橡膠集料混凝土物理力學(xué)性能研究
北京工業(yè)大學(xué)城市與工程安全減災(zāi)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
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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(shí)驗(yàn)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(duì)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
The Physical and Mechanical Properties of Rubber Concrete
Abstract The physical and mechanical properties of rubber concrete and the Influence of rubber on shrinkage of concrete were studied in this paper. The sand aggregate was partly substituted by tire rubber crumb in the experiment . The effect of rubber crumb proportion on concrete strength was analyzed , and the shrinkages of different rubber concretes were compared . The test results show that the strength of rubber concrete is reduced，and the shrinkage is larger compared with ordinary concrete.
Key Words rubber concrete; shrinkage ; physical and mechanical property
前言 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，據(jù)中國(guó)橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)輪胎分會(huì)報(bào)道我國(guó)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(guó)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(duì)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(zhǎng)了使用壽命[1-3]。對(duì)于橡膠粉摻入水泥混凝土中的研究，國(guó)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?？梢詰?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(bào)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(huì)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(xiǎn)，從而嚴(yán)重影響建筑物的安全性能與使用壽命。針對(duì)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 實(shí)驗(yàn)過程與方法
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(jí)配見表1?？稍俜稚⒛z粉聚合物（Redispersible Polymer Powders簡(jiǎn)稱RPP）：羅建科技公司出產(chǎn)的DA-1420型號(hào)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%。
表1 橡膠顆粒級(jí)配情況
 1.2 實(shí)驗(yàn)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(duì)濕度90±5%條件下養(yǎng)護(hù)一天后脫模，以此時(shí)試件長(zhǎng)度作為零點(diǎn)基準(zhǔn)長(zhǎng)度，然后在相對(duì)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。
2 結(jié)果和討論
2.1 混凝土物理力學(xué)性能
混凝土物理性能實(shí)驗(yàn)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(shì)。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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(jiǎn)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(duì)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)
圖1表示了試樣1-1、2-1、3-1、4-1的早期收縮率隨時(shí)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。混凝土的收縮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)。混凝土的收縮變形是不可避免的，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]?；炷烈蛩療崤c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(huì)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(shí)驗(yàn)中氨基磺酸鹽減水劑對(duì)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。 |
| 原作者： 李悅，吳玉生，王敏，韓兆興 |
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