氯鹽浸泡對橡膠混凝土的耐久性的影響

熊健民，范夢婷，周金枝，戴 杰，王 軒

（湖北工業大學 土木工程與建筑學院，湖北 武漢430068）

對于混凝土而言，其耐久性取決于其在所處環境下的使用時間和破壞程度，在諸多影響混凝土耐久性的因素中，選擇滲透性侵蝕這一個因素，將橡膠混凝土浸泡于不同質量分數的NaCl溶液中31d，來分析橡膠混凝土受4%和15%兩種質量分數的NaCl溶液浸泡侵蝕后的抗壓和抗彎力學性能的變化，在此基礎上，再將所得數據與同等條件下的普通混凝土所得數據相比較，最后得出兩者耐久性的差距。

1 實驗研究意義及目的

隨著汽車成為越來越普遍的交通工具，廢舊的橡膠輪胎也逐漸成為最大的固體廢物來源，如何有效處理廢舊橡膠，是各國面臨的一個重要的命題。目前，焚燒、填埋和再回收是處理廢舊橡膠的主要方式，但由于前兩者的處理方法對環境污染嚴重，因此，再回收利用成為主要的且具有重要的社會價值的處理方法。

在對廢舊橡膠進行再回收利用時，將其粉碎為橡膠粉能提高其利用效率。橡膠粉顆粒的大小不同而具有不同的力學性能，在生產中具有不同的用途。將橡膠粉與混凝土相結合制作成新型的橡膠混凝土，不僅能更有效實現對廢舊橡膠的回收利用，它在改善混凝土原有的力學性能方面也起著一定的作用，在制作橡膠混凝土時考慮選用顆粒粗細大小不同的橡膠粉，然后勞斯對比其力學性能，具有更為重要的意義。

2 實驗準備

在實驗中，前期準備決定著實驗數據的準確性，主要包括實驗材料，實驗配合比和實驗試塊的制作與養護。

2.1 實驗材料

所需實驗材料有:水泥，華星牌32.5R復合硅酸鹽水泥；細骨料，普通河砂，粒徑為0.15～4.70 mm均勻級配，細度模數為2.64，表觀密度為2620 kg/m3，堆積密度為1264kg/m3；粗骨料，粒徑為2～25mm均勻級配，表觀密度為2613.7kg/m3，針片度為5%，堆積密度為1 430kg/m3，壓碎值為3.45%；膠粉，采用橡膠顆粒大小分別為5目和80目的膠粉，其密度依次分別為1.13kg/m3，1.09 kg/m3，1.08kg/m3；拌合水，普通自來水。

2.2 混凝土的配合比

計算本橡膠混凝土的配合比時，先以基準混凝土來計算基本的配合比，得到此橡膠混凝土的基準配合比為:水泥∶水∶砂∶石＝433∶195∶602∶1170。再根據適配原則，取塌落度為35～50mm，經過計算、查表調整，得到實際配合比為:水泥∶水∶砂∶石＝458∶206∶590∶1146。在此基礎上，選擇體積比例為10%、30%、40%的等質量替換細骨料（表1）。

表1 橡膠顆粒混凝土配合比表 kg/m3

2.3 試件制作和養護

本次實驗主要針對橡膠混凝土的抗壓性能和抗彎性能進行測試實驗，所需試塊規格為100mm×100mm×100mm，兩組實驗各需30個，總數目為60個。

試件制作過程為:1）將膠粉、水泥、砂石等材料用臺秤、電子天平等稱量后加入攪拌機中，先采用干拌方式60s，然后再將稱量好的水泥膠粉和外加劑加入，下一步添加原拌合物，以上材料全部倒入后攪拌30s，再加入計算好的自來水攪拌120s，完成混凝土的攪拌工作。2）將剛拌好的橡膠混凝土倒出后迅速用鐵鍬來回拌合3次。3）固定試模于振動臺上，將拌好的混凝土裝入試模，振動至試模表面出漿時，用抹刀將表面抹平即可。

試件養護過程為:1）先將不透水的薄膜覆蓋于試件上，放置于溫度為20℃，正負偏差5℃的環境下靜置24h。2）再將試塊編號、拆模，放置于溫度為20℃，正負偏差2℃的不流動的氫氧化鈣飽和溶液中養護。3）經28h養護期后再進行力學實驗（圖1、圖2）。

圖1 橡膠混凝土試塊

3 抗壓強度實驗過程及分析

3.1 實驗步驟

抗壓強度實驗步驟主要為:1）試件外表面和試驗機器先擦拭干凈，再將試塊放置到試驗機的下壓板上，使試件中心線與下壓板中心線相吻合。2）啟動試驗機，待上方壓板與試件緩慢接近時，調整下方球座至接觸穩定，再以0.5MPa/s的速度連續加荷。3）當試件的外形用肉眼可以看到變形急劇狀態的時候，馬上停止調動試驗機直至試件被完全破壞，并記錄破壞荷載。圖2為實驗結束前后的試件。

圖2 實驗前后試件

3.2 實驗結果及分析

3.2.1 未浸泡試塊抗壓強度實驗結果 經記錄、計算、整理后，未浸泡試塊的抗壓實驗結果見表2，其強度變化結果見圖3、圖4。

表2 未浸泡試塊抗壓強度值

圖3 未浸泡的橡膠混凝土的最大壓力值變化

圖4 未浸泡的橡膠混凝土抗壓強度變化

橡膠混凝土的抗壓強度隨著橡膠顆粒的不斷增大而呈現降低趨勢，且其整體強度均低于基準混凝土的抗壓強度。由此可知，混凝土內部間隙空間是隨著橡膠粉目數的增大而增大的，從而降低了橡膠混凝土的抗壓強度。橡膠摻量保持在10%以內時，80目的橡膠混凝土抗壓強度值較其他目數混凝土的下降幅度較小，因而在實際工程應用中，摻量為10%的80目橡膠混凝土更適用。

3.2.2 浸泡后的試塊抗壓強度實驗結果 將養護后的橡膠混凝土浸泡于4%的NaCl溶液中30d后的抗壓強度實驗結果見表3及圖5、圖6。

表3 浸泡處理后的橡膠混凝土抗壓強度

圖5 浸泡于4%NaCl溶液30d的最大壓力變化

圖6 浸泡于4%NaCl溶液30d的抗壓強度變化

將養護后的橡膠混凝土浸泡于15%的NaCl溶液中30d后的抗壓強度實驗結果見表4及圖7、圖8。

表4 浸泡處理后的橡膠混凝土抗壓強度

圖7 浸泡于15%NaCl溶液30d的最大壓力值變化

圖8 浸泡于15%NaCl溶液30d的抗壓強度變化

橡膠顆粒摻量循序漸進的增加，同一目數的橡膠混凝土的抗壓強度降低，而同一摻量的橡膠混凝土的抗壓強度并未隨著目數的變化而出現規律性的變化。但對比未經浸泡的橡膠混凝土，經酸液浸泡的橡膠混凝土的抗壓強度呈總體下降趨勢。因此，酸性液體對于橡膠混凝土的抗壓強度有著一定的破壞作用。

4 抗彎強度實驗過程及分析

4.1 實驗步驟

抗彎強度試驗采用四點抗彎實驗，步驟為:

1）將已養護的試件擦拭干凈后，以試件成型側面為承壓面平穩放置于試驗機器上，控制安裝尺寸偏差在1mm之內。

2）以0.05MPa/s的速度對其進行連續加荷，至試件接近破壞時關掉油門，并記錄載荷。圖9、圖10為抗彎試驗前后試件。

圖9 擺放試件

圖10 試件四點抗彎結束

4.2 實驗結果及分析

4.2.1 未浸泡試塊抗彎強度實驗結果 未浸泡試塊的抗彎強度實驗結果見表5及圖11。

表5 未浸泡試塊抗彎強度實驗數據

圖11 未浸泡試塊的抗彎強度

當橡膠摻量增加時，同一目數的橡膠混凝土的抗彎強度降低幅度明顯，這說明橡膠粉的摻入對于混凝土的抗彎性能有害無益，因此，橡膠混凝土不適合用于高架、橋梁等建筑物。此外，摻量相同的橡膠混凝土，其抗彎強度伴隨膠粉目數的增大呈逐漸下降，即目數越大，其抗彎強度越小，同樣，膠粉的目數也并不能增強混凝土的抗彎強度。總之，橡膠對于混凝土的抗彎性能沒有起到促進作用，因而實際生產中并不提倡使用橡膠混凝土作為施工材料。

4.2.2 浸泡后的試塊抗彎強度實驗結果 同樣使用4%的NaCl溶液對試塊進行30d浸泡后進行抗彎強度試驗，其結果見表6及圖12。

表6 浸泡處理后的橡膠混凝土抗彎強度

圖12 浸泡于4%NaCl溶液30d的抗彎強度變化表

同樣，仍然使用15%的NaCl溶液對試塊進行39d的浸泡后進行抗彎強度試驗，其結果見表7及圖13。

表7 浸泡處理后的橡膠混凝土抗彎強度

圖13 浸泡于15%NaCl溶液30d的抗彎強度變化

對比未浸泡試塊的抗彎強度變化圖，其線條走向幾乎無二，且同一摻量和目數的浸泡后的混凝土的抗彎強度較浸泡前更小。由此說明，酸液對于橡膠混凝土抗彎強度的良性改變并無影響，反之更具有破壞性。

5 實驗結論抗彎強度實驗過程及分析

通過以上實驗結果及數據分析對比，對橡膠混凝土的抗壓和抗彎性能的變化可以總結出以下幾點:

1）橡膠混凝土的抗壓和抗彎性能都會因為酸液的作用而被逐漸降低，且抗壓強度的降低程度更為明顯。

2）當膠粉目數相同時，隨著其摻入量的增加，橡膠混凝土的抗壓性一再降低。

3）當摻入量相同時，隨著膠粉粒徑的增大，橡膠混凝土的抗壓性能逐步增大。

4）對于抗彎性能來說，只要有橡膠粉的摻入，其力學性能必定降低，且低于原有的強度。

綜上可知，影響橡膠混凝土的抗壓和抗彎強度的因素是多種多樣的，只有進行更多的實驗分析，才能了解如何更好地改變其力學性能，提高其耐久性。

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