete[J]. China Concrete and Cement Products, 2014(10): 6－11. (in Chinese with English abstract)

[23] 薛如政，劉京紅，苗建偉，等. 再生骨料透水混凝土性能的研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，40(4)：128－133.

Xue Ruzheng, Liu Jinghong, Miao Jianwei, et al. Study on the performance of recycled aggregate permeable concrete[J]. Journal of Agricultura University of Hebei, 2017, 40(4): 128－133. (in Chinese with English abstract)

[24] 蔣正武，孫振平，王培銘. 若干因素對多孔透水混凝土性能的影響[J]. 建筑材料學(xué)報，2005，8(5)：513－519.

Jiang Zhengwu, Sun Zhenping, Wang Peiming. Effects of some factors on properties of porous pervious concrete[J]. Journal of Building Materials, 2005, 8(5): 513－519. (in Chinese with English abstract)

[25] 張朝輝，王沁芳，楊娟. 透水混凝土強度和透水性影響因素研究[J]. 混凝土，2008(3)：7－9.

Zhang Zhaohui, Wang Qinfang, Yang Juan. Influence factors of compressive strength and permeability of pervious concrete[J]. Concrete, 2008(3): 7－9. (in Chinese with English abstract)

[26] 張賢超，尹健，池漪. 透水混凝土性能研究綜述[J]. 混凝土，2010(12)：47－50.

Zhang Xianchao, Yin Jian, Chi Yi. Summary of performance for pervious concrete[J]. Concrete, 2010(12): 47－50. (in Chinese with English abstract)

[27] 王嬌娜. 透水性聚丙烯纖維混凝土試驗研究[D]. 邯鄲：河北工程大學(xué)，2008.

Wang Jiaona. Experimental Study on Pervious Concrete Mixing with Polypropylene Fiber[D]. Handan：Hebei University of Engineering, 2008. (in Chinese with English abstract)

[28] 張軼倫. 聚丙烯纖維混凝土早期收縮與抗裂性能試驗研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2006.

Zhang Yilun. Experimental Investigation on Early-age Shrinkage and Racking-resistance Property in Polypropylene Fiber-reinforced Concrete[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2006. (in Chinese with English abstract)

[29] 李兆林，石振武，柳明亮. 不同種類聚丙烯纖維混凝土性能對比試驗[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2014，14(31)：292－296.

Li Zhaolin, Shi Zhenwu, Liu Mingliang. Comparative experiment on concrete performance of different kinds of polypropylene fiber[J]. Science Technology and Engineering, 2014, 14(31): 292－296. (in Chinese with English abstract)

[30] 滿都拉. 聚丙烯纖維對再生粗集料透水性混凝土的影響[J]. 硅酸鹽通報，2015，34(3)：694－706.

Man Dula. Effect of polypropylene fibers on the recycled coarse aggregate pervious concrete[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2015, 34(3): 694－706. (in Chinese with English abstract)

[31] 陳魁. 試驗設(shè)計與分析[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005.

Research on mechanical properties, permeability and abrasion resistance of fibers modified recycled aggregate pervious concrete

Guo Lei1,2,3, Liu Siyuan1,3, Chen Shoukai1,2,3※, Wang Lunyan1,2,3, Xue Zhilong1,2,3

(1.,,450045,; 2.,450002,; 3.,450002,)

Recycled aggregate pervious concrete are made by cement, water and recycled aggregates, which conforms to the concept of sustainable development, can be used to construction of the sponge city, and has important social and economic benefits. In order to study the application of fiber in recycled aggregate pervious concrete (RAPC), RAPC was prepared with waste prefabricated pavement concrete as the source of recycled aggregate,natural concrete pervious concrete (NAPC) was prepared as a comparison. Two series of fibers added in RAPC were designed, which contained 0.3%, 0.6%, 0.9%, 1.2% polypropylene fiber (PF), and 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8% carbon fiber (CF) by volume fraction, respectively,RAPC without PF and CF showed as control group. With the experiment on test cubes under standard maintenance, compressive strength, splitting tensile strength, the continuous porosity, the permeability coefficient and the abrasion resistance were measured. The results showed that: 1) Compared with NAPC, the continuous porosity and permeability coefficient of RAPC are lower than those of NAPC, the compressive strength of RAPC has improved by 29.33%, the splitting tensile strength has reduced by 18.12%, the mass loss ratio of RAPC has improved by 11.26%; 2) By adding the fibers to RAPC, the continuous porosity with different volume fractions of fibers varies in a certain range. The continuous porosity of RAPC containing PF ranges from 18.6% to 20.8%, and that of RAPC containing CF ranges from 19.2% to 21.7%. In general, the permeability coefficient changes in a small rang with the changing of fiber content. The permeability coefficient of RAPC with PF ranges from 3.87-4.17 mm/s, and the permeability coefficient of RAPC containing CF ranges from 4.02 - 4.16 mm/s. The effects of PF and CF on the continuous porosity and permeability coefficient of RAPC are similar. 3) By adding PF in RAPC, compressive strength of RAPC is lower than that of control group. By adding CF in RAPC, compressive strength of RAPC increased first and then decreased with the increase of CF content. When the amount of CF up to 0.4%, the compressive strengthreached a maximum value of 9.2 MPa which is higher than 14% that of control group. The splitting tensile strength increased first and then decreased with the increase of fiber content. For PF, when the amount of PF up to 0.6%, the compressive strengthreached a maximum value of 2.0 MPa which is higher than that of control group (52.67%). For carbon fiber, when the amount of CF up to 0.4%, the compressive strengthreached a maximum value of 1.78 MPa which is higher than that of control group (35.88%). 4) PF is better than CF for improving abrasion resistance. When the amount of PF up to 0.9%, the abrasion resistancereached a minimum value, which is lower than that of control group (41.2%). When the amount of CF up to 0.4%, the abrasion resistancereached a minimum value which is lower than that of control group (29.4%). 5) With the application of optimization theory, the optimum amount of PF in RAPC is 0.6%, and the optimal amount of CF in RAPC is 0.4%.The results can provide reference for the promotion and application of fiber-modified concrete and recycled aggregate pervious concrete.

concrete; fiber; recycled aggregate; pervious concrete; mechanical property; abrasion resistance

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.02.020

TU528.04

A

1002-6819(2019)-02-0153-08

2018-08-02

2019-01-02

國家自然科學(xué)基金面上項目（51679092）；國家自然科學(xué)青年基金項目（51309101）；河南省重大科技攻關(guān)項目（172102210372）；河南省產(chǎn)學(xué)研合作項目（182107000031）

郭 磊，博士，副教授，研究方向：混凝土材料試驗及水工混凝土結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真。Email：glboss@126.com

陳守開，博士，副教授，研究方向：水工結(jié)構(gòu)設(shè)計。Email：man200177@163.com

郭 磊，劉思源，陳守開，汪倫焰，薛志龍. 纖維改性再生骨料透水混凝土力學(xué)性能透水性和耐磨性研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(2)：153－160. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.02.020 http://www.tcsae.org

Guo Lei, Liu Siyuan, Chen Shoukai, Wang Lunyan, Xue Zhilong. Research on mechanical properties, permeability and abrasion resistance of fibers modified recycled aggregate pervious concrete[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(2): 153－160. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.02.020 http://www.tcsae.org