廢舊輪胎橡膠顆粒對混凝土性能的影響

周蔓蘭 施慧倫

(1.山西建筑職業技術學院，山西 晉中 030619; 2.山東理工大學建筑工程學院,山東 淄博 255000)

在現代化社會建設過程中，混凝土越來越成為重要的建筑材料，但混凝土較弱的延性性能導致其在實際應用中受到很大的限制。如何提高混凝土的延性性能已成為一項亟待解決的問題。20世紀90年代，由美國的Shuaib Ahmad最先提出了橡膠混凝土這一概念，他發現在混凝土中加入橡膠顆粒雖然會降低其強度但延性和抗沖切性能得到極大提升。隨著我國汽車工業的發展，輪胎的產量呈現大幅上升的趨勢，相應廢舊輪胎產量也逐年增多，預計到2020年，我國廢舊橡膠輪胎的產量能達到600多萬噸，這給橡膠顆?；炷恋陌l展提供了良好的前景。本文運用控制變量和正交試驗法，就橡膠顆粒粒徑與橡膠顆粒摻量選取不同水平形成多組實驗，從力學角度闡述橡膠顆粒對混凝土抗壓強度和延性性能的影響，并作出變化規律分析。

1 試驗

1.1 試驗材料

實驗采用42.5普通硅酸鹽級水泥，表觀密度為2 600 kg/m3，細度模數為2.47的黃砂；Dmax為25 mm的級配良好的碎石；20%的UNF-1型萘系高效減水劑，自來水，50目～90目，1 mm～3 mm，2 mm～4 mm三種規格的廢舊輪胎橡膠顆粒。

1.2 試驗配合比

本實驗設計采用三種橡膠粒徑與四種橡膠摻量，研究不同橡膠粒徑和摻量對混凝土性能的影響。基準混凝土的設計強度為C45，實驗中各粒徑橡膠顆粒分別按照5%,10%,20%等體積取代砂。減水劑用量為水泥用量的0.75%，具體配合比見表1。

表1 試驗混凝土配合比 kg/m3

1.3 試驗方法

根據試驗需求準備試驗材料，按照配合比稱量出各材料用量，將減水劑在水中攪拌混合，將砂、石、70%摻有減水劑的水及橡膠顆粒放入攪拌機中，攪拌30 s，使材料混合均勻，加入水泥，攪拌30 s，最后加入剩余的30%摻有減水劑的水，攪拌60 s，倒出拌合物，進行和易性檢測后制成標準試件，采用標準條件進行養護。共制作試塊84個，養護到測試時間后，取試塊在試件兩側粘貼應變片，然后放在萬能應變機上進行加載，加載速度為0.1 MPa/s，并通過動態應變儀和數據采集分析儀記錄數據，見表2。

表2 立方體抗壓強度試驗結果 MPa

2 試驗結果分析

2.1 抗壓強度

如圖1所示，橡膠混凝土的軸心抗壓強度受橡膠顆粒摻量與橡膠顆粒粒徑的影響顯著。橡膠顆粒摻量越大，混凝土抗壓強度下降越多，由圖1可知，當橡膠顆粒的摻量達到10%時，各粒徑的橡膠均使混凝土強度降低接近30%，而當摻量達到20%時，其強度下降均超過50%。

而且比較圖2～圖4可以發現橡膠顆粒粒徑越大，混凝土的抗壓強度下降越多，而且橡膠顆粒粒徑越大，混凝土強度增長速度越慢，早期具有的強度越低。

分析原因：混凝土強度下降的原因主要有3個：1)摻入的橡膠顆粒由于自身的強度低，導致加入橡膠顆粒的混凝土強度下降。2)加入橡膠顆粒使得混凝土的和易性變差，造成橡膠混凝土強度降低。3)橡膠顆粒的摻入削弱了水泥與骨料的粘結強度，使混凝土強度降低。橡膠混凝土強度下降趨勢隨橡膠顆粒粒徑增大而增大的原因：橡膠顆粒越小，在水化作用下越容易產生聚團現象，使得混凝土強度降低少，顆粒粒徑越大則不容易發生團聚現象；橡膠顆粒粒徑越大，對混凝土的和易性影響越大，混凝土強度下降越明顯。橡膠混凝土早期強度低的原因：摻入的大粒徑橡膠顆粒較小粒徑橡膠顆粒更能影響混凝土和易性，減弱了早期強度的形成。

2.2 應力—應變

2.2.1混凝土應力—應變的影響

由圖5～圖7可知，三種顆粒粒徑的橡膠混凝土應力—應變關系與普通混凝土類似，應變上升階段經歷了彈性階段、塑形階段、內部裂縫形成階段[3]。與普通混凝土相比，橡膠顆粒混凝土的彈性極限和內部裂縫開展點的應力、應變較小，橡膠混凝土的峰值應力和峰值應變也較小，應力增長平緩，應變增長顯著。

隨著橡膠顆粒摻量的不斷增加，橡膠顆?；炷恋膹椥阅Ａ恐饾u減小(混凝土試塊的應變值不斷加大)，在不同的粒徑中，摻量對應力—應變的影響也不同[4]。在50目～90目和2 mm～4 mm橡膠顆?；炷林?，隨著橡膠顆粒摻量的不斷增加，混凝土的應變值呈現小幅度增長，而在1 mm～2 mm橡膠顆粒混凝土中應變的增長速度很快。且50目～90目和2 mm～4 mm橡膠顆?；炷恋膽冊谛搅繒r小于正?；炷粒? mm～2 mm橡膠顆粒混凝土的應變則始終大于正?；炷?。

2.2.2混凝土彈性模量的影響

由圖8可知，橡膠顆粒混凝土彈性模量的減小與橡膠顆粒粒徑有關，摻入1 mm～2 mm橡膠顆粒時，橡膠混凝土彈性模量隨橡膠摻量的增加而減小，摻入50目～90目與2 mm～4 mm橡膠顆粒的混凝土彈性模量雖然隨橡膠摻量的增加而下降，但其彈性模量表現出離散型，其主要是由于大橡膠顆粒與橡膠粉在混凝土中的不均勻分布引起的。分析橡膠顆粒的摻入降低混凝土彈性模量的原因：橡膠顆粒在外力作用下產生的形變較大，橡膠顆粒的摻入使得混凝土在外力作用下產生更大的形變，彈性模量就隨著橡膠顆粒的增加逐漸減小了。

而且在試驗過程中發現，不摻加橡膠顆粒的混凝土在受壓破壞時，呈現脆斷崩裂現象，而摻加橡膠顆粒的混凝土試件則表現出明顯的延性破壞，這個現象也很好的證實了橡膠顆粒的摻入能有效改善混凝土的延性性能。

3 結語

本次試驗研究了橡膠顆粒粒徑與摻量對橡膠顆粒混凝土的性能影響，通過對比分析可以得到以下結論：

1)橡膠顆粒摻量相同時，顆粒粒徑越大，早期強度越低，混凝土的強度下降越多；橡膠顆粒粒徑相同時，隨橡膠顆粒摻量增加，混凝土強度明顯下降。

2)與普通混凝土相比，橡膠混凝土的彈性極限、內部裂縫開展點的應力與應變、峰值應力和應變均較小。

3)摻入橡膠顆粒以后，試驗得到的應力—應變關系曲線與普通混凝土類似，混凝土的彈性模量變小，且無規律性。

參考文獻：

[1] 張 鵬.塑性混凝土材料性能試驗研究及其應用[D].鄭州：鄭州大學碩士學位論文,2005.

[2] 張振利.碾壓橡膠混凝土變形性能研究[D].天津：天津大學碩士學位論文,2008.

[3] 喬衛國,王立華，林登閣，等.橡膠顆粒混凝土最優配合比正交試驗研究[J].混凝土，2014(10)：89-92.

[4] 路沙沙,麻鳳海，鄧 飛.橡膠顆粒摻量、粒徑影響橡膠混凝土性能的試驗分析[J].硅酸鹽通報，2014,33(10)：2477-2483.