齡期對(duì)橡膠混凝土的強(qiáng)度的影響研究

李磊，李曉明

（1.華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊 230009；2.棗莊學(xué)院城市與建筑工程學(xué)院，山東 棗莊 230009）

1 概 述

橡膠混凝土是將橡膠粉摻入到混凝土中而形成的復(fù)合材料[1]，它不僅可以消耗大量廢棄輪胎，而且具有重量輕、彈性大、抗沖擊性強(qiáng)、柔韌性和隔音性好等優(yōu)點(diǎn)，但其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度卻明顯下降。與普通混凝土相比,橡膠混凝土具有質(zhì)量小及耐久性能、減震性能、抗沖擊性能、抗爆裂性能、隔熱性能和隔聲性能好等特點(diǎn),已逐漸在公路、橋梁、鐵路、民用建筑和軍事建筑等中應(yīng)用[2]。目前橡膠混凝土的研究主要集中于使用性能方面[3]。建立完善的理論體系和試驗(yàn)研究方法將有力推動(dòng)橡膠混凝土的廣泛應(yīng)用。

本課題主要研究齡期對(duì)橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，從而分析橡膠混凝土在實(shí)際工程中應(yīng)用的可行性與可靠性。不僅可以消耗緩解廢舊輪胎帶來的環(huán)境壓力，而且能增加混凝土的韌性，改善其抗沖擊性和抗震性能，對(duì)實(shí)際工程有著較大的意義。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)使用由棗莊中聯(lián)水泥有限公司制造的42.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥，粗骨料采用粒徑為9.5mm～19mm的碎石，細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.6的中砂，表觀密度為2703kg/m3。橡膠粉為江陰市眾晨橡塑有限公司生產(chǎn)的60目橡膠，表觀密度為1119kg/m3。

2.2 橡膠混凝土試塊配合比

試驗(yàn)過程中使用C30強(qiáng)度的混凝土，試樣共分為3大組：第一組為100mm3橡膠摻量5%和10%的2小組；第二組為150mm3橡膠摻量5%和10%的2小組；第3組為對(duì)照組。

對(duì)于1m3的混凝土，初步配合比：混凝土：沙子：石子=1：1.74：3.10，水灰比W/C=0.56，采用60目橡膠粉，橡膠粉等體積取代細(xì)骨料計(jì)算見表1。

橡膠粉等體積取代細(xì)骨料計(jì)算 表1

試塊分組和養(yǎng)護(hù)時(shí)間 表2

2.3 試件制作及其養(yǎng)護(hù)

參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[4]（DL/T 5150—2001），制作試件尺寸為邊長(zhǎng)100mm和150mm的立方體試塊，按照規(guī)定方法成型并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（在溫度20℃±3℃，相對(duì)濕度為90%的潮濕條件養(yǎng)護(hù)），養(yǎng)護(hù)期間，試件彼此間隔不小于10mm，在試塊上進(jìn)行覆蓋，防止有水滴在試件上。分別在8個(gè)齡期下測(cè)定其實(shí)驗(yàn)抗壓強(qiáng)度。在進(jìn)行干燥處理后進(jìn)行編號(hào)，并使用電子天平對(duì)試塊質(zhì)量進(jìn)行稱重。本次試驗(yàn)使用的電子天平結(jié)果精確值0.01g[5]。本次試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)采用無錫市錫東建材設(shè)備廠生產(chǎn)的型號(hào)為BYS-60型的全自動(dòng)控溫控濕設(shè)備。

2.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用了C30強(qiáng)度的混凝土，分為100mm3和150mm32大組，每一組又分為橡膠摻量為5%和10%2小組，同時(shí)設(shè)置不摻加橡膠的100mm3和150mm3兩組作為對(duì)比組。每組制作3塊試塊，分別測(cè)定其強(qiáng)度，再取平均值，增加了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過測(cè)定試塊在3d、7d、10d、14d、17d、20d、24d、28d下的強(qiáng)度，并和不同含量、尺寸的橡膠混凝土作比較，來得到齡期對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。試塊的分組和養(yǎng)護(hù)時(shí)間見表2。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)結(jié)果 表3

3.1 不同齡期橡膠混凝土強(qiáng)度描述

隨著齡期的增加，試塊的抗壓強(qiáng)度普遍增加，但是由于橡膠摻量和尺寸不同，抗壓強(qiáng)度的大小增加的速有所不同。隨著齡期的增加，橡膠混凝土的強(qiáng)度逐漸增加，在3d、7d、10d內(nèi)，橡膠混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度增加最大，后期增加速率逐漸變慢。對(duì)于同尺寸的不同橡膠摻量的橡膠混凝土，10%橡膠摻量的試塊相對(duì)于5%橡膠摻量的試塊，在3d～10d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度較小，但是隨著齡期的繼續(xù)增加，10%橡膠摻量的試塊抗壓強(qiáng)度相對(duì)于5%橡膠摻量的試塊較大。與相同尺寸的普通混凝土相比，摻加橡膠的混凝土抗壓強(qiáng)度比普通混凝土強(qiáng)度小，這是橡膠混凝土與普通混凝土抗壓強(qiáng)度的差別。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

3.2 橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度分析

為了更好的分析試驗(yàn)結(jié)果，得到齡期對(duì)橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，制作了相同尺寸不同橡膠含量、不同尺寸相同橡膠含量的3個(gè)折線圖，見圖1、2、3。

圖1 100mm3 試塊抗壓強(qiáng)度

由圖1可以得出，對(duì)于100mm3的試塊，普通混凝土的抗壓強(qiáng)度比橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度大[6]。在初期橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)中，5%橡膠摻量的橡膠混凝土比10%橡膠摻量的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率大。當(dāng)齡期達(dá)到14d時(shí)，兩者趨于相同，隨著齡期繼續(xù)增加，10%橡膠摻量的試塊抗壓強(qiáng)度逐漸超過5%橡膠摻量的試塊，并且在最后28d齡期時(shí)，10%橡膠摻量的試塊抗壓強(qiáng)度大于5%橡膠摻量的試塊。

當(dāng)試塊的尺寸均為100mm3時(shí)，對(duì)照組的普通混凝土的抗壓強(qiáng)度大于橡膠摻量為5%和10%的橡膠混凝土。對(duì)于橡膠摻量為5%和10%的橡膠混凝土，在3d、7d、10d、14d的齡期內(nèi)，5%橡膠摻量的橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度一直大于10%橡膠摻量的抗壓強(qiáng)度，并在14d時(shí)，兩者相等。在17d～28d的齡期內(nèi)，10%橡膠摻量的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度大于5%橡膠摻量的抗壓強(qiáng)度，并且兩者的增加速率是相同的。

由圖2可以得出，對(duì)于尺寸為150mm3的試塊，在齡期未達(dá)到20d之前，橡膠混凝土強(qiáng)度一直增長(zhǎng)，而且增長(zhǎng)的速率由于橡膠摻量的不同而有所差異。5%橡膠摻量的混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率最快，對(duì)照組次之，10%橡膠摻量的混凝土增長(zhǎng)最慢。由此可見，添加適量的橡膠會(huì)增加混凝土抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)速[7]率。當(dāng)齡期達(dá)到20d以后，3種混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸趨于相同，并以相同的速率緩慢增長(zhǎng)。

圖2 150mm3 試塊抗壓強(qiáng)度

當(dāng)試塊的尺寸為150mm3時(shí)，在3d～20d的齡期內(nèi)，5%橡膠摻量的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度大于10%橡膠摻量的橡膠混凝土和對(duì)照組的普通混凝土的抗壓強(qiáng)度。在3d～10d齡期內(nèi)，普通橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度大于10%橡膠摻量的橡膠混凝土，并且在10d時(shí)兩者相等，在隨后的14d～20d齡期內(nèi)，兩者的抗壓強(qiáng)度一直相等。在20d時(shí)，三者的抗壓強(qiáng)度趨于一致，并且在后來的齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率基本相同[8]。

由圖3可以得出，當(dāng)橡膠摻量為10%時(shí)，在3d、7d、10d的齡期內(nèi)，尺寸為100mm3的橡膠混凝土強(qiáng)度和150mm3的橡膠混凝土強(qiáng)度趨于相同，增長(zhǎng)速率也基本一致。在10d～17d的齡期內(nèi)，150mm3的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率超過了100mm3的橡膠混凝土，在17d的時(shí)候，兩者的強(qiáng)度相等；在17d以后，150mm3的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率一直超過100mm3的橡膠混凝土。

當(dāng)試塊的橡膠摻量為10%時(shí)，在3d、7d齡期時(shí)，150mm3尺寸橡膠混凝土強(qiáng)度和100mm3的是幾乎相同的，在7d、10d、14d時(shí)，150mm3尺寸的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度大于100mm3的抗壓強(qiáng)度，并在17d齡期時(shí)兩者又相等。在17d齡期以后，150mm3的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度一直比100mm3試塊的抗壓強(qiáng)度大。

在上述的試驗(yàn)結(jié)果中，由于橡膠混凝土?xí)r導(dǎo)熱的不良導(dǎo)體[9]，因此在一定的程度上降低了橡膠混凝土的熱傳遞性能，且摻量越大，其影響程度越大，從而對(duì)橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度造成了一定的影響，所以橡膠摻量為5%的橡膠混凝土強(qiáng)度在剛開始的一段時(shí)間內(nèi)均大于10%橡膠摻量的橡膠混凝土。由于橡膠顆粒具有良好的彈性，橡膠混凝土破壞時(shí)，橡膠顆粒可以減緩裂縫的發(fā)展速度，從而能提高橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度[10]。引入膠粒，相當(dāng)于在混凝土內(nèi)部增加了軟點(diǎn)[11]，故抗壓強(qiáng)度隨著摻量增加而降低。由于顆粒越細(xì)，表面積越大，含氣量越大，同時(shí)橡膠與水泥漿的粘結(jié)面也越大，而作為有機(jī)材料的橡膠與水泥漿的粘結(jié)性能比粗、細(xì)骨料等無機(jī)材料均差[12]，故在含氣量增多和粘結(jié)面增大的共同影響下，顆粒越細(xì)，橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度越低。

4 試驗(yàn)結(jié)果

圖3 10%橡膠摻量試塊抗壓強(qiáng)度

①橡膠摻量為5%、尺寸為150mm3的橡膠混凝土強(qiáng)度最大，在3d、7d、10d、14d、17d、20d的齡期內(nèi)一直大于其他橡膠摻量和尺寸的混凝土。

②當(dāng)試塊的橡膠摻量為5%、尺寸為150mm3時(shí)，橡膠對(duì)橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度的提高較為明顯，并且在3d～20d的齡期內(nèi)，抗壓強(qiáng)度均大于普通混凝土的抗壓強(qiáng)度。

③當(dāng)橡膠摻量為10%時(shí)，不管尺寸為100mm3還是150mm3，抗壓強(qiáng)度均小于普通混凝土的抗壓強(qiáng)度。

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