橡膠摻量與粒徑對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響研究

白金婷 薛忠泉

（遼寧省交通高等專(zhuān)科學(xué)校，遼寧 沈陽(yáng)110122）

隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，廢舊橡膠輪胎每年的產(chǎn)量超過(guò)3.5 億條，2018 年我國(guó)廢舊橡膠輪胎產(chǎn)量高居全球之首，達(dá)到近1500 萬(wàn)t，預(yù)計(jì)到2020 年，將達(dá)到2000 萬(wàn)t。大量廢舊輪胎堆積如山，污染環(huán)境。因此對(duì)廢舊橡膠輪胎的加工與再利用已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題[1]。橡膠集料混凝土是一種新型混凝土，是在普通混凝土的基礎(chǔ)上引入了橡膠顆粒，這不僅處理了廢舊橡膠輪胎，而且改善了混凝土的諸多性能。但目前橡膠集料混凝土的應(yīng)用并不多見(jiàn)，如若要大范圍推廣使用就必須全面了解其性能，因而有必要對(duì)其抗水滲透性進(jìn)行研究與分析，這對(duì)橡膠集料混凝土耐久性能的評(píng)價(jià)也至關(guān)重要。

許金余等人采用3 種粒徑4 種摻量的橡膠粉設(shè)計(jì)了12 組配比的混凝土進(jìn)行抗?jié)B性研究，結(jié)果表明，橡膠粉粒徑為20 目和40 目，摻量為50L/m3和100L/m3之間可以提高混凝土的抗?jié)B性能[2]。田艷鳳等人采用等體積取代法，研究了膠粉摻量與粒徑對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響，結(jié)果表明，結(jié)合混凝土的抗?jié)B性與強(qiáng)度，橡膠粉的摻量應(yīng)該控制在100L 以?xún)?nèi)，粒徑20 目和40 目最佳[3]。徐金花采用恒定壓力對(duì)橡膠集料混凝土進(jìn)行了抗?jié)B試驗(yàn)，結(jié)果表明，影響橡膠集料混凝土抗?jié)B性能最主要的因素是橡膠摻量[4]。

本文將采用正交設(shè)計(jì)法，對(duì)橡膠集料的摻量與粒徑對(duì)混凝土抗?jié)B性能與強(qiáng)度的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，并對(duì)橡膠集料混凝土滲水高度與摻量、粒徑的關(guān)系進(jìn)行回歸分析與方差分析。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

水泥：普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5；

砂子：細(xì)度模數(shù)為2.7 的中砂，堆積密度為1530.5kg/m3，表觀密度為2650kg/m3；

石子：石灰石，粒徑為5-20mm，堆積密度為1580.5kg/m3，表觀密度為2750kg/m3；

橡 膠： 表 觀 密 度 為 1115.7kg/m3， 粒 徑 為 小 于2.5mm，1.25mm-2.5mm，2.5mm-5mm，細(xì)度模數(shù)分別為2.5、3.7 和4.7 共三種，具體見(jiàn)圖1；

粉煤灰：表觀密度為2221.5kg/m3的F 類(lèi)Ⅰ級(jí)灰；

礦粉：表觀密度為2890.5kg/m3的S95 級(jí)磨細(xì)礦渣；

減水劑：高效奈系減水劑。

1.2 試驗(yàn)方法

按照GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，采用抗水滲透性試驗(yàn)方法，測(cè)定恒定水壓力下的平均滲水高度，試驗(yàn)儀器見(jiàn)圖2。

1.3 試驗(yàn)配合比

本試驗(yàn)是在普通C60 混凝土中，分別加入不同摻量與細(xì)度模數(shù)的橡膠顆粒，28d 后測(cè)定抗壓強(qiáng)度與平均滲水高度，具體配合比及試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表1。

圖1 橡膠顆粒

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

從表中的數(shù)據(jù)可以看出，細(xì)度模數(shù)對(duì)橡膠集料混凝土滲透性能影響明顯，當(dāng)摻入細(xì)度模數(shù)為4.7 的橡膠顆粒時(shí)，無(wú)論橡膠摻量為多少，其抗水滲透性能較摻入其他兩種細(xì)度模數(shù)的混凝土的滲透性能要好。摻入細(xì)度模數(shù)為3.7 的混凝土其抗?jié)B性能較摻入細(xì)度模數(shù)為2.5 的混凝土抗?jié)B性能要好。由此可以看出，橡膠粒徑大對(duì)抗?jié)B性能有明顯的提高作用。這主要是由于橡膠顆粒本身是不吸水的高分子材料，有效的延長(zhǎng)和切斷了混凝土中的滲水通道，使毛細(xì)孔變得更加曲折和分散，增加了滲透難度，提高了抗?jié)B性能。而膠粉的作用相對(duì)弱一些。

表1 不同橡膠摻量與細(xì)度模數(shù)的橡膠集料混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果

從表中數(shù)據(jù)還可以看出，對(duì)于細(xì)度模數(shù)相同的混凝土，隨橡膠集料摻量的增加其抗?jié)B性能呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。這主要是由于橡膠的摻入增加了混凝土中氣泡的含量，并且橡膠本身不吸水，使混凝土中的毛細(xì)孔道有效延長(zhǎng)，增加了滲水難度，因而表現(xiàn)出抗?jié)B性較好。對(duì)于細(xì)度模數(shù)為2.5 的混凝土抗?jié)B性能較其他兩種情況差，主要是由于相同摻量條件下，細(xì)度模數(shù)小的顆粒更多一些，混凝土中的薄弱部位就更多一些，因而抗?jié)B性能下降。

由于橡膠集料摻量與細(xì)度模數(shù)對(duì)抗?jié)B性能影響明顯，故對(duì)其進(jìn)行了二元線(xiàn)性回歸分析，得到回歸方程：Y=53.76-0.087a-7.22b（其中Y 為滲水高度，a 為橡膠摻量，b 為細(xì)度模數(shù)）。通過(guò)相關(guān)性檢驗(yàn)與方差分析可知：滲水高度與橡膠摻量和細(xì)度模數(shù)之間是線(xiàn)性相關(guān)的，而且該方程特別顯著。

圖2 HS-4 型混凝土滲透儀

圖3 橡膠摻量為50kg/m3

橡膠摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度影響結(jié)果如圖3-5 所示。從圖中可以看出，在同摻量條件下，混凝土強(qiáng)度與滲透高度基本呈對(duì)應(yīng)關(guān)系（S-6 組除外），即強(qiáng)度越高抗?jié)B性越好。對(duì)于摻同一粒徑的混凝土，其摻量越高抗?jié)B性越好，即隨著橡膠摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度下降，但抗?jié)B性卻顯著提高。以上結(jié)果表明對(duì)于橡膠集料混凝土其強(qiáng)度并不能決定其抗?jié)B性能。這與普通混凝土是有區(qū)別的，對(duì)于普通混凝土來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度高通常其抗?jié)B性能好，但對(duì)于橡膠集料混凝土由于摻入橡膠顆粒，改變混凝土孔隙結(jié)構(gòu)，使混凝土抗?jié)B性能受到影響。因此橡膠集料混凝土其抗?jié)B性與強(qiáng)度并不是單一對(duì)應(yīng)關(guān)系，其抗?jié)B性是由孔隙結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、水灰比、摻量等多種因素決定的。

圖4 橡膠摻量為100kg/m3

圖5 橡膠摻量為150kg/m3

3 結(jié)論

3.1 通過(guò)對(duì)橡膠集料混凝土抗?jié)B性能的測(cè)定可知，橡膠集料的摻量和細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土抗?jié)B性能影響顯著，在同摻量條件下，細(xì)度模數(shù)越大抗?jié)B性越好；在同粒徑條件下，摻量越高其抗?jié)B性越好，本試驗(yàn)最高摻量為150kg/m3。

3.2 通過(guò)對(duì)橡膠摻量與細(xì)度模數(shù)進(jìn)行二元回歸分析得出二元回歸方程：Y=53.76-0.087a-7.22b，為后續(xù)研究提供參考。