自密實(shí)橡膠再生混凝土抗水滲透性能試驗(yàn)研究

陳堅(jiān) 劉杰 王殷朗 李作謙 蔡詠峻 林文皓

（1 清遠(yuǎn)市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)站有限公司；2 廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司；3 廣州協(xié)安建設(shè)工程有限公司）

自密實(shí)混凝土（Self Compacting Concrete，簡(jiǎn)稱SCC）作為一種高性能混凝土，它可以依靠自身重力作用將鋼筋密集區(qū)域不適合常規(guī)振搗部分的混凝土填充密實(shí)。自20 世紀(jì)80 年代末由日本Okamura 教授在實(shí)驗(yàn)室發(fā)明后，其良好的密實(shí)性能被世界各國(guó)使用，特別在高層建筑、大跨度橋梁、隧道及地鐵等工程當(dāng)中應(yīng)用較為廣泛，更為重要的是，它能降低建設(shè)工程造價(jià)。另一方面，自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)，推動(dòng)了城鎮(zhèn)化水平和橡膠制品行業(yè)的迅速發(fā)展，這也導(dǎo)致廢棄物污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，成為亟待解決的難題和痛點(diǎn)。根據(jù)國(guó)家商務(wù)部發(fā)布的《中國(guó)再生資源回收行業(yè)發(fā)展報(bào)告（2020）》顯示，截至2019 年年底，我國(guó)廢舊輪胎產(chǎn)生量已超過(guò)3.5億條，更有學(xué)者利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建出建筑垃圾產(chǎn)量模型，預(yù)計(jì)在2023 年建筑垃圾的年產(chǎn)量將突破28 億噸[1]。廢棄混凝土和廢舊輪胎作為混凝土骨料回收再利用，不僅可以節(jié)約資源、緩解土地需求壓力，還能有效降低二氧化碳排放量，這對(duì)于我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義[2]。

國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者紛紛開(kāi)始對(duì)自密實(shí)再生混凝土（Self compacting recycled concrete）、自密實(shí)橡膠混凝土（Self compacting rubber concrete）各項(xiàng)性能展開(kāi)相關(guān)研究。向星赟等[3]對(duì)不同取代率下的自密實(shí)再生混凝土進(jìn)行基本力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)自密實(shí)再生混凝土強(qiáng)度及彈性模量隨再生粗骨料摻量的增加而不斷降低；姜健[4]采用水平正交設(shè)計(jì)法，分析聚丙烯纖維、水灰比及再生粗骨料對(duì)自密實(shí)再生混凝土抗?jié)B性能的影響，得出再生粗骨料取代率對(duì)自密實(shí)再生混凝土抗?jié)B性有著較大的影響，且再生骨料摻量越大混凝土抗?jié)B性越差；牟新宇等[5]指出自密實(shí)再生混凝土強(qiáng)度主要由于再生粗骨料存在較多孔隙結(jié)構(gòu)以及界面過(guò)渡區(qū)的弱化，導(dǎo)致再生混凝土超聲波脈沖速度變慢，從而反映出再生混凝土的密實(shí)程度較差；Hilald等[6]對(duì)自密實(shí)橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度展開(kāi)性能試驗(yàn)，由于橡膠顆粒憎水性，使得橡膠顆粒和混凝土間的粘結(jié)性能較弱，導(dǎo)致橡膠混凝土強(qiáng)度降低；傅強(qiáng)等[7,8]對(duì)自密實(shí)橡膠混凝土的強(qiáng)度及毛細(xì)吸水性進(jìn)行研究，得出橡膠顆粒雖會(huì)降低混凝土試件強(qiáng)度，但在混凝土的韌性、變形能力得到提高，當(dāng)橡膠摻量為60kg/m3，混凝土毛細(xì)吸水性降低了41.4%；YUNG[9]等將橡膠顆粒取代混凝土中的天然河砂，并對(duì)自密實(shí)橡膠混凝土表面電阻進(jìn)行測(cè)試，研究發(fā)現(xiàn)橡膠的摻加，顯著提高混凝土試件的表面電阻。

目前，自密實(shí)再生混凝土和自密實(shí)橡膠混凝土研究成果已較為成熟，但對(duì)自密實(shí)橡膠再生混凝土的力學(xué)性能及耐久性能的研究卻少之又少。本文將自密實(shí)混凝土、再生粗骨料和橡膠顆粒三者有機(jī)結(jié)合，對(duì)自密實(shí)橡膠再生混凝土抗?jié)B性能展開(kāi)研究，為日后工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供相關(guān)的參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)水泥選用江門路橋水泥有限公司生產(chǎn)P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰選用鞏義市鉑潤(rùn)耐火有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰；粗骨料選用粒徑大小為5～20mm 的天然碎石與再生碎石；細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)為2.83的天然河砂；橡膠選用粒徑為1～3mm橡膠顆粒；減水劑選用聚羧酸高效減水劑，減水率Q≥30%；水采用試驗(yàn)室用水。

表1 粉煤灰性能指標(biāo)

表2 粉煤灰組成成分

1.2 混凝土配合比

自密實(shí)混凝土C40 基準(zhǔn)組材料配比依據(jù)《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[10]（JGJ/T 283-2012）計(jì)算得出。為分析再生碎石、橡膠顆粒在不同摻量組合對(duì)自密實(shí)混凝土抗水滲透性能的影響，分別將再生碎石等體積取代30%、50%、100%的天然碎石，橡膠顆粒則等體積取代5%、10%的天然河砂，并采用單一變量控制法，探究12 種不同混凝土材料配合比下混凝土抗水滲透性能。各試驗(yàn)組材料用量見(jiàn)表3。

表3 混凝土材料配比 （kg m3）

1.3 試驗(yàn)方法

抗水滲透性能試驗(yàn)方法參照規(guī)范《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL/T 352-2020）[11]混凝土相對(duì)滲透性試驗(yàn)方法進(jìn)行。試件規(guī)格為上口直徑175mm、下口直徑185mm、高150mm 的圓臺(tái)形體。試件密封好后，將其安裝在水壓設(shè)定在0.8MPa的自動(dòng)抗?jié)B儀上，并恒壓24h。試驗(yàn)結(jié)束后沿試件兩端劈開(kāi)，等間距測(cè)量水痕界線的滲水深度，并計(jì)算出滲水平均深度和換算出相對(duì)滲透系數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 抗水滲透性能試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)結(jié)果

混凝土平均滲水深度及相對(duì)滲透系數(shù)見(jiàn)圖1 所示，基準(zhǔn)組混凝土的滲水深度為3.4cm，隨著再生碎石摻量增加，混凝土抗水滲透性能逐漸下降。在不添加橡膠情況下，再生碎石取代率為30%、50%、100%時(shí)，與基準(zhǔn)組混凝土的滲水深度相比，分別提高了20.6%，58.8%，76.4%；當(dāng)摻入橡膠后各試驗(yàn)組的滲水深度均出現(xiàn)降低，表明橡膠的摻入能提高混凝土抗水滲透性能；與SCC 相比，當(dāng)再生碎石取代率為0%，橡膠摻量分別為5%、10%時(shí)，混凝土的滲水深度分別下降了17.6%和29.4%；當(dāng)再生碎石取代率為30%，相應(yīng)橡膠摻量下，相比SCRC-30%-0%試驗(yàn)組分別降低了14.6%、31.7%；再生碎石取代率為50%，相應(yīng)橡膠摻量下，相比SCRC-50%-0%降低了16.7%、25.9%；再生碎石取代率為100%時(shí)，相比SCRC-100%-0%則降低了20%、28.3%，從圖1（b）可看出，當(dāng)再生碎石的摻量大于30%，混凝土的抗水滲透性能變化幅度較快。

圖1 抗水滲透試驗(yàn)與再生碎石摻量關(guān)系圖

2.1.2 機(jī)理分析

混凝土抗?jié)B性能主要與混凝土密實(shí)程度及內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，因再生碎石來(lái)源于舊混凝土，其質(zhì)量受到原有混凝土強(qiáng)度、老化程度、破碎過(guò)程等因素的影響，這導(dǎo)致再生粗骨料的強(qiáng)度、密度、吸水率等性能指標(biāo)波動(dòng)較大，從而影響混凝土的整體性能；再生骨料表面存在一定的粗糙度和污垢，與水泥基體的界面粘結(jié)性能相對(duì)較差。在受力過(guò)程中，界面處容易產(chǎn)生剝離、滑動(dòng)等現(xiàn)象，從而降低混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性能；另外再生碎石中的某些成分可能與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響水泥水化反應(yīng)的速度和程度，這會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度發(fā)展緩慢，抗?jié)B性能降低。

橡膠顆粒本身具有較好的憎水性能，可以有效減少混凝土外部的水分向內(nèi)部擴(kuò)散，因此，在混凝土中加入橡膠顆粒后，有助于降低混凝土的滲透性。另外，橡膠顆粒的加入可以改變混凝土的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，增大混凝土內(nèi)滲流阻，這樣水分通過(guò)混凝土的通道減少，從而提高混凝土的抗?jié)B性能。

3 結(jié)論

⑴隨著再生碎石摻量的增加，混凝土抗?jié)B性能不斷降低，當(dāng)再生骨料摻量為100%，降幅最大。

⑵橡膠顆粒因具有良好的憎水性及改善混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，增大混凝土內(nèi)滲流阻，當(dāng)橡膠顆粒的摻量越大，混凝土抗水滲透性能越好。

⑶根據(jù)抗水滲透性能試驗(yàn)，建議再生碎石摻量選用30%，橡膠顆粒摻量為10%時(shí)，混凝土的抗?jié)B性能優(yōu)于基準(zhǔn)組，適宜在工程中應(yīng)用。