納米二氧化硅和橡膠雙摻再生混凝土抗滲性實驗研究

屈夢星 屠艷平 甘鋒禮 方明鵬 謝君 曹禹

摘要：本文以C30普通混凝土為基準組，納米 SiO2 按 0%、1.5%、3%等質量取代水泥，橡膠粉按 0、1%、3%、5%等質量取代天然河砂，再生粗骨料和再生細骨料30%取代來配制成再生混凝土。通過試驗研究納米SiO2和橡膠粉雙摻對再生混凝土抗滲性能的影響。得出單獨摻入納米 SiO2或單獨摻入橡膠粉均可使再生混凝土抗滲性能提高，前者效果優于后者，但橡膠粉和納米SiO2 同時摻入較多時，再生混凝土抗滲性能會降低，橡膠粉和納米SiO2的摻量分別為 1%、3%時，對再生混凝土抗滲性能的優化效果最好。

Abstract： In this paper， C30 ordinary concrete is taken as the reference group， the concrete is prepared by nano-SiO2 at the mass of 0%， 1.5%， 3% respectively， and the natural river sand is replaced by rubber powder at the mass of 0， 1%， 3%， 5% respectively， the replacement rate of recycled coarse aggregate and recycled fine aggregate is 30%. The effect of the amount of rubber powder and nano-SiO2 on the impermeability of recycled concrete was experimentally studied. The results show that， the improvement effect of nano-SiO2 on the impermeability of recycled concrete is better than that of rubber powder alone， but more rubber powder and nano-SiO2 will reduce the impermeability of recycled concrete at the same time. When the content of rubber powder and nano-SiO2 is 1% and 3% respectively， the improvement effect on the impermeability of recycled concrete is the best.

關鍵詞：納米 SiO2;橡膠粉;再生混凝土;抗滲性

Key words： nano-SiO2;rubber powder;recycled concrete;impermeability

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0225-03

0? 引言

隨著建筑業的發展，建筑材料消耗量日益增大。據統計，我國的混凝土使用量占全球總消耗量的45%，預計到2020年國內建筑廢棄物的產量將達到驚人的39.66億噸[1]。同時，隨著汽車工業的發展，我國每年產生的廢橡膠輪胎超過5000 萬條，只有少部分經過處理后加以利用，大量未處理的廢舊輪胎會對環境造成十分不利的影響，還會對人的身體健康造成危害。因此發展循環利用混凝土技術己經成為迫在眉睫的問題，必須減少天然砂石的開采，同時有效利用建筑廢棄物生產混凝土，走可持續發展的道路。

再生混凝土是將廢棄混凝土經過沖洗、破碎、篩分然后按一定比例混合后得到的再生骨料，部分或全部替代天然骨料重新配置形成的新混凝土[2]。橡膠屬于韌性材料，具有高彈、耐磨、耐久及可塑等眾多優點，摻入橡膠顆粒的再生混凝土密度會有所降低，耐磨、 耐久性能得到顯著提高，同時又消耗了大量建筑廢棄物和廢橡膠，有效的實現了兩者的資源化利用。但橡膠再生混凝土存在強度低的缺點，納米SiO2尺寸小、比表面積大、火山灰活性高，將其摻入到再生混凝土中，能與漿體中的 Ca（OH）2 充分發生作用，促進水化產物的生成，細化界面過渡區的結構，從而改善混凝土的力學性能和耐久性能[3]。本文進行納米氧化硅—橡膠再生混凝土耐久性試驗研究。

1? 試驗材料及配合比

1.1 試驗原材料

①水泥：諸城市楊春水泥有限公司生產的P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，物理性能見表1。②再生粗骨料：由學校實驗室改造工程中的地面廢棄混凝土經破碎、篩分后按要求混合得到，試驗所用的再生粗骨料公稱粒徑均為5～20mm連續級配的再生骨料，各項指標具體見表2。③細骨料。1）天然細骨料：本次試驗采用的天然細骨料為武漢市天然河砂，烘干后篩分，試驗所用天然河砂細度模數為2.6，密度2.64g/cm3，屬Ⅱ區中砂。2）再生細骨料：由學校污水、雨水管道改造工程中的路面廢棄混凝土以及實驗室改造工程中的地面廢棄混凝土經破碎后篩分得到的連續級配細骨料，再生細骨料細度模數為3.0，屬Ⅱ區中砂。各項指標具體見表3。④水：采用武漢市自來水。⑤納米SiO2：來自于南宮市盈泰金屬材料有限公司，技術指標由廠家提供，見表4。⑥橡膠粉：四川省某橡膠材料廠生產的粒徑為80目（0.18mm）的廢舊輪胎橡膠粉，外觀呈現為黑色粉末狀，外表光滑，具有憎水性。⑦高性能減水劑：聚羧酸高效減水劑，其固含量為20%，呈淡黃色液體。

1.2 試驗配合比

混凝土配合比是由JGJ55-2011-《普通混凝土配合比設計規程》中相關規定所設計，在實驗過程中根據實際情況調整，具體配合比見表5。

2? 抗水滲透試驗

2.1 試驗方法的選擇

再生混凝土的抗滲性能的研究是我們這次實驗的重要部分，因為我們平時在實際情況下用到的材料是規格不一，質量也是參差不齊的，更不用說其中還摻雜了各種各樣性能不一樣、使用條件不一樣的物質，因此我們放棄了用抗氯離子滲透為試驗方法的選擇，進而我們根據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》和《水工混凝土試驗規程》等規范的要求，采用了滲水高度法，使用混凝土抗滲儀來進行實驗。所用試件為的規格是175mm*185mm*150mm。

2.2 抗滲透試驗的過程

首先準備好抗滲儀并完成排氣操作，然后把裝入試模的試件小心安裝在抗滲儀上，抗滲儀必須在24小時內都處于1.2MPa的恒壓狀態下，且前面加壓的時間最好不要多于5分鐘。在整個試驗的進程中，我們需要仔細密切的觀測試件上表面的滲水情況，只要有一個試件的外表面出現了滲水的情況就立馬停止試驗，并立即寫下時間節點。然后將出現滲水情況的試件劈裂開并測量該試件的滲水高度，此時測出的滲水高度即為混凝土的滲水高度。如若實驗時間已經到了24小時，沒有一個試件的上表面出現滲水現象，停止試驗，小心取出試件然后將其劈裂為大小盡量相等的兩份，與試驗之前畫好的梯形板進行比較，測出此時混凝土的滲水高度。然后調試好壓力機，并將剛剛取出來的試件平穩放在壓力機上，將兩根鋼墊條分別放在試件的上端面以及下端面的正中心位置上，保持兩個鋼墊條鋼在同一個豎直平面上，墊條的半徑為3mm。準備工作做好后啟動壓力機把試件順著縱方向的斷面劈裂兩半，然后用有防水功能的筆描畫出水痕，再把透明的梯形板放在被劈裂試件的劈裂面上，沿著剛畫的水痕按照同樣的間距對十個測點的滲水高度進行測量。

在實驗過程中混凝土的滲水高度按照下式計算：

式中：

hj——第i個試件的第j個測點位置的滲水高度（mm）;

——第i個試件的平均滲水高度（mm）把10個等距測點的滲水高度的平均值作為此試件的滲水高度測定值。

一組試件的平均滲水高度按下式計算：

式中：——以6個試件為一組試件的平均滲水高度（mm）。一組試件滲水高度的測定值用該組6個試件滲水高度的算術平均值來表示。

相對滲透性系數按式（3）計算：

式中：Kr——相對滲透性系數，cm/h;a——混凝土的吸水率，一般取0.03;Dm——平均滲水高度，cm;t——恒壓時間，h;H——水壓力，1MPa水壓力以水柱高度10200cm

表示。

2.3 試驗結果

試驗結果見表6。

2.4 結果分析

試驗結果表明：橡膠粉摻量較少時可以起到一定的填充作用，可以使再生混凝土內部的孔隙減少，密實性則有所增加，進而使抗滲性得到一定提高。而適量的納米二氧化硅可以有效填充再生骨料和砂漿之間的微裂縫，使再生混凝土中的毛細孔數量大量減少，并使其細化，曲化，進而更好的阻斷聯通的孔隙，從而提高再生混凝土的抗滲性。

3? 結論

本文在C30普通混凝土的基礎上，設置了30%再生粗骨料取代率，30%再生細骨料取代率，橡膠粉分別按 0%、1%、3%、5%等質量取代天然河砂，納米SiO2分別按0%、1.5%、3%等質量取代水泥的十二組配合比來制作再生混凝土，并通過滲水高度法來比較各組再生混凝土試件的抗水滲透性能，得出如下結論：

①30%再生骨料的取代會降低再生混凝土的抗滲性能，橡膠粉摻量為1%、3%、5%，納米SiO2摻量為0%、1.5%、3%時，單獨摻入橡膠粉或單獨摻入納米SiO2都能使再生混凝土抗滲性能增強，且隨著摻入量的提高而增強，其中的納米SiO2效果更為顯著。

②當橡膠與納米SiO2同時摻入時，增加橡膠粉摻量會降低再生混凝土的抗滲性能，增加納米SiO2的摻量也會降低再生混凝土的抗滲性能，因此不宜同時摻入較多的橡膠粉和納米SiO2。當橡膠粉摻量為5%、納米SiO2摻量為1.5%時，再生混凝土表現出仍高于基準組的抗滲性能，當橡膠粉摻量為1%、納米SiO2摻量為3%時，它的抗滲性能則最好。

參考文獻：

[1]彭博，楊光照.再生混凝土的研究現狀[J].江西建材，2019，242（03）：24-25.

[2]王甜甜，王健健，左工.淺述再生混凝土技術在建筑工程中的發展與應用[J].四川建材，2015（05）：16-17.

[3]曾偉，馬芹永.納米 SiO2鋼纖維補償收縮混凝土力學性能的試驗分析[J].混凝土與水泥制品，2013（04）：42-44.

基金項目：武漢工程大學第十四期校長基金項目（2019054）。

作者簡介：屈夢星（2000-），女，湖北荊門人，本科生在讀;屠艷平（通訊作者）（1977-），女，湖北孝感人，博士，副教授，研究方向為再生混凝土。