廢棄固體顆粒混凝土梁抗剪性能試驗研究

趙朗 高松 林羽 劉玉濤 朱佳龍 何俊峰

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，廢棄材料污染也愈加嚴重，本實驗主要目的在于充分利用廢棄固體材料，將廢棄固體顆粒作為建筑材料混入混凝土中制備混凝土構件，減少污染。為了確定合適的廢棄固體顆粒混凝土的配合比，試驗按不同體積取代率制作了16根混凝土梁試件進行斜截面抗剪試驗。結果表明：廢橡膠摻入量是影響混凝土構件抗剪強度的主要因素，廢橡膠與廢玻璃體積取代率均為20%的混凝土構件的抗剪強度較高。

關鍵詞：廢棄固體顆粒;體積取代率;抗剪性能

Abstract：With the rapid development of China's economy，the pollution of waste materials is becoming more and more serious.The main purpose of this experiment is to make full use of waste solid materials，prepare concrete components by mixing waste solid particles into concrete as building materials，and reduce pollution.In order to determine the appropriate mix proportion of waste solid particle concrete，six concrete beam specimens were made according to different volume replacement rates for the inclined section shear test.The results show that the incorporation of waste rubber is the main factor affecting the shear strength of concrete components，and the shear strength of concrete components with the volume replacement ratio of waste rubber and waste glass both being 20% is higher.

Key words：Waste solid particle;Volume replacement ratio;shear behavior

廢橡膠的處理是當今人們面臨的嚴重問題之一。為了滿足不斷提高的材料性能要求，橡膠朝著高強度、耐磨、穩定和耐老化的方向發展，但是同時造成了廢棄后的橡膠長時期不能自然降解的問題，大量的廢舊橡膠造成了比塑料污染（白色污染）更難處理的黑色污染。另一方面浪費了寶貴的橡膠資源。但廢橡膠顆粒讓保持著良好的粘彈性、韌性、隔熱隔聲、抗疲勞性等特點，如果在建筑上能將廢橡膠顆粒摻入混凝土中制成混凝土備件使用，不僅可以更好的解決污染問題，使橡膠資源再利用，還能使混凝土備件的性能得到加強。國內外學者研究了廢棄橡膠顆粒對混凝土的影響，結果表明在水泥混凝土中摻入膠粒，混凝土材料的密度顯著降低，材料的韌性、延性明顯提高，抗沖擊能力與抗疲勞能力也有所提高。劉超峰[1]等在瀝青混凝土里摻入膠粒，用以改善道路性能的研究已經取得了較大的成果。

廢玻璃用于混凝土骨料替換也是現今骨料替換中趨勢之一。周梅、江振雙等人[2]將廢玻璃破碎配做集料，粉煤灰作填料，對樹脂混凝土的7d強度做了大量研究，在研究中，廢玻璃的摻入量達72.23%;孫家英[3]等研究了橡膠對混凝土的延性、硬度、抗磨、抗老化等方面的性能的影響。

1 試驗原材料

1.1 廢玻璃

在本試驗中應用無色玻璃，雜質較少，粒徑較平均，加工簡單容易得到。

1.2 廢橡膠

本試驗采用黑色橡膠普通顆粒，級配系數為4.88。

1.3 其他材料

砂為河沙，級配系數為3.12;石子最大粒徑為31mm。

本試驗試件均以C30為基準混凝土，32.5普通水泥，水灰比w/c=0.43，砂率為33%。各材料的密度見表1。

2 試驗設計

本試驗基于水泥與砂的用量不變，將粗骨料替換成廢玻璃、細骨料替換成廢橡膠的原則進行試驗。二者等量取代0%、10%、20%、30%，交叉配比，每組配比2個試件，逐一試驗。

試件尺寸150*250*2800，在溫度（20±2）℃，相對濕度不低于95%的條件下養護28天。

養護完成后，取出試件，將梁側面置于壓力機中心，根據GB/T50081-2002的規則，—3.0-5.0KN/S的速度以集中荷載形式進行加載，直到徹底破壞。

3 試驗結果及分析

3.1 試驗結果

在進行了16試件實驗、數據整理后，表明：配比為20%廢橡膠、20%廢玻璃的混凝土梁抗剪程度最大，0%廢橡膠、0%廢玻璃的混凝土梁抗剪程度稍次于前者，30%廢橡膠、20%廢玻璃的混凝土梁抗剪程度居第三位。

3.2 結果分析

當不摻入替換材料橡膠玻璃時，混凝土強度受水泥等級、用量，鋼筋強度以及密實度影響。當水泥、鋼筋等級不變時，水泥用量過多，混凝土內部易發生化學反應收縮而引起維細裂縫。

數據表明：僅摻入玻璃時，數據呈先上升后下降狀，玻璃中活性二氧化硅與水泥中的堿發生反應，形成堿的硅酸鹽凝膠體，致使混凝土發生體積膨脹呈蛛網狀龜裂，使結構發生破壞。當玻璃含量為20%時，與混凝土的咬合力最強，超過石粒與混凝土的咬合力，能提高混凝土強度。

當玻璃含量一定時，混凝土抗剪強度隨著橡膠摻入量的增加而先上升后下降，曲線峰值接近20%處，此時堿集料反應延性作用契合度也達到峰值。

4 結論

橡膠作為高分子材料不會與水泥、石子等材料發生反應，且能夠優化混凝土抗沖擊性能、提高密實度，但僅摻入橡膠會使混凝土的強度大幅度降低;玻璃硬度高，且在含量為20%時與混凝土的咬合力超過石子與混凝土的咬合力，但僅摻入玻璃的混凝土會產生堿骨料反應，導致結構膨脹、開裂甚至破壞，并且強度與普通混凝土大體相同;同時摻入兩種廢料，玻璃與混凝土的堿骨料反應能與橡膠的彈性變化相互彌補，混凝土能從中得到一些延性、與抗沖擊性，還能保持相對較高的強度。二者摻入量均為20%時，堿骨料反應與延性作用契合度最高，混凝土的強度提升相對最大。

參考文獻：

[1]劉超峰.廢橡膠在水泥混凝土和瀝青混凝土改性中的應用[J].橡膠科技，2008，6（7）：11-13.

[2]周梅，江振雙，楊利輝.廢玻璃粉煤灰制備樹脂混凝土的試驗研究[J].

[3]孫家英.寶鋼鋼渣微粉用于水泥混凝土的安定性和相容性試驗研究[C].上海：建筑新技術研討會論文集，2005：195-199.

[4]王振偉.廢棄玻璃混凝土梁的試驗研究[J].新型建筑材料，2011，38（11）：12-14.

[5]王鳳池.廢棄玻璃骨料混凝土梁抗剪性能研究[J].新型建筑材料.

基金項目：2017年遼寧省大學生創業創新訓練計劃項目（201710146000116 201910146355）

作者簡介：趙朗（1997-）男，遼寧朝陽人。

*通訊作者：高松（1978-），遼寧岫巖人，講師。