CN109534744A - 纤维再生骨料透水混凝土的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维再生骨料透水混凝土的制备方法，将废旧的C20路面经颚式破碎机破碎后，再人工筛分再生骨料，满足：在每立方米短切玄武岩纤维再生骨料透水混凝土中，骨胶比的比例为4.5:1；水胶比的比例为0.3:1；短切玄武岩纤维含量为0.1%‑0.3%。本发明设计制备了掺入短切玄武岩纤维、短切碳纤维、聚丙烯纤维等3种纤维情形，3种纤维的掺入对再生骨料透水混凝土的透水系数和孔隙率影响较小，但能有效提高其劈拉强度和拉压比，具有显著增韧、阻裂的作用，综合评价指标最高，再生骨料透水混凝土的整体性能最佳。

Description

纤维再生骨料透水混凝土的制备方法
技术领域
本发明属于建筑工程领域，涉及一种不同纤维再生骨料透水混凝土的制备方法，本发明适用于水利、交通等经常承受拉应力或者反复动荷载的工程。
背景技术
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 RecycledAggregate Concrete)，以下简称PRAC)，与传统密实混凝土相比，再生骨料透水混凝土具有吸热慢、热容量大等特性，会大大降低城市的“热岛效应”，提高城市居住的舒适性；同时再生骨料透水混凝土路面具有天然雨水可以回渗至土壤，使城市地面具有透气性强、吸音减噪、缓解城市内涝、促进地下水循环、保障植物生长，改善地表环境承载力等优点。因再生骨料透水混凝土具有诸多生态方面的优点，随着再生骨料透水混凝土的提出，国内外学者相继进行了深入研究，但是由于再生骨料透水混凝土自身存在弱结合面问题，导致其强度较低，若提高其强度势必会降低其孔隙率影响再生骨料透水混凝土的透水性能，为了最大范围的利用城市垃圾，提高资源利用率与环保意识，将再生骨料透水混凝土应用于城市经常承受反复动荷载和拉应力的路面，停车场等重要的场所。
随着海绵城市、可持续发展理念的提出，再生骨料透水混凝土既满足了海绵城市在下雨时及时吸水、蓄水、渗水、净水，在干旱时期需要用水时，将蓄存的水“释放”并加以利用。充分起到耐磨、防滑、吸音减噪缓解城市热岛效应等作用；又能将建筑垃圾回收利用，起到不可再生资源的循环发展。但再生骨料透水混凝土是由再生骨料、水泥、水组成，自身的强度主要是以再生骨料间硬化的水泥浆胶结层所形成的骨架结构来承受外荷载，再生骨料本身存在弱结合面即旧水泥浆体与骨料，在形成再生骨料透水混凝土后，再生骨料透水混凝土中的再生骨料与新水泥浆体存在弱结合面，这是再生骨料透水混凝土强度降低的主要原因。
针对透水混凝土(包括RAPC)，Bhutta等指出在相对较低的水灰比下添加聚合物效果显著。Zaetang Y等研究水灰比0.24、胶骨比0.22情况下，不同的再生骨料替代率对RAPC强度、透水性、耐磨性以及热传导性的影响，试验结果表明，随着再生骨料替代率的提高抗压强度也随之提高，并且存在最优替代率水平。Chindaprasirt P等研究不同细骨料掺量对RAPC强度的改善作用，研究结果表明，掺入细骨料能够提高RAPC强度，但总的孔隙率降低。Huang等研究了掺加聚丙烯纤维对透水混凝土基本力学性能的影响，试验结果表明，聚丙烯纤维对强度改性效果并不明显。Rangelov等通过在透水混凝土中掺加不同体积分数(0.5％、1％、1.5％)碳纤维复合材料，结果表明，碳纤维复合材料对透水混凝土抗压强度、抗拉强度和弹性模量改善效果明显。目前，国内对透水混凝土(包括RAPC)的研究也有了一定的进展，王婷等人指出在透水混凝土中掺加聚合纤维能够较好的抑制透水混凝土的干缩，较素混凝土相比，强度在一定范围明显增强。陈守开等人在定水灰比0.3的情况下，通过再生骨料不同的粒级掺比研究其对RAPC基本性能的影响，发现在1:1和2:1掺配下能够得到较好的强度及透水性能。薛冬杰等研究不同的水灰比、龄期对RPC抗压强度及透水性能的影响，结果表明水灰比为0.41、90d龄期强度达到最高。贺图升等提出改变骨料裹浆厚度为主要设计参数来满足强度要求的配合比设计思路，并应用于透水砖效果显著。鉴于当前的研究现状，国内外研究学者关于纤维对RAPC性能方面的研究尚缺乏比较系统的研究。
发明内容
针对现有技术中关于纤维对RAPC性能方面的研究不系统不全面的问题，本发明提供一种不同纤维对再生骨料透水混凝土性能影响的分析方法，以废弃混凝土路面的再生骨料，研究不同纤维对再生骨料透水混凝土性能的影响，并基于灰色关联分析综合评价三种不同类型纤维及掺率所制备的再生骨料透水混凝土。
本发明解决其技术问题所采用的方案一是采用一种短切玄武岩纤维再生骨料透水混凝土的制备方法，所述纤维再生骨料透水混凝土的组成成分包括再生骨料、纤维、水泥和水，制备方法具体包括下列步骤。
步骤一，将废旧的C20路面经颚式破碎机破碎后，再人工筛分并选取粒径9.5mm-19.5mm的再生骨料。
步骤二，将短切玄武岩纤维、水泥和水增加至再生骨料中混合制成短切玄武岩纤维再生骨料透水混凝土，满足：在每立方米短切玄武岩纤维再生骨料透水混凝土中，骨胶比的比例为4.5:1；水胶比的比例为0.3:1；短切玄武岩纤维含量为0.1％-0.3％。骨胶比是指骨料与胶凝材料(水泥)的比值，水胶比是指水与胶凝材料(水泥)的比值。
步骤三，为了保证短切玄武岩纤维能够在再生骨料透水混凝土中分散均匀，需经过四个阶段处理；阶段一干拌：将再生骨料倒入单卧轴强制式搅拌机中，搅拌时间为2min，在搅拌机开启的同时用鼓风设备将短切玄武岩纤维吹入单卧轴强制式搅拌机中，目的是使短切玄武岩纤维充分分散于骨料之间；阶段二预湿骨料：倒入所需总水量1/3的水搅拌1min；阶段三混合搅拌：将水泥倒入搅拌机内搅拌2min，阶段四充分搅拌：将剩余的水加入，搅拌1min，在搅拌机停止转动1min钟后，(搅拌机停止转动1min用以防止纤维结团然后被水泥浆体包裹，静置1min后使水泥浆体充分包裹已经分散了的纤维，降低纤维结团的概率)然后再继续搅拌2min，这样即可得到分散均匀的短切玄武岩纤维再生骨料透水混凝土。
所述的短切玄武岩纤维的长度为6mm，密度为2.8g/cm3,抗拉强度2800-3800MPa，弹性模量10000-11000MPa，断裂延伸率3.1％。所述的水泥是P·O 42.5普通硅酸盐水泥。
本发明解决其技术问题所采用的方案二是采用一种碳纤维再生骨料透水混凝土的制备方法，具体包括下列步骤。
步骤一，将废旧的C20路面经颚式破碎机破碎后，再人工筛分并选取粒径9.5mm-19.5mm的再生骨料。
步骤二，将碳纤维、水泥和水增加至再生骨料中混合制成碳纤维再生骨料透水混凝土，满足：在每立方米碳纤维再生骨料透水混凝土中，骨胶比的比例为4.5:1；水胶比的比例为0.3:1；碳纤维含量为0.2％-0.4％。
步骤三，为了保证碳纤维能够在再生骨料透水混凝土中分散均匀，需经过四个阶段处理；阶段一干拌：将再生骨料倒入单卧轴强制式搅拌机中，搅拌时间为2min，在搅拌机开启的同时用鼓风设备将碳纤维吹入单卧轴强制式搅拌机中，目的是使碳纤维充分分散于骨料之间；阶段二预湿骨料：倒入所需总水量1/3的水搅拌1min；阶段三混合搅拌：将水泥倒入搅拌机内搅拌2min，阶段四充分搅拌：将剩余的水加入，搅拌1min，在搅拌机停止转动1min钟后，(搅拌机停止转动1min用以防止纤维结团然后被水泥浆体包裹，静置1min后使水泥浆体充分包裹已经分散了的纤维，降低纤维结团的概率)然后再继续搅拌2min，这样即可得到分散均匀的碳纤维再生骨料透水混凝土。
所述的碳纤维的长度为6mm，密度为1.82g/cm3,抗拉强度4651MPa，弹性模量23000MPa，断裂延伸率2.02％。所述的水泥是P·O 42.5普通硅酸盐水泥。
本发明解决其技术问题所采用的方案三是采用一种聚丙烯纤维再生骨料透水混凝土的制备方法，具体包括下列步骤。
步骤一，将废旧的C20路面经颚式破碎机破碎后，再人工筛分并选取粒径9.5mm-19.5mm的再生骨料。
步骤二，将聚丙烯纤维、水泥和水增加至再生骨料中混合制成聚丙烯纤维再生骨料透水混凝土，满足：在每立方米聚丙烯纤维再生骨料透水混凝土中，骨胶比的比例为4.5:1；水胶比的比例为0.3:1；聚丙烯纤维含量为0.3％-0.9％。
步骤三，为了保证聚丙烯纤维能够在再生骨料透水混凝土中分散均匀，需经过四个阶段处理；阶段一干拌：将再生骨料倒入单卧轴强制式搅拌机中，搅拌时间为2min，在搅拌机开启的同时用鼓风设备将聚丙烯纤维吹入单卧轴强制式搅拌机中，目的是使聚丙烯纤维充分分散于骨料之间；阶段二预湿骨料：倒入所需总水量1/3的水搅拌1min；阶段三混合搅拌：将水泥倒入搅拌机内搅拌2min，阶段四充分搅拌：将剩余的水加入，搅拌1min，在搅拌机停止转动1min钟后，(搅拌机停止转动1min用以防止纤维结团然后被水泥浆体包裹，静置1min后使水泥浆体充分包裹已经分散了的纤维，降低纤维结团的概率)然后再继续搅拌2min，这样即可得到分散均匀的聚丙烯纤维再生骨料透水混凝土。
所述的聚丙烯纤维的长度为8mm，密度为0.91g/cm3,抗拉强度556.9MPa，弹性模量4092.3MPa，断裂延伸率29.8％。所述的水泥是P·O 42.5普通硅酸盐水泥。
本发明制备的不同纤维再生骨料透水混凝土混凝土，与相应的普通再生骨料透水混凝土相比具有以下优良性能：
1)再生骨料透水混凝土28d抗压强度在6.33～8.2MPa之间，较普通再生骨料透水混凝土28d抗压强度8.07MPa相比，纤维的加入并没有明显的降低抗压强度。
2)再生骨料透水混凝土28d抗压劈拉强度在1.42-1.91MPa之间，较普通再生骨料透水混凝土28d抗压劈拉强度1.31MPa相比，纤维的加入能够明显的改善再生骨料透水混凝土的抗压劈拉强度。
3)再生骨料透水混凝土28d的透水系数在3.99-4.56mm/s，较普通再生骨料透水混凝土28d透水系数4.01mm/s相比，纤维的加入能够明显的改善再生骨料透水混凝土的透水性能。
4)再生骨料透水混凝土28d的抗压劈拉强度，整体上聚丙烯纤维>短切玄武岩纤维>碳纤维。
5)本发明可以直接应用于水利、交通等经常承受动荷载和拉应力的工程中，由于纤维的加入，能够在再生骨料透水混凝土中形成有力的网状结构，可以有效的改善再生骨料透水混凝土中弱结合面的问题，提高再生骨料透水混凝土的强度，同时也能满足透水混凝土透水性能的要求，可以缓解城市内涝问题、城市噪音等问题。
6)本发明可以广泛利用废弃的混凝土结构生产再生骨料，极大的提高了废弃建筑垃圾的利用率，同时低成本的纤维的加入，提高了再生骨料透水混凝土的整体性能。在工程运用中可以有效的降低成本，且保证工程质量。
本发明记载是三种不同纤维再生骨料透水混凝土的制备方法，都可以使纤维充分分散于再生骨料透水混凝土中，在再生骨料透水混凝土中形成有效的网状结构，显著改善了再生骨料透水混凝土的弱结合面，极大的提高再生骨料透水混凝土的强度，特别是在抗拉强度方面，并且制备的不同纤维再生骨料透水混凝土在透水方面完全可以满足透水混凝土的要求。本发明将三种纤维分别以不同比例加入再生骨料透水混凝土中可以有效的改善再生骨料透水混凝土的弱结合面，在再生骨料透水混凝土中形成有效的网状结构，提高了再生骨料透水混凝土的强度，这可以直接应用于水利、交通、城建等行业的透水混凝土工程中，尤其是在经常承受车轮碾压即反复的动荷载或承受拉应力的透水混凝土工程中，这既能使资源循环利用又能保护环境，将会产生巨大的经济与环境效益。
附图说明
图1是纤维透水混凝土拌制流程。
图2是不同纤维对抗压强度的影响关系图。
图3是不同纤维对劈拉强度的影响关系图。
图4是不同纤维对拉压比的影响关系图。
图5是不同纤维对孔隙率的影响关系图。
图6是不同纤维对透水系数的影响关系图。
图7是纤维增强透水混凝土模型图。
具体实施方式
实施例1-3：通过实验对比分析三种不同纤维的组成，以及抗压强度在、抗压劈拉强度和抗压劈拉强度相比分析如下。
1试验步骤
1.1试验材料及配合比
本次试验所需的原材料包括拌合用水(自来水)、再生骨料由C20废弃混凝土路面经颚式破碎机破碎，筛分选取粒径9.5-19.5mm的骨料、纤维分别选取短切玄武岩纤维(CBF)、短切碳纤维(CFR)以及聚丙烯纤维(PFR)，设定再生骨料透水混凝土水胶比0.3、骨胶比4.5，详细配合比及编号见表1。为便于分析，现将再生骨料透水混凝土外掺3种纤维按照不同纤维类型要求的掺量水平进行统一编码，分别用a、b、c表示，见表2。
表1再生骨料透水混凝土配合比/(kg.m-3)
表2掺量水平统一编码表
1.2试件拌制及成型工艺
RAPC的制备采用SJD60型单卧轴强制式搅拌机，重点在于拌制时保证纤维能够在混凝土中分布均匀。将再生骨料倒入单卧轴强制式搅拌机中搅拌2min，同时用鼓风设备将纤维吹入单卧轴强制式搅拌机中，使纤维充分分散于骨料之间，再倒入所需总水量1/3的水搅拌1min，然后将水泥倒入搅拌机内搅拌2min，再之将剩余的水倒入搅拌机内并搅拌1min，在搅拌机停止转动1min钟后，继续搅拌2min，即可得到分散均匀的纤维再生骨料透水混凝土。将拌制好的纤维混凝土分两层装入模具内，每层用捣棍插倒25下，然后将其放在振动台上振捣2次，每次20s，将振动完成的试件用抹刀抹平，待试件成型1d后脱模放入标准养护室内养护至28d。
2试验结果及分析
圆柱体试件强度测试参照ASTM C39/C39M-2010进行测试。孔隙率、透水系数参照《再生骨料透水混凝土应用技术规程》(CJJ/T253-2016)进行测试。
再生骨料透水混凝土是基于海绵城市、解决城市内涝、吸声、减噪、促进资源循环利用，应运而生的一种新型材料，其强度和透水性能是应用于海绵城市的关键性因素。图2～6分别为3种纤维对RAPC抗压强度、劈拉强度及拉压比的影响规律。本次试验实测RAPC抗压强度在6.33～8.2MPa之间，劈拉强度在1.31～1.91MPa之间，满足CJJ/T135-2009[1]所要求范围。图5与图6为不同纤维对再生骨料透水混凝土孔隙率和透水系数的影响。本实验测得的孔隙率、透水系数范围为17.2-26％、4.01-4.56mm/s,满足规范CJJ/T135-2009的要求。总体上，纤维对RAPC的孔隙率及透水系数影响不大。
3基于灰色关联综合评估
由以上试验现象易知，掺加纤维的再生骨料透水混凝土，在满足强度和透水方面存在着“天平效应”，为了能够全面把握掺加纤维的再生骨料透水混凝土整体性能，需要运用一种客观、理性的评价方法——“灰色关联”。本文运用灰色关联理论结合熵值法研究RAPC最优的纤维种类及其最佳的掺量水平。RAPC的重要性能在于强度和透水能力，因此抗压强度、劈拉强度、透水系数应作为关键评价指标。此外，孔隙率对强度、透水性具有重要影响，拉压比反映RAPC的脆性指标，因此这2项也作为评价指标。
依据本次试验结果，按照最优指标集的确定原则，设定：
式中，抗压强度、劈拉强度以及透水系数取试验结果的最大值，拉压比、孔隙率考虑到抗压强度与劈拉强度、强度与透水性之间的平衡关系，取试验结果的平均值。
根据熵值法，计算得到各指标权重如下：
根据灰色关联理论，计算得到综合评价结果如表3所示。由结果可知，本次试验当PFR掺量为0.6％，其综合评价指标最高，为72.75％，即此时RAPC的综合性能最佳。其次是CBF掺量0.2％、CFR掺量0.6％情形。
表3综合评定结果
本发明制备的不同纤维再生骨料透水混凝土可以有效的改善再生骨料透水混凝土的弱结合面，明显改善再生骨料透水混凝土的强度，特别是在抗拉强度方面效果明显，纤维的加入并没有降低再生骨料透水混凝土的透水性能，其透水性能仍能够满足透水混凝土的要求，本发明适用于水利、交通等经常承受拉应力或者反复动荷载的工程。
实施例4-6的实验步骤如下。
1试验设计
1.1原材料
试验所需的原材料：拌合水用自来水。水泥采用普通硅酸盐P·O42.5河南丰博天瑞水泥。粒径9.5-19.0mm再生骨料由C30废弃混凝土路面经颚式破碎机(上海德中电机有限公司)破碎，XSZ-73型单双层两用振筛机筛分后获得，再生骨料基本性能按《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(JGJ 53-1992)规定测试，结果满足规范要求，详见表4。纤维分别短切玄武岩纤维(CBF)、短切碳纤维(CFR)以及聚丙烯纤维(PFR)，不同纤维的物理性能指标见表5。由表可知，PFR的密度、抗拉强度及弹性模量都远低于另外2种纤维，但断裂延伸率具有明显优势；CBF和CFR的性能相近，CBF的密度和断裂延伸率较高，CFR的抗拉强度、弹性模量较好。
表4粗骨料的基本性能指标
表5不同纤维的性能指标
1.2配合比设计
本次试验设定再生骨料透水混凝土水胶比0.3、骨胶比4.5，详细配合比及编号见表6。为便于分析，现将再生骨料透水混凝土外掺3种纤维按照不同纤维类型要求的掺量水平进行统一编码，分别用a、b、c表示，见表7。
表6再生骨料透水混凝土配合比/(kg.m-3)
表7掺量水平统一编码表
1.3试件制备
1.3.1拌制工艺
RAPC的制备采用SJD60型单卧轴强制式搅拌机，重点在于拌制时保证纤维能够在混凝土中分布均匀。纤维透水混凝土的拌制以加纤维的顺序分为先掺法和后掺法；先掺法是将骨料和纤维搅拌均匀，使纤维充分分散在骨料间，然后再加水泥和水进行拌制；后掺法是将水、水泥、骨料搅拌然后再加入纤维搅拌，这种方法易使纤维结团，然后被水泥浆包裹，影响纤维在混凝土中的均匀分散。研究表明，先掺法优于后掺法，本试验采用先掺法。掺入纤维的RAPC制备流程图见图1。
1.3.2成型工艺
RAPC成型由HZD1000型混凝土试验振动台和人工插捣完成。将拌制好的纤维混凝土分两层装入模具内，每层用捣棍插倒25下，然后将其放在振动台上振捣2次，每次20s，将振动完成的试件用抹刀抹平，待试件成型1d后脱模放入标准养护室内养护至28d。
1.4试验方法
圆柱体试件强度测试(图5、图6)参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)由WAW-1000型微机控制电液伺服万能试验机进行测试。孔隙率、透水系数参照《再生骨料透水混凝土应用技术规程》(CJJ/T 253-2016)进行测试。每种纤维在不同掺量水平下分别制作3个150mm×150mm×150mm的立方体试件和6个Φ100mm×200mm圆柱体试件。试件每3块一组，立方体试件用于测定孔隙率和透水系数；圆柱体试件用于测量抗压强度和劈拉强度。
2试验结果与分析
2.1纤维对RAPC强度的影响
图4～7分别为3种纤维对RAPC抗压强度、劈拉强度及拉压比的影响规律。本次试验实测RAPC抗压强度在6.33～8.2MPa之间，劈拉强度在1.31～1.91MPa之间，满足规范所要求范围。
RAPC是以骨料间硬化的水泥浆胶结层所形成的骨架结构来承受外荷载，骨料间的接触点越多，RAPC的强度越高。纤维在RAPC中一般有2个方面的影响：①具有“二次加筋”效果，使骨料之间通过纤维桥接及纤维在RAPC中形成网状结构，使骨料间的嵌挤结构更加具有整体性来承受外荷载，有利于改善RAPC的受力性能(见图4)；②RAPC自身存在2个薄弱的界面过渡区，分别是旧水泥浆体与天然骨料存在的老结合面和新旧水泥浆体形成的新结合面，由于大量孔隙的存在，纤维的掺入在一定程度上会弱化界面过渡区，同时增加结合面数量或减少接触点数量，对RAPC起到负面效果。因此，就RAPC而言，纤维掺量水平一方面取决于纤维本身的性质和在RAPC中的分布状态，另一方面取决于这两种影响的博弈，存在“天平效应”，即在理论上，对于某一给定的纤维，应存在一个最佳掺量水平。
本次试验结果从唯象上阐释了这一看法。在抗压强度方面，由图5可知，不掺纤维RAPC的抗压强度为8.07MPa(基准值)，在掺入纤维后，抗压强度发生变化，如3种纤维在a水平时，强度均有所下降，即CBF、PFR和CFR分别为7.36MPa、6.33MPa和7.78MPa，分别下降8.84％、21.52％和3.63％，这是由于纤维在RAPC中是随机分布的，低掺量水平的纤维分布不均，不能形成完整的网架结构，造成抗压强度下降。当CBF、PFR在b水平、CFR在c水平时，抗压强度接近基准值，此时上述两种影响比较平衡，在内部形成较完整的网状结构。当纤维的掺量超过一定界限时，因纤维的单丝直径较小、比表面积增大，过多的水泥浆体不能完全包裹纤维，在拌和过程中易发生结团现象，使骨料间的胶结层变薄、弱界面增加，界面效应突显，同时过量的纤维会让水泥浆体的流动性降低，水泥浆体不能够充分包裹结团的纤维，易形成更大的孔洞，从而使RAPC抗压强度降低，如增加CBF、PFR掺量由b到c水平时，抗压强度均下降，仅6.58MPa、6.73MPa。由此可知，就抗压强度而言，CBF、PFR的最佳掺量在b水平，即分别为0.2％和0.6％，而CFR可能超过c水平(0.6％)。
由抗压强度结果可知，纤维对于改善RAPC的抗压强度不明显，但对于劈拉强度和拉压比则具有显著的改性效果。如图6和图7所示，总体上，不论哪个掺量水平，RAPC劈拉强度和拉压比均比基准值(1.31MPa和16.23％)显著增大，增幅分别在8％～46％和10％～75％之间。可见，纤维对于RAPC具有显著的阻裂、增韧效果，有利于延缓RAPC内部微裂缝的扩展。这主要是由于纤维均具有较高的抗拉强度、弹性模量、断裂延伸率(表5)，当RAPC受到外荷载作用基体产生裂缝时，横跨裂缝两端的纤维可以延缓裂缝的发展，把应力通过桥接作用传递给开裂的部分，从而使纤维所构成的网状结构与骨料协同受力，体现出更显著的阻裂功能。另外，在规律上，随着PFR掺量增加，RAPC劈拉强度和拉压比均逐渐增大，分别1.42MPa和22.42％(a水平)、1.86MPa和23.1％(b水平)以及1.91MPa和28.4％(c水平)。CBF和CFR的劈拉强度在a水平时最大，分别为1.83MPa和1.67MPa，超过这个掺量水平时逐渐降低，而在拉压比方面，CBF在a水平、CFR在b水平时最佳。PFR较其他两种纤维劈裂性能增长速度快，由表5可知，PFR断裂延伸率大得多，约为其他两种纤维的十几倍，且PFR纤维长度较长，在水泥基体中能够有更大的概率横跨骨架之间，延缓损伤的发展。
图7中：a新旧砂浆结合面；b旧砂浆-再生骨料结合面；c再生骨料；d孔隙；e纤维-水泥浆结合面。
2.2纤维对RAPC孔隙率与透水系数的影响
图6与图7为不同纤维对再生骨料透水混凝土孔隙率和透水系数的影响。本实验测得的孔隙率、透水系数范围为17.2-26％、4.01-4.53mm/s,满足规范的要求。总体上，纤维对RAPC的孔隙率及透水系数影响不大。
RAPC的孔隙率和透水系数之间有着密切的关联，两者之间总体上一般呈正相关关系，即孔隙率增大时，决定透水性的连通孔隙增多，即透水系数也增大。如图6所示，RAPC孔隙率及透水系数基准值(不掺纤维)分别为20％和4.01mm/s，当纤维掺量在a水平时，3种纤维的孔隙率和渗透系数均增大，分别为20.5％和4.14mm/s(CBF)、22％和4.14mm/s(CFR)以及26％和4.53mm/s(PFR)，这个规律恰好与抗压强度相反(图2)。这说明少量纤维的掺入会改变RAPC的孔隙结构，一定程度上增加连通孔隙。此外，三种纤维中，PFR对RAPC孔隙率、CBF对透水系数的影响更加明显，CFR的影响较小。
2.3综合评价结果
由上述结果可知，不同纤维种类及掺量对RAPC的作用不尽相同，需要从RAPC综合性能上进行分析。本文运用灰色关联理论结合熵值法研究RAPC最优的纤维种类及其最佳的掺量水平。RAPC的重要性能在于强度和透水能力，因此抗压强度、劈拉强度、透水系数应作为关键评价指标。此外，孔隙率对强度、透水性具有重要影响，拉压比反映RAPC的脆性指标，因此这2项也作为评价指标。
依据本次试验结果，按照最优指标集的确定原则，设定：
式中，抗压强度、劈拉强度以及透水系数取试验结果的最大值，拉压比、孔隙率考虑到抗压强度与劈拉强度、强度与透水性之间的平衡关系，取试验结果的平均值。
根据熵值法，计算得到各指标权重如下：
根据灰色关联理论，计算得到综合评价结果如表8所示。由结果可知，本次试验当PFR掺量为0.6％，其综合评价指标最高，为72.75％，即此时RAPC的综合性能最佳。其次是CBF掺量0.2％、CFR掺量0.6％情形。
表8综合评定结果
3结论
本文通过试验研究了不同纤维不同掺量对RAPC关键性能的影响，并对其综合性能进行评价分析，主要结论如下：
(1)总体而言，纤维对RAPC的改性作用主要在于提高其劈拉强度和拉压比，即改善其阻裂能力，具有增韧效果，但对抗压强度、孔隙率以及透水系数等性能影响较小。在抗压强度方面，CBF、CFR、PFR掺量分别为0.2％、0.6％、0.6％时接近不掺纤维的RAPC，在8.1MPa左右，其他掺量略有下降。在劈拉强度、拉压比方面，掺入纤维时，RAPC均有所提高，其中CBF、CFR、PFR掺量分别0.1％、0.2％以及0.9％时，劈拉强度分别为1.83MPa、1.67MPa和1.91MPa，相比较不掺纤维的1.31MPa有显著提高。在孔隙率、透水系数方面，掺加纤维的RAPC比不掺情形略有提高，但总体上幅度不大，孔隙率保持在20％、透水系数在4.1mm/s左右。
(2)灰色关联理论结合熵权法可用于评价纤维对RAPC改性作用，本次试验PFR掺量为0.6％时，综合评价指标最高，为72.75％，其他两种纤维的最佳掺量分别为0.2％(CBF)、0.6％(CFR)，综合评价指标分别为67.66％和66.55％。

Claims (9)

1.一种短切玄武岩纤维再生骨料透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述纤维再生骨料透水混凝土的组成成分由再生骨料、纤维、水泥和水组成，制备方法具体包括下列步骤：
步骤一，将废旧的C20路面经颚式破碎机破碎后，再人工筛分并选取粒径9.5mm-19.5mm的再生骨料；
步骤二，将短切玄武岩纤维、水泥和水增加至再生骨料中混合制成短切玄武岩纤维再生骨料透水混凝土，满足：在每立方米短切玄武岩纤维再生骨料透水混凝土中，骨胶比的比例为4.5:1；水胶比的比例为0.3:1；短切玄武岩纤维含量为0.1％-0.3％；
步骤三，为了保证短切玄武岩纤维能够在再生骨料透水混凝土中分散均匀，需经过三个阶段处理；阶段一干拌：将再生骨料倒入单卧轴强制式搅拌机中，搅拌时间为2min，在搅拌机开启的同时用鼓风设备将短切玄武岩纤维吹入单卧轴强制式搅拌机中，目的是使短切玄武岩纤维充分分散于骨料之间；阶段二预湿骨料：倒入所需总水量1/3的水搅拌1min；阶段三混合搅拌：将水泥倒入搅拌机内搅拌2min，在搅拌机停止转动1min钟后，搅拌机停止转动1min用以防止纤维结团然后被水泥浆体包裹，静置一分钟后使水泥浆体充分包裹已经分散了的纤维，降低纤维结团的概率，然后再继续搅拌2min，这样即可得到分散均匀的短切玄武岩纤维再生骨料透水混凝土。
2.如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述的短切玄武岩纤维的长度为6mm，密度为2.8g/cm3,抗拉强度2800-3800MPa，弹性模量10000-11000MPa，断裂延伸率3.1％。
3.如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述的水泥是P·O 42.5普通硅酸盐水泥。
4.一种碳纤维再生骨料透水混凝土的制备方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
步骤一，将废旧的C20路面经颚式破碎机破碎后，再人工筛分并选取粒径9.5mm-19.5mm的再生骨料；
步骤二，将碳纤维、水泥和水增加至再生骨料中混合制成碳纤维再生骨料透水混凝土，满足：在每立方米碳纤维再生骨料透水混凝土中，骨胶比的比例为4.5:1；水胶比的比例为0.3:1；碳纤维含量为0.2％-0.4％；
步骤三，为了保证碳纤维能够在再生骨料透水混凝土中分散均匀，需经过三个阶段处理；阶段一干拌：将再生骨料倒入单卧轴强制式搅拌机中，搅拌时间为2min，在搅拌机开启的同时用鼓风设备将碳纤维吹入单卧轴强制式搅拌机中，目的是使碳纤维充分分散于骨料之间；阶段二预湿骨料：倒入所需总水量1/3的水搅拌1min；阶段三混合搅拌：将水泥倒入搅拌机内搅拌2min，在搅拌机停止转动1min钟后，搅拌机停止转动1min用以防止纤维结团然后被水泥浆体包裹，静置一分钟后使水泥浆体充分包裹已经分散了的纤维，降低纤维结团的概率，然后再继续搅拌2min，这样即可得到分散均匀的碳纤维再生骨料透水混凝土。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的碳纤维的长度为6mm，密度为1.82g/cm3,抗拉强度4651MPa，弹性模量23000MPa，断裂延伸率2.02％。
6.如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述的水泥是P·O 42.5普通硅酸盐水泥。
7.一种聚丙烯纤维再生骨料透水混凝土的制备方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
步骤一，将废旧的C20路面经颚式破碎机破碎后，再人工筛分并选取粒径9.5mm-19.5mm的再生骨料；
步骤二，将聚丙烯纤维、水泥和水增加至再生骨料中混合制成聚丙烯纤维再生骨料透水混凝土，满足：在每立方米聚丙烯纤维再生骨料透水混凝土中，骨胶比的比例为4.5:1；水胶比的比例为0.3:1；聚丙烯纤维含量为0.3％-0.9％；
步骤三，为了保证聚丙烯纤维能够在再生骨料透水混凝土中分散均匀，需经过三个阶段处理；阶段一干拌：将再生骨料倒入单卧轴强制式搅拌机中，搅拌时间为2min，在搅拌机开启的同时用鼓风设备将聚丙烯纤维吹入单卧轴强制式搅拌机中，目的是使聚丙烯纤维充分分散于骨料之间；阶段二预湿骨料：倒入所需总水量1/3的水搅拌1min；阶段三混合搅拌：将水泥倒入搅拌机内搅拌2min，在搅拌机停止转动1min钟后，搅拌机停止转动1min用以防止纤维结团然后被水泥浆体包裹，静置一分钟后使水泥浆体充分包裹已经分散了的纤维，降低纤维结团的概率，然后再继续搅拌2min，这样即可得到分散均匀的聚丙烯纤维再生骨料透水混凝土。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的聚丙烯纤维的长度为8mm，密度为1.82g/cm3,抗拉强度556.9MPa，弹性模量4092.3MPa，断裂延伸率29.8％。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的水泥是P·O 42.5普通硅酸盐水泥。
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