Laboratory investigation on the effects of fine sand addition on pervious concrete volumetric, mechanical and functional properties according to different compaction energies

Nowadays the pervious concrete pavement has been mostly used in roads characterized by low traffic loads, such as pedestrian walkways and bike paths. The mechanical properties of this material have proved to be insufficient for its implementation in infrastructure projects with high traffic loads while maintaining a good drainage capacity during its life cycle. The main objective of this thesis was to optimize a pervious concrete mixture by adding fine sand aggregates in a controlled way. The principal optimization criteria were the mechanical and volumetric performance, which were measured using different laboratory tests. The purpose of these tests was to improve the mechanical performance while maintaining satisfactory levels in the hydraulic conductivity, to obtain a high performance pervious concrete that will allow its use in medium and high traffic conditions. The experimental approach was based on the analysis of nine mixtures of pervious concrete. The sieve size gradation curve remained constant throughout the development of the nine mixtures as well as the type of Portland cement used. The mixtures baseline varied according to the water/cement ratio (0.35, 0.30 and 0.27), and the effect of the fine sand addition was studied for each mixture in two different dosification percentages. Furthermore, four different levels of Marshall compaction were used (i.e., 5, 10, 15 and 20 blows in one side of the sample) to evaluate the material’s properties as a function of the compaction energy applied using equivalent compaction methods to the ones used in construction sites. In addition, for each mixture analyzed, two slabs were prepared (with two different compaction levels) to evaluate the surface of the pervious concrete mixtures studied.

Ad oggi, le pavimentazioni in calcestruzzo drenante o “pervious concrete” sono state prevalentemente usate in strade caratterizzate da sollecitazioni ridotte, come ad esempio passaggi pedonali o piste ciclabili. Le caratteristiche meccaniche di questo materiale si sono generalmente dimostrate insufficienti per il suo impiego in infrastrutture sottoposte ad elevati carichi di traffico essendo necessario garantire allo stesso tempo buone capacità drenanti (proprietà fondamentale del materiale ). L’obiettivo principale di questo lavoro di tesi é stato quello di ottimizzare una miscela di calcestruzzo drenante, precedentemente definita, con l’aggiunta di aggregati fini in modo controllato. I principali parametri studiati, mediante diverse indagini di laboratorio, sono stati le proprietà meccaniche e volumetriche. Lo scopo di tali prove è stato quello di migliorare le prestazioni meccaniche mantenendo livelli soddisfacenti di conduttività idraulica, in modo da ottenere un calcestruzzo drenante ad alte prestazioni utilizzabile in strade sottoposte ad un traffico di medio-alta intensità. Il piano sperimentale ha previsto l’analisi di nove miscele di calcestruzzo drenante. È stata studiata una curva granulometrica che è rimasta invariata in tutta la sperimentazione così come la tipologia di cemento Portland utilizzato. Le miscele base di riferimento variavano in base al rapporto , acqua/cemento (0.35, 0.30 e 0.27); mentre l’effetto dell’aggiunta di sabbie è stato studiato per ciascuna di esse in due proporzionamenti diversi. Inoltre, sono stati considerati quattro diversi livelli di compattazione Marshall (5, 10, 15 e 20 colpi su un solo lato del campione), per valutare le proprietà del materiale in riferimento all’energia di compattazione, e considerare livelli di compattazione più o meno elevati in riferimento anche alle tecniche di compattazione in sito. Per ogni miscela analizzata sono state preparate, inoltre, alcune lastre (compattate applicando diversi livelli di compattazione energetici) per la valutazione delle caratteristiche superficiali delle miscele in esame di calcestruzzo drenante.