纖維復合廢棄橡膠改性混凝土的力學性能★

岳雪濤 尹文軍 劉 玲 王可良

(1.山東省綠色建筑協同創新中心，山東 濟南 250101； 2.山東建筑大學材料科學與工程學院，山東 濟南 250101；3.山東交通學院交通土建工程學院，山東 濟南 250357； 4.濟南軌道交通集團有限公司，山東 濟南 250000)

0 引言

橡膠混凝土是一種新型混凝土，具有韌性和延性大的特性，成為國內外研究的熱點。但廢棄橡膠集料加入到混凝土后，形成了一種由剛性體與彈性體共同組成的新的復合材料，材料內部不僅形成了許多新的界面，而且其內部微觀結構及破壞的物理機制也會發生改變，特別是橡膠集料與骨料界面之間存在天然的大量細、微觀缺陷和孔洞，導致橡膠集料混凝土的抗壓強度降低很多，影響其在結構工程中的推廣和應用[1]。為提高橡膠混凝土的抗壓強度，研究人員通常采用在NaOH飽和溶液浸泡橡膠集料，利用聚乙烯醇和硅烷偶聯劑對橡膠集料改性。研究表明，用水浸泡橡膠去除表面污物，可使橡膠混凝土強度比不處理前提高16%[2-4]。纖維改性橡膠混凝土不僅與纖維的類型、尺寸、摻量，而且與纖維間的相互作用、疊加效應有關[5-8]。因此深入開展研究纖維改性橡膠混凝土的力學性能，優化橡膠參數，為橡膠混凝土在結構工程中的推廣應用具有重要意義,本文研究了鋼纖維對橡膠混凝土的強度的影響。

1 試驗

1.1 試驗原材料與方法

1.1.1原材料

水泥：普通硅酸鹽水泥P.O42.5，山東鄒平產；砂：中粗砂，細度模數2.8，山東泰安產；碎石：5 mm～31.5 mm,山東淄博產；橡膠集料：40目～60目，山東鄒平產；鋼纖維：波紋型，山東泰安產；外加劑：濟南德利泰建材科技有限公司產。

1.1.2試驗方法

按照橡膠集料等體積取代砂子的方法，當橡膠粉集料摻入到混凝土中；按照每立方米混凝土的不同體積比，將鋼纖維摻入到混凝土中。由于纖維比表面積大，需水量增加，纖維加入混凝土后，混凝土坍落度減小。因此采用外加劑調節混凝土坍落度的方法，確保混凝土水灰比不變，拌合、成型混凝土，標準養護，測試不同齡期混凝土的力學性能。

1.2 試驗結果與討論

1.2.1鋼纖維改性橡膠混凝土的抗壓強度

鋼纖維改性橡膠混凝土試驗所用配合比見表1，拌合、成型混凝土試件，標準養護,測試不同齡期混凝土抗壓強度，結果如圖1所示。

由圖1可以看出，橡膠混凝土抗壓強度隨鋼纖維摻量增加，7 d和28 d齡期，混凝土的強度具有增大的趨勢；鋼纖維摻量相同，橡膠粉摻量增加，混凝土的抗壓強度降低。橡膠粉摻量5 kg/m3，鋼纖維摻量15 kg/m3的混凝土的抗壓強度，大于基準混凝土(橡膠摻量為0的水泥混凝土，下同)；橡膠摻量10 kg/m3和15 kg/m3，即使鋼纖維摻量15 kg/m3，相同齡期的抗壓強度均低于基準混凝土。

表1 鋼纖維橡膠集料混凝土配合比 kg/m3

1.2.2鋼纖維改性橡膠混凝土的抗折強度

以水泥膠砂抗折強度評定混凝土的抗折強度，鋼纖維改性橡膠水泥砂漿試驗所用配合比見表2，成型，標準養護，測試不同齡期的抗折強度，試驗結果見圖2。

由圖2可知，橡膠水泥砂漿抗折強度隨鋼纖維摻量增加，7 d和28 d齡期，砂漿的抗折強度具有增大的趨勢；鋼纖維摻量相同，橡膠粉摻量增加，砂漿抗折強度降低。橡膠粉摻量5 kg/m3，鋼纖維摻量大于30 kg/m3的砂漿抗折強度，大于基準砂漿(橡膠摻量為0的水泥砂漿，下同)；橡膠摻量10 kg/m3和15 kg/m3，即使鋼纖維摻量50 kg/m3，相同齡期的抗折強度均低于基準砂漿。

表2 膠砂試驗配合比 kg/m3

2 鋼纖維改性橡膠混凝土結構

28 d齡期，將鋼纖維復合改性橡膠混凝土破碎，觀察混凝土結構，如圖3所示。

從圖3中可以看出，在鋼纖維改性橡膠混凝土結構中，荷載作用下，橡膠—水泥石界面結構差，容易出現裂縫，并隨著荷載增大，裂縫不斷發展，混凝土強度降低。鋼纖維有效抑制了橡膠—水泥石界面的裂縫發展。鋼纖維由于具有較大的剛度和彈性模量，荷載作用時，可以傳遞內部作用力，使橡膠水泥石界面結構受力較小，保護界面結構，限制裂縫發展，提高混凝土強度。

3 結語

鋼纖維摻量增加，橡膠混凝土的強度提高；鋼纖維改性橡膠混凝土強度與橡膠粉、鋼纖維摻量有關，橡膠粉摻量小于5 kg/m3，改變鋼纖維摻量，有利于提升橡膠混凝土的抗壓和抗折強度。

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