Water quality performance of pervious concrete pavements

Abstract

Water is one of the most important resources for human needs and, in some countries, the lack of potable and drinking water is a serious issue. For this reason, new infrastructure that increases water conservation and improves water quality is necessary. Pervious pavement allows water to infiltrate through its matrix, providing an alternative for water collection and storage and, in many cases, removing pollutants from water. Six different pervious concrete pavement (PCP) mixtures were tested for compressive strength, permeability, and most importantly pollutant removal. The first PCP specimen (Opt 1) had the ratios of liquid to binder (L/B) at 32%, fly ash to binder (FA/B) at 24%, nanoparticles to FA (NP/FA) at 1.9%, and water reducer to binder (WR/B) at 0.35%. The second PCP specimen (Opt 2) had a composition of 32% L/B, 26% FA/B, 0% NP/FA and 0.25% WR/B. The third PCP specimen (Opt 3) had 32% L/B, 0% FA/B, 1% NP/FA and 0.20% WR/B. The fourth PCP specimen (Opt 4) had 36% L/B, 35% FA/B, 6% NP/B and 1.20% WR/B. The fifth PCP specimen (Opt 5) had a composition of 50% L/B, 60% FA/B, 0.04% NP/B and 1.71M NaOH. The control PCP specimen (Ctrl) had 33% L/B with no other admixtures. The cement type General Use (GU) was used for Opt 1, Opt 2, Opt 3 and control, while for the Opt 4 and Opt 5 the cement type IP was used. Fly ash from a local coal-fueled power plant was used to replace part of the cement in the mixtures. The Opt 4 contained nano-iron oxide, while nano-silicon dioxide was incorporated in the Opt 1, Opt 3 and Opt 5. Water reducers were used from the Opt 1 to Opt 4, while the Opt 5 was alkali activated. The average compressive strength of the Opt 1, Opt 2, Opt 3, Opt 4, Opt 5 and Ctrl was 17.2, 14.4, 10.5, 16.2, 4.7 and 9.6 MPa, respectively, whereas the average permeability was 8.1, 8.3, 12.6, 9.4, 5.0 and 15.0 mm/s, respectively. The PCP specimens were placed in cylindrical containers inside a rain simulation chamber. Infiltrating water through the PCP and the storage gravel layer was collected and tested for water quality. The results showed that the Opt 1, Opt 2, Opt 3, Opt 4 and the Ctrl had an average reduction of fecal coliforms by 100% and 93%, respectively. The average reductions of phosphate and nitrate for the all the specimens were 100% and 15%.

El agua es uno de los recursos más importantes para los seres humanos y en algunos países la falta de agua potable es un grave problema. Por esta razón, se desea una nueva infraestructura que aumente la conservación del agua y la demanda de la calidad del agua. El pavimento permeable permite que el agua se infiltre a través de su matriz, proporcionando una alternativa para el recogido y almacenamiento de agua y en muchos casos la eliminación de contaminantes. Seis diferentes mezclas de pavimento de concreto permeable (PCP por sus siglas en inglés) fueron analizadas en cuanto a resistencia a la compresión, la permeabilidad y más importante la eliminación de contaminantes. El primer espécimen de PCP (OPT 1) tenía las proporciones de 32% L/B, 24% FA/B, 1.9% NP/FA y 0.35% WR/B (Los factores mencionados están escritos por sus siglas en inglés). El segundo PCP (OPT 2) tenía una composición de 32% de L/B, 26% FA/B, 0% de NP/FA y 0.25% WR/B. La tercera muestra (OPT 3) tenía 32% de L/B, 0% FA/B, 1% NP/FA y 0.20% WR/B. El PCP cuarto (Opt 4) tenía 36% de L/B, 35% FA/B, 6% de NP/B y 1.20% WR/B. La muestra del PCP quinta (Opt 5) tenía una composición del 50% de L/B, 60% FA/B, 0.04% de NP/B y la concentración de NaOH 1.71M. El espécimen del control (Ctrl PCP) tenía 33% de L/B sin otros aditivos. El cemento tipo GU se utilizó para los Opt 1, Opt 2, Opt 3 y el control, mientras que para el Opt 4 y Opt 5 se utilizó del tipo de cemento IP. Cenizas volantes procedentes de una central eléctrica de carbón como combustible local, se utilizó para reemplazar parte del cemento en las mezclas. El Opt 4 poseía contenido de nano-partículas de óxido de hierro, mientras que la nano-partículas del dióxido de silicio fueron incorporadas en el Opt 1, Opt 3 y Opt 5. Los reductores de agua fueron utilizados desde el Opt 1 al Opt 4, mientras que el Opt 5 era alcalino activado. La resistencia promedio de compresión del Opt 1 , Opt 2 , Opt 3 , Opt 4 , Opt 5 y Ctrl fue de 17.2, 14.4, 10.5, 16.2, 4.7 y 9.6 MPa , respectivamente, mientras que la permeabilidad promedio fue de 8.1, 8.3, 12.6, 9.4, 5.0 y 15.0 mm/s, respectivamente. Las muestras de PCP se colocaron en recipientes cilíndricos dentro de una cámara de simulación de lluvia. La infiltración de agua a través del PCP y la capa de grava de almacenamiento se recogieron y se probaron para la calidad del agua. Los resultados mostraron que el Opt 1, Opt 2, Opt 3, Opt 4 y el Ctrl tuvieron una reducción promedio de coliformes fecales por 100% y 93%, respectivamente. Las reducciones medias de fosfato y nitrato para el Opt 1 fueron de 100% y 15%, respectivamente, mientras que para el Ctrl fueron 82% y 17%, respectivamente.