膠粒混凝土抗壓力學(xué)性能的研究

范靈芝

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程分院 陜西楊凌 712100）

引言

橡膠具有重量輕、韌性高、能量吸收多、隔聲隔熱、減震等優(yōu)異性能，所以利用橡膠的這些重要特性指標(biāo)向混凝土中摻入橡膠，最終使得摻廢舊橡膠顆粒水泥混凝土不僅具有了重量輕、韌性高、隔聲、隔熱、減震等優(yōu)異性能，而且更有效地對(duì)廢棄橡膠進(jìn)行了再利用等優(yōu)點(diǎn)。廢舊橡膠作為一種工業(yè)廢棄物，其數(shù)量在廢舊高分子材料中僅次于廢舊塑料居第二位，不僅污染環(huán)境，而且占用土地。作為新的固體污染源，廢舊橡膠具有很強(qiáng)的抗熱性、抗機(jī)械性，若深埋處理，上百年不會(huì)分解腐爛；若露天存放，不僅占用土地，而且極易滋生蚊蟲、引發(fā)傳染疾病、造成火災(zāi)。

將廢舊輪胎加工成粒徑小于5mm的顆粒，橡膠顆粒替代等體積的砂子配制成膠粒混凝土。本文將對(duì)膠粒混凝土的抗壓這一力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，并初步探討其影響機(jī)理。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)參數(shù)的確定

為了探索影響膠粒混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素，采用正交方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。膠粒混凝土的水灰比、膠粒摻量、膠粒粒徑將對(duì)其力學(xué)性能產(chǎn)生較大影響[3]，選為本次正交實(shí)驗(yàn)需要考察的三個(gè)因素，三個(gè)因素都取三個(gè)水平，膠粒的摻入選用等體積代砂法。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)采用三因素三水平的正交設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)，選取水灰比、膠粒摻量、膠粒粒徑3個(gè)因素。根據(jù)三因素三水平正交組合設(shè)計(jì)安排9組試驗(yàn)點(diǎn)用于測(cè)定膠粒混凝土的抗壓強(qiáng)度，每組3個(gè)試件，總共27個(gè)試件。試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 膠粒混凝土相對(duì)滲透性系數(shù)試驗(yàn)的因素水平

1.3 原材料

水泥：選用冀東水泥廠生產(chǎn)的盾石42.5R型硅酸鹽水泥，試驗(yàn)結(jié)果可知水泥的各種性能均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)。

粗骨料：粗骨料為渭河卵石，粒徑為5～31.5mm，堆積密度為1550kg/m3，表觀密度為2650kg/m3。試驗(yàn)結(jié)果表明：該石子為連續(xù)級(jí)配。

細(xì)骨料：細(xì)骨料為渭河河砂，表觀密度為2.7g/cm3，堆積密度為1556kg/m3，含泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.78%。砂的細(xì)度模數(shù)為2.43，屬中砂，及配合格。

膠粒：西安市膠粒生產(chǎn)有限公司生產(chǎn)。粒徑在0.6～4.75mm之間，表觀密度約為1050kg/m3。

水：滿足規(guī)范的試驗(yàn)室自來水。

1.4 試驗(yàn)方法

在拌合混凝凝土之前，先將膠粒原材料用篩子篩分為三種粒徑水平，分別為 0.6～1.18mm，1.18～2.36mm，2.36～4.75mm。然后按設(shè)計(jì)好的配比稱取水泥、石子、砂、膠粒和水，進(jìn)行攪拌（注意每組稱取的粒徑大小）。坍落度滿足要求后裝模，放在振搗臺(tái)上震動(dòng)30s后成型，24h后拆模，用鋼絲刷刷去兩端面的水泥漿膜，然后送入養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，表2為攪拌成型過程中，得到的混凝土參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)前將試件擦拭干凈，檢查外觀看是否有缺陷，測(cè)量試件斷面尺寸，并在試件側(cè)面劃出加荷點(diǎn)的位置；將試件在試驗(yàn)機(jī)的支座上放穩(wěn)對(duì)中，承壓面應(yīng)選擇試件成型時(shí)的側(cè)面。調(diào)整支座和加壓頭位置，其間距尺寸偏差應(yīng)不大于1mm。開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)加荷的壓頭與試件快接近時(shí)，調(diào)整壓頭及支座，使接觸均衡。如加壓頭及支座不能接觸均衡，則接觸不良處應(yīng)予以墊平；開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行兩次預(yù)彎，預(yù)彎荷載均相當(dāng)于破壞荷載的15～20%。預(yù)彎完畢后重新調(diào)整應(yīng)變儀，使應(yīng)變值指示為零，然后進(jìn)行正式測(cè)試。以250N/s的速度連續(xù)而均勻地加荷（不得沖擊）。每加荷500N或1000N測(cè)讀并記錄應(yīng)變值，當(dāng)時(shí)間接近破壞時(shí)應(yīng)停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門直至破壞，記錄破壞荷載。

試驗(yàn)按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352-2006）中有關(guān)測(cè)定混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)的規(guī)定進(jìn)行。

表2 各編號(hào)混凝土基本參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 直觀分析

考慮誤差的影響，設(shè)立一組空白列。最右一列為抗壓強(qiáng)度，表中Ki為某個(gè)因素第i個(gè)水平的所有抗壓強(qiáng)度之和，i為影響因素的水平數(shù)。表示其水平數(shù)的均值。R為任一列的最大值與最小值之差，R值越大，則該因素在試驗(yàn)范圍內(nèi)對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響越大。由表3可知，R2＞R1＞R3，即膠粒摻量對(duì)膠粒混凝土抗壓強(qiáng)度的影響最大，水灰比次之，膠粒粒徑最小。

從圖1中可以看出，因素B（膠粒摻量）的趨勢(shì)圖中曲線波動(dòng)最大，從水平B1（膠粒摻量0.00%）到B3（膠粒摻量30.00%），Re值降低了51.50%，所以它是主要因素；其次是因素A，從水平A（1水灰比為0.4）到A（3水灰比為0.6），Re值降低了31.17%；第三因素是C，從水平C（2膠粒粒徑級(jí)配為（1.18～2.36）mm）到C（3膠粒粒徑級(jí)配為（2.36～4.75）mm），Re值最終降低了僅僅7.43%。

2.2 方差分析

方差分析見表4。

方差分析表明：膠粒摻量為膠粒混凝土的顯著因素，水灰比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有一定的影響，粒徑對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響不顯著。

綜合方差分析與極差分析的結(jié)果，最后確定的出最佳試驗(yàn)條件。本次試驗(yàn)由目測(cè)得出結(jié)論為比較好的實(shí)驗(yàn)條件為A1、B1、C1，在計(jì)算Re得出比較好的試驗(yàn)條件為A1B1C2。兩次試驗(yàn)確定因素A、B水平都為A1、B1，也正有主因素B（膠粒的含量）隨著膠粒含量的增加，考核指標(biāo)（試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度）在逐漸減小，故取B1也符合主因素的要求取值，當(dāng)主因素B取B1（膠粒摻量為0.00%）時(shí)與因素C（膠粒粒徑）無關(guān)，即可得出最優(yōu)試驗(yàn)條件為：

表3 L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)及極差分析

圖1 因素趨勢(shì)圖

表4 方差分析表

A1B1C1

即A1——水灰比為0.4；

B1——膠粒摻量0%；

C1——粒徑為0.6～1.18mm。

3 結(jié)論

（1）橡膠顆粒摻入降低了橡膠顆粒混凝土的抗壓強(qiáng)度低于基準(zhǔn)試件相應(yīng)的抗壓強(qiáng)，通過試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒摻量變化對(duì)強(qiáng)度降低的影響程度大于橡膠顆粒粒徑變化產(chǎn)生的影響；

（2）同一種粒徑下，橡膠顆粒混凝土28d齡期抗壓強(qiáng)度隨橡膠顆粒摻量的增加均表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)；

（3）在橡膠顆粒摻量相同情況下，橡膠顆粒混凝土28d齡期抗壓強(qiáng)度隨橡膠顆粒粒徑的減小而降低。

[1]孫家瑛，等.橡膠混凝土研制及物理力學(xué)性能研究[J].混凝土，2001，11（10）：30～32.

[2]陳振富，等.橡膠混凝土小變形阻尼研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2004，6（3）：32～34.

[3]熊 杰，等.廢橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].混凝土，2004（12）：40～42.