高掺量橡胶混凝土力学性能及耐久性能研究.pdf

232023年5 月试验与研究江西建材高掺量橡胶混凝土力学性能及耐久性能研究李传道山东高速齐鲁建设集团有限公司，山东济南250014摘要：文中开展了高掺量橡胶混凝土抗压强度、抗拉强度及抗碳化性的研究。研究结果表明，与普通混凝土相比，橡胶混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均有所下降，且与橡胶粉掺量呈负相关关系；混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度与橡胶粉掺量先呈负相关关系，后呈正相关关系；橡胶混凝土碳化时间影响因子与橡胶粉掺量呈正相关关系；橡胶混凝土的碳化深度均有所增加且与橡胶粉掺量呈正相关关系；橡胶混凝土的碳化深度均与碳化时间呈正相关关系。关键词：混凝土；橡胶粉；力学性能；耐久性能中图分类号：TU52文献标识码：A文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 5-0 0 2 3-0 3Study on Mechanical Properties and Durability of High DosageRubber ConcreteLi ChuandaoShandong High-speed Qilu Construction Group Co.Ltd.,Jinan,Shandong 250014Abstract:In this paper,the compressive strength,tensile strength and carbonation resistance of high dosage rubber concrete were studied.The results show that,compared with ordinary concrete,the compressive strength and spliting tensile strength of rubber concrete bothdecrease and are negatively correlated with the content of rubber powder.The compressive strength and spliting tensile strength of concreteare first negatively correlated and then positively correlated with the content of rubber powder.The influence factors of rubber concretecarbonation time are positively correlated with the content of rubber powder.Compared with ordinary concrete,the carbonation depth of rubberconcrete increases and is positively correlated with the content of rubber powder.The carbonation depth of rubber concrete is positivelycorrelated with carbonation time.Key words:Concrete;Rubber powder;Mechanical properties;Durability0引言随着国内经济高速发展，汽车已经成为人们主要的交通工具，汽车产业的不断发展导致废弃汽车轮胎数量快速增长 1-2 。目前，废旧橡胶轮胎回收翻新和再生利用率不足3 0%，剩下的废弃橡胶轮胎大部分被丢弃、掩埋、焚烧，造成极大的资源浪费和严重的环境污染 3-4。近年来，如何对废弃轮胎进行二次回收利用成为研究者呕须解决的问题。橡胶颗粒加入混凝土可以显著提升混凝土的力学性能，但随着橡胶粉掺量的增加，混凝土的强度由于橡胶粉降低内部水化反应而迅速减弱 5-6 。为此，寻求高橡胶掺量和高橡胶混凝土力学及耐久性能的平衡法则成为研究的重点。基于上述背景，本文研究了橡胶混凝土的力学性能及耐久性能，主要分析了在不同碳化时间（3 d、7 d、2 8 d）条件下橡胶粉掺量（0、15%、3 0%、45%）对橡胶混凝土力学性能（抗压强度及抗拉强度）和耐久性能（抗碳化性）的影响规律，为橡胶粉在混凝土中的高掺量研究提供一定的参考。原材料及测试方法1.1原材料橡胶混凝土的原材料主要包括粗集料、细集料、橡胶颗粒、作者简介：李传道（19 8 3-），男，山东阳谷人，本科，工程师，主要研究方向为交通工程。砂、水泥、水。（1）粗集料和细集料。本试验选用的粗集料为连续级配石灰岩碎石，粒径范围为5 2 5 mm；细集料为普通河砂，细度模数为2.0 3.0,表观密度为10 5 0 kg/m。（2）橡胶粉。由焦作市某公司提供，粒度为3 0 目，表观密度为10 5 0 kg/m。（3）水泥。采用42.5 级普通硅酸盐水泥。（4）减水剂。选用聚羧酸系减水剂，减水率40%。(5）水。自来水。1.2试验方案设计根据JGJ55一2 0 11普通混凝土配合比设计规程，进行不同类型橡胶粉混凝土配合比设计。试验确定混凝土基准配合比，其中，水泥用量为5 2 0 kg/m，河砂为7 9 6 kg/m，碎石为509kg/m、水为16 8 kg/m、减水剂为3.5 kg/m。在基准配合比基础上，改变橡胶粉掺量（15%、3 0%、45%），橡胶粉掺量以橡胶粉替代混凝土中细集料的比例计算，测试不同碳化时间（3 d、7d、14d、2 8 d）下不同类型橡胶混凝土材料的力学强度及碳化深度，研究不同养护龄期下橡胶粉掺量对橡胶混凝土力学性能（抗压强度及抗拉强度）和耐久性能（抗碳化性）的影响规律。242023年5 月试验与研究江西建材表1橡胶粉混凝土配合比橡胶粉掺量/%水/(kgm)水泥/（kgm）砂/(kgm)碎石/（kgm）橡胶粉/(kgm)减水剂/%0168520796.0050903.515168520735.5850960.423.530168520675.16509120.843.545168520614.74509181.263.51.3试件制备与养护橡胶粉混凝土的立方体试样制备流程包括干料拌和阶段、制备阶段及养护阶段，具体试验步骤如下：（1）干料拌和阶段。将碎石、砂、水泥以及橡胶粉倒人搅拌机中，搅拌时间为1 2 min。（2）制备阶段。向上述混合料加人5 0%的水，将减水剂与剩余5 0%的水按比例混合，再加人混合料中，搅拌9 min出料，获取混合料；进行装模，利用振捣台振动排出混凝土内大气泡，制备立方体混合料；在室温下静置成型后进行脱模。确保振动过程不能出现过振或少振现象，避免后续试验数据不准确。（3）养护阶段。脱模后先进行编号区分，然后放置于标准养护箱进行2 8 d龄期养护，再进行3 d、7 d、14d、2 8 d 碳化时间，然后进行力学性能和碳化深度测试。1.4测试方法抗压强度和劈裂抗拉强度是混凝土最重要的力学性能指标。本文采用TYA-2000型电液式压力试验机，测试不同类型橡胶混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度。抗压性能试验依照GB/T50081一2 0 19 混凝土物理力学性能试验方法标准进行，试验过程中均匀加载，加载速率设定为0.5 MPa/s。进行抗拉强度试验时，均匀加荷至试件完全失效，记录破坏时的荷载F（N），自动加载速率为0.0 5 MPa/s，测试过程中必须保证加载速度均匀。上述所有试验均制作两个平行件，取其平均值作为测试结果。混凝土立方体试件抗压强度计算公式如下所示。fcu=F/A(1)式中，fcu为立方体抗压强度（MPa）；F 为试件破坏荷载（N）；A 为试件承压面积（mm）。混凝土立方体试件抗拉强度计算公式如下所示。f.=2F/元A(2)式中，fts为立方体抗拉强度（MPa）；F 为试件破坏荷载（N）；A 为试件劈裂面面积（mm）。抗碳化性能是混凝土重要的耐久性评估指标。依照GB/T500822009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行，应用酸碱指示剂法、酚酞试剂。2橡胶混凝土力及耐久性能研究2.1橡胶粉掺量对橡胶压强度的影响为了研究不同橡胶粉掺量下橡胶混凝土抗压强度的演化规律，对不同碳化时间及不同类型的橡胶混凝土进行抗压强度性能测试，其中橡胶粉掺量为0 是普通混凝土。结合上述性能计算公式，试验结果如图1所示。60口3 dB7d-14d28d/40200153045橡胶粉掺量/%图1橡胶混凝土抗压强度随橡胶粉掺量演化规律从图1可以看出，在各种碳化时间下，与普通混凝土相比，橡胶混凝土抗压强度均有所下降，且随着橡胶粉掺量的增加持续降低。主要原因为，一方面橡胶本身的抗压性能远低于混凝土；另一方面橡胶颗粒表面为极性分子，而水泥基体为非极性，橡胶和水泥之间不容易形成交联结构，橡胶粉掺量越高，橡胶混凝土抗压强度越低。此外，橡胶粉容易吸收混凝土中的水分，阻止水泥水化反应进行，使混凝土力学性能进一步降低。随着碳化时间的延长，所有混凝土抗压强度均与碳化时间先呈现负相关关系，后呈现正相关关系。这是由于碳化初期，二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应，生成大量的水，水分挥发使混凝土内部产生一些微裂缝，有损混凝土的力学性能。之后，当碳化反应持续进行，二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙会生成更多的碳酸钙，可以填充混凝土内部的微裂缝，使得混凝土密实度增大，进而提高其强度。为得出橡胶混凝土抗压强度增长速率与橡胶粉掺量之间的关系，研究者提出了龄期影响因子，如式（3）所示。=(F28-FaF28(3)cucucu式中，为龄期影响因子；F28为2 8 d时混凝土立方体抗压强度（MPa）；F 为nd时混凝土立方体抗压强度（MPa）。不同类型橡胶混凝土碳化时间影响因子如图2 所示。25.试验与研究2023年5月江西建材0.8口3 d7d口14d0.60.40.200153045-0.2-0.4-0.6-0.8橡胶粉掺量/%图2橡胶混凝土碳化时间影响因子随橡胶粉掺量演化规律由图2 可知，3 d、7 d 以及14d的碳化时间影响因子从负值变为正值，这是由于混凝土抗压强度随着碳化时间的增加先降低后提升。此外，随着橡胶粉掺量的增加，橡胶粉碳化时间影响因子逐渐增加。2.2橡胶粉掺量对橡胶凝土劈裂抗拉强度的影响为了研究不同橡胶粉掺量下橡胶混凝土抗拉强度的演化规律，利用前文提及的设备和方法，对不同碳化时间及不同类型的橡胶混凝土进行抗拉强度性能测试，其中橡胶粉掺量为0属普通水泥混凝土。结合上述性能计算公式，试验结果如图3所示。5口3 d四7 d14d28d432100153045橡胶粉掺量/%图3橡胶混凝土劈裂抗拉强度随橡胶粉掺量演化规律由图3 可知，在各种碳化时间下，与普通混凝土相比，橡胶混凝土劈裂抗拉强度均有所下降，且随着橡胶粉掺量的增加持续降低。随着碳化时间的延长，所有混凝土抗拉强度均与碳化时间先呈负相关关系，后呈正相关关系。这与橡胶混凝土抗压强度随橡胶粉掺量和碳化时间的变化规律一致。2.3橡胶粉掺性能的影响为了研究不同橡胶粉掺量下橡胶混凝土抗碳化性能的演化规律，利用前文提及的设备和方法，对不同碳化时间及不同类型的橡胶混凝土进行抗碳化性能测试，其中，橡胶粉掺量为0，属普通水泥混凝土，试验结果如图4所示。12-3d+-7d-14d-28d/8001020304050橡胶粉掺量/%图4橡胶混凝土碳化深度随橡胶粉掺量演化规律由图4可知，各种碳化时间下，与普通混凝土相比，橡胶混凝土的碳化深度均有所增加且与橡胶粉掺量呈现正相关关系。这是由于橡胶粉掺量增多，会增加橡胶混凝土的内部孔隙，降低密实度，二氧化碳更易扩散，碳化深度增加。无论普通混凝土，还是橡胶混凝土，混凝土的碳化深度与碳化时间呈现正相关关系。3结论（1）与普通混凝土相比，橡胶混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均有所下降，且与橡胶粉掺量呈负相关关系。混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度与橡胶粉掺量先呈负相关关系，后呈正相关关系。（2）橡胶混凝土碳化时间影响因子与橡胶粉掺量呈正相关关系。（3）与普通混凝土相比，橡胶混凝土的碳化深度均有所增加，且与橡胶粉掺量呈正相关关系。混凝土的碳化深度均与碳化时间呈正相关关系。参考文献1队陈疏桐，陈建东，薛旭。玄武岩纤维橡胶混凝土力学及冻融性能试验研究J.混凝土与水泥制品，2 0 2 0（4）：54-58.2熊杰，郑磊，袁勇废橡胶混凝土抗压强度试验研究J.混凝土，2004（12):40-42.3李赞成，许金余，罗鑫，等。橡胶混凝土的基本力学特性的试验研究J.硅酸盐通报，2 0 13，3 2（12）：2 58 9-2 59 4.43王涛，洪锦祥，缪昌文，等.橡胶混凝土的试验研究J.混凝土，2009(1):67-69.5冯凌云，袁群，马莹，等.橡胶混凝土力学性能的试验研究【J。长江科学院院报，2 0 15，3 2（7）：115-118.6赵琴.改性橡胶再生混凝土力学性能试验D.郑州：华北水利水电大学，2 0 17.