橡膠集料混凝土物理力學(xué)性能研究

摘要   本文研究了橡膠集料混凝土的物理力學(xué)性能及收縮性能。實驗中用廢輪胎橡膠顆粒部分取代等體積細(xì)集料，分析了不同橡膠摻量對混凝土強(qiáng)度的影響，比較了不同橡膠集料混凝土的收縮情況。結(jié)果表明摻入橡膠的水泥混凝土強(qiáng)度降低，收縮量較大。

關(guān)鍵詞   橡膠混凝土 收縮 物理力學(xué)性能

 

前言

　　隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，據(jù)中國橡膠工業(yè)協(xié)會輪胎分會報道我國2001年汽車輪胎生產(chǎn)超過一億套，2006年前十家輪胎企業(yè)生產(chǎn)的輪胎就已經(jīng)超過1.3億條，廢舊輪胎的數(shù)量每年以13%以上的速度遞增，在發(fā)達(dá)國家已成為公害。廢舊輪胎不易分解，如何合理的回收和再利用仍然是一大難題。目前對廢橡膠輪胎常用的處理方法主要有：1、將輪胎破碎成橡膠粉末生產(chǎn)橡膠制品；2、作為燃料；3、一些特殊用途，比如制造碳黑、人造礁石等；4、廢橡膠輪胎破碎成粉末應(yīng)用在瀝青混凝土中，橡膠瀝青混凝土有較好的抗滑性能，減少了道路的疲勞開裂，延長了使用壽命[1-3]。對于橡膠粉摻入水泥混凝土中的研究，國際上始于20世紀(jì)90年代，研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土中摻加橡膠粉可以改善混凝土的延性，有利于結(jié)構(gòu)抗震，橡膠混凝土具有輕質(zhì)、隔聲、較好的耐久性。可以應(yīng)用到道路以及橋梁路面以及高抗震地區(qū)建筑[4]。但研究發(fā)現(xiàn)，摻入了橡膠粉末的水泥混凝土強(qiáng)度明顯降低，如何改善其強(qiáng)度是橡膠混凝土面臨的主要問題。此外橡膠混凝土收縮性能的研究還少有報道，而混凝土的收縮是影響混凝土耐久性的重要因素，收縮量過大會導(dǎo)致混凝土開裂，混凝土的開裂將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)滲漏、鋼筋銹蝕、強(qiáng)度降低，進(jìn)而削弱其耐久性，引起結(jié)構(gòu)物破壞及坍塌的危險，從而嚴(yán)重影響建筑物的安全性能與使用壽命。針對以上問題，本文主要研究了橡膠混凝土的物理力學(xué)性能以及收縮。

1.1 材料

　　水泥為北京琉璃河水泥廠金隅牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料為普通河砂，粗骨料為碎石，橡膠粉來自北京平安創(chuàng)世體育設(shè)施有限公司。各種材料的物理性能如下：細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為2.54，表觀密度為2450kg/m3，堆積密度為2390 kg/m3；粗骨料，表觀密度為2660 kg/m3，最大粒徑20mm；橡膠粒徑主要分布在1.18mm-2.36mm之間，小于1.18mm較少，顆粒堆積密度為604kg/m3，表觀密度為1080 kg/m3，具體級配見表1。可再分散膠粉聚合物（Redispersible Polymer Powders簡稱RPP）：羅建科技公司出產(chǎn)的DA-1420型號的可再分散乳膠粉，此膠粉為水溶性再分散粉末，為乙烯、醋酸乙烯酯共聚物，以聚乙烯醇作為保護(hù)膠體。固含量99±1%，灰分10±2（wt%）。采用了兩種減水劑：AS氨基系高效減水劑，粉末狀固體，減水率約為30%；PC聚羧酸減水劑，液體，固含量為25%，減水率約為25%。

 

 

1.2 實驗方法

　　混凝土物理力學(xué)性能按GB/T 50080-2002以及GB/T 50081-2002進(jìn)行，抗壓和劈裂試件尺寸為150mm×150mm×150mm，抗折試件為150mm×150mm×600mm， 軸心抗壓試件為150mm×150mm×300mm。收縮試件尺寸為100mm×100mm×515mm，試件成型后在相對濕度90±5%條件下養(yǎng)護(hù)一天后脫模，以此時試件長度作為零點基準(zhǔn)長度，然后在相對濕度60±5%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。

1.3 配合比

　　橡膠質(zhì)量是水泥質(zhì)量的10%、20%、30%，用橡膠等體積替代砂子，具體配合比見表2。

 

 

　　混凝土物理性能實驗結(jié)果見表3。由表3可以看出，3天、28天抗壓強(qiáng)度隨橡膠的摻量增加而降低，橡膠摻量越多強(qiáng)度下降越多，劈裂強(qiáng)度、抗折、軸心抗壓強(qiáng)度都與抗壓強(qiáng)度呈相同的趨勢。從破壞形態(tài)上看，不摻橡膠的混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度時混凝土很快被壓碎。摻橡膠的混凝土在達(dá)到極限強(qiáng)度時沒有明顯的壓碎跡象，具有一定的殘余強(qiáng)度。軸心抗壓與立方體抗壓破壞情況基本相同。從劈裂破壞形態(tài)上看，不摻橡膠的混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度時，混凝土被完全劈開，甚至粗骨料出現(xiàn)破壞，而橡膠混凝土達(dá)到極限破壞強(qiáng)度時，混凝土沒有被完全劈開，僅僅出現(xiàn)了一道裂紋?？拐鄣钠茐男螒B(tài)與劈裂基本相同。此外，抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值簡稱折壓比，由表3可以看出摻橡膠混凝土的28天折壓比明顯比不摻橡膠的混凝土要高，該種性能可以用于對抗折強(qiáng)度要求較高的工程中，比如道路和橋梁的路面結(jié)構(gòu)等。表3中使用了兩種減水劑，聚羧酸和氨基磺酸鹽減水劑，由強(qiáng)度、坍落度以及擴(kuò)展度結(jié)果來看，使用氨基減水劑的混凝土明顯要比使用聚羧酸的混凝土強(qiáng)度高，且減水效果比較好。在橡膠混凝土中摻入不同比例的可再分散膠粉，見試件5、6、7，它們的具體物理力學(xué)性能與不摻可再分散膠粉的橡膠混凝土相比，有以下幾點變化：1）它們的抗壓強(qiáng)度略有下降；2）劈拉強(qiáng)度有所提高；3）抗折強(qiáng)度也有所提高。

2.2 橡膠混凝土收縮實驗

 

 

　　圖1表示了試樣1-1、2-1、3-1、4-1的早期收縮率隨時間的變化情況，可以看出橡膠混凝土的早期收縮要比普通混凝土大，其中橡膠集料摻量最大的試件4-1的收縮率也最大，其次是試件3-1、2-1，不摻加橡膠集料的普通混凝土試件1-1的收縮率最小?；炷恋氖湛s變形主要與水泥的品種和用量、水灰比、骨料的性質(zhì)、粒徑和含量、養(yǎng)護(hù)條件、使用期的環(huán)境條件、構(gòu)件的形狀和尺寸等有關(guān)?；炷恋氖湛s變形是不可避免的，其主要原因是水泥水化生成物的體積小于原物料的體積（化學(xué)性收縮），以及水份蒸發(fā)后骨料顆粒受毛細(xì)管壓力的壓縮（物理性收縮）。此外，空氣中的二氧化碳和混凝土表面的碳化作用，也引起少量的局部收縮[5]。混凝土因水化熱與干縮等非荷載因素引起的變形受到自身的約束，與骨料有很大的關(guān)系，由于橡膠混凝土部分細(xì)骨料為橡膠，橡膠的彈性模量要遠(yuǎn)比其他骨料小[6]，其約束收縮變形的能力很小，所以橡膠混凝土的收縮要比普通混凝土的收縮大。由于橡膠混凝土的收縮比較大，因此橡膠混凝土不適于用在體積穩(wěn)定性要求較高的結(jié)構(gòu)中，如預(yù)應(yīng)力混凝土。

3 結(jié)論

　　與普通集料混凝土相比，橡膠集料混凝土的力學(xué)性能會明顯降低，但抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度比值和延性都有所提高；與聚羧酸減水劑相比，本實驗中氨基磺酸鹽減水劑對混凝土物理力學(xué)性能具有較優(yōu)的影響，且減水效果較好；摻加可再分散膠粉的橡膠混凝土與普通橡膠混凝土相比，抗壓強(qiáng)度有所降低、劈拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度略有提高；橡膠混凝土的收縮較大，在早期階段尤為明顯，不適宜用在體積穩(wěn)定性要求較高的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中。