納米二氧化硅和橡膠雙摻再生混凝土抗?jié)B性實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)組，納米 SiO2 按 0%、1.5%、3%等質(zhì)量取代水泥，橡膠粉按 0、1%、3%、5%等質(zhì)量取代天然河砂，再生粗骨料和再生細(xì)骨料30%取代來配制成再生混凝土。通過試驗(yàn)研究納米SiO2和橡膠粉雙摻對(duì)再生混凝土抗?jié)B性能的影響。得出單獨(dú)摻入納米 SiO2或單獨(dú)摻入橡膠粉均可使再生混凝土抗?jié)B性能提高，前者效果優(yōu)于后者，但橡膠粉和納米SiO2 同時(shí)摻入較多時(shí)，再生混凝土抗?jié)B性能會(huì)降低，橡膠粉和納米SiO2的摻量分別為 1%、3%時(shí)，對(duì)再生混凝土抗?jié)B性能的優(yōu)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(guān)鍵詞：納米 SiO2;橡膠粉;再生混凝土;抗?jié)B性

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

中圖分類號(hào)：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）27-0225-03

0? 引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建筑材料消耗量日益增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的混凝土使用量占全球總消耗量的45%，預(yù)計(jì)到2020年國內(nèi)建筑廢棄物的產(chǎn)量將達(dá)到驚人的39.66億噸[1]。同時(shí)，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國每年產(chǎn)生的廢橡膠輪胎超過5000 萬條，只有少部分經(jīng)過處理后加以利用，大量未處理的廢舊輪胎會(huì)對(duì)環(huán)境造成十分不利的影響，還會(huì)對(duì)人的身體健康造成危害。因此發(fā)展循環(huán)利用混凝土技術(shù)己經(jīng)成為迫在眉睫的問題，必須減少天然砂石的開采，同時(shí)有效利用建筑廢棄物生產(chǎn)混凝土，走可持續(xù)發(fā)展的道路。

再生混凝土是將廢棄混凝土經(jīng)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(yōu)點(diǎn)，摻入橡膠顆粒的再生混凝土密度會(huì)有所降低，耐磨、 耐久性能得到顯著提高，同時(shí)又消耗了大量建筑廢棄物和廢橡膠，有效的實(shí)現(xiàn)了兩者的資源化利用。但橡膠再生混凝土存在強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，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(fā)生作用，促進(jìn)水化產(chǎn)物的生成，細(xì)化界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)，從而改善混凝土的力學(xué)性能和耐久性能[3]。本文進(jìn)行納米氧化硅—橡膠再生混凝土耐久性試驗(yàn)研究。

1? 試驗(yàn)材料及配合比

1.1 試驗(yàn)原材料

①水泥：諸城市楊春水泥有限公司生產(chǎn)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(xué)校實(shí)驗(yàn)室改造工程中的地面廢棄混凝土經(jīng)破碎、篩分后按要求混合得到，試驗(yàn)所用的再生粗骨料公稱粒徑均為5～20mm連續(xù)級(jí)配的再生骨料，各項(xiàng)指標(biāo)具體見表2。③細(xì)骨料。1）天然細(xì)骨料：本次試驗(yàn)采用的天然細(xì)骨料為武漢市天然河砂，烘干后篩分，試驗(yàn)所用天然河砂細(xì)度模數(shù)為2.6，密度2.64g/cm3，屬Ⅱ區(qū)中砂。2）再生細(xì)骨料：由學(xué)校污水、雨水管道改造工程中的路面廢棄混凝土以及實(shí)驗(yàn)室改造工程中的地面廢棄混凝土經(jīng)破碎后篩分得到的連續(xù)級(jí)配細(xì)骨料，再生細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為3.0，屬Ⅱ區(qū)中砂。各項(xiàng)指標(biāo)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(shù)指標(biāo)由廠家提供，見表4。⑥橡膠粉：四川省某橡膠材料廠生產(chǎn)的粒徑為80目（0.18mm）的廢舊輪胎橡膠粉，外觀呈現(xiàn)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(yàn)配合比

混凝土配合比是由JGJ55-2011-《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定所設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，具體配合比見表5。

2? 抗水滲透試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法的選擇

再生混凝土的抗?jié)B性能的研究是我們這次實(shí)驗(yàn)的重要部分，因?yàn)槲覀兤綍r(shí)在實(shí)際情況下用到的材料是規(guī)格不一，質(zhì)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(zhì)，因此我們放棄了用抗氯離子滲透為試驗(yàn)方法的選擇，進(jìn)而我們根據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》等規(guī)范的要求，采用了滲水高度法，使用混凝土抗?jié)B儀來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所用試件為的規(guī)格是175mm*185mm*150mm。

2.2 抗?jié)B透試驗(yàn)的過程

首先準(zhǔn)備好抗?jié)B儀并完成排氣操作，然后把裝入試模的試件小心安裝在抗?jié)B儀上，抗?jié)B儀必須在24小時(shí)內(nèi)都處于1.2MPa的恒壓狀態(tài)下，且前面加壓的時(shí)間最好不要多于5分鐘。在整個(gè)試驗(yàn)的進(jìn)程中，我們需要仔細(xì)密切的觀測試件上表面的滲水情況，只要有一個(gè)試件的外表面出現(xiàn)了滲水的情況就立馬停止試驗(yàn)，并立即寫下時(shí)間節(jié)點(diǎn)。然后將出現(xiàn)滲水情況的試件劈裂開并測量該試件的滲水高度，此時(shí)測出的滲水高度即為混凝土的滲水高度。如若實(shí)驗(yàn)時(shí)間已經(jīng)到了24小時(shí)，沒有一個(gè)試件的上表面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，停止試驗(yàn)，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(yàn)之前畫好的梯形板進(jìn)行比較，測出此時(shí)混凝土的滲水高度。然后調(diào)試好壓力機(jī)，并將剛剛?cè)〕鰜淼脑嚰椒€(wěn)放在壓力機(jī)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(gè)鋼墊條鋼在同一個(gè)豎直平面上，墊條的半徑為3mm。準(zhǔn)備工作做好后啟動(dòng)壓力機(jī)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(duì)十個(gè)測點(diǎn)的滲水高度進(jìn)行測量。

在實(shí)驗(yàn)過程中混凝土的滲水高度按照下式計(jì)算：

式中：

hj——第i個(gè)試件的第j個(gè)測點(diǎn)位置的滲水高度（mm）;

——第i個(gè)試件的平均滲水高度（mm）把10個(gè)等距測點(diǎn)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(jì)算：

式中：——以6個(gè)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(gè)試件滲水高度的算術(shù)平均值來表示。

相對(duì)滲透性系數(shù)按式（3）計(jì)算：

式中：Kr——相對(duì)滲透性系數(shù)，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(shí)間，h;H——水壓力，1MPa水壓力以水柱高度10200cm

表示。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表6。

2.4 結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果表明：橡膠粉摻量較少時(shí)可以起到一定的填充作用，可以使再生混凝土內(nèi)部的孔隙減少，密實(shí)性則有所增加，進(jìn)而使抗?jié)B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(xì)孔數(shù)量大量減少，并使其細(xì)化，曲化，進(jìn)而更好的阻斷聯(lián)通的孔隙，從而提高再生混凝土的抗?jié)B性。

3? 結(jié)論

本文在C30普通混凝土的基礎(chǔ)上，設(shè)置了30%再生粗骨料取代率，30%再生細(xì)骨料取代率，橡膠粉分別按 0%、1%、3%、5%等質(zhì)量取代天然河砂，納米SiO2分別按0%、1.5%、3%等質(zhì)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(jié)論：

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

②當(dāng)橡膠與納米SiO2同時(shí)摻入時(shí)，增加橡膠粉摻量會(huì)降低再生混凝土的抗?jié)B性能，增加納米SiO2的摻量也會(huì)降低再生混凝土的抗?jié)B性能，因此不宜同時(shí)摻入較多的橡膠粉和納米SiO2。當(dāng)橡膠粉摻量為5%、納米SiO2摻量為1.5%時(shí)，再生混凝土表現(xiàn)出仍高于基準(zhǔn)組的抗?jié)B性能，當(dāng)橡膠粉摻量為1%、納米SiO2摻量為3%時(shí)，它的抗?jié)B性能則最好。

參考文獻(xiàn)：

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

基金項(xiàng)目：武漢工程大學(xué)第十四期校長基金項(xiàng)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?yàn)樵偕炷痢?/p>