橡胶混凝土性能研究

橡胶混凝土性能研究（精选9篇）

橡胶混凝土性能研究 第1篇

混凝土的收缩分为化学收缩、干燥收缩。化学收缩是指水泥水化反应生成物的体积小于反应前物质的总体积;干燥收缩是指混凝土内部吸附水分蒸发而引起凝胶体失水紧缩, 以及游离水蒸发而使混凝土系统内的颗粒受到毛细管压力作用而产生的体积收缩。混凝土收缩量主要受水泥品种 (水泥熟料填料含量大小) 、水泥用量、砂石级配、水灰比、混凝土搅拌振捣方式、混凝土养护、温度变化等因素影响。混凝土的收缩性是混凝土耐久性的重要方面, 也是混凝土达到耐久性要求的前提, 收缩性的大小直接引发裂缝, 裂缝无论大小, 都能对混凝土的劣化起很大的促进作用。

1 橡胶混凝土、纤维混凝土、橡胶纤维混凝土的收缩性能研究

1.1 橡胶混凝土的收缩性能研究

广东省建筑材料研究院的于利刚和华南理工大学的刘岚、余其俊 (2006) 等人的研究表明[4], 在混凝土中掺加废橡胶粉可以有效改善其收缩性能, 对于其韧性、抗冲击性、抗疲劳性也都有所改善。当代大量废旧轮胎的回收利用问题是受各界人士的普遍关注, 研究橡胶混凝土有助于解决这一问题。目前的大多研究都认为橡胶粉可以提高混凝土的抗裂性能, 其中的亢景付[5,6]采用自己制作的圆环试模对橡胶粉水泥净浆的抗裂性能进行研究, 认为掺入定量的橡胶粉对于延长水泥基材料的开裂时间起到显著作用。他认为水泥混凝土的抗裂性能与水泥砂浆或水泥净浆的抗裂性能密切相关, 由此得出结论:在混凝土的硬化过程中, 橡胶混凝土的抗裂性能要比普通混凝土的明显好些, 并且混凝土的抗裂性随着橡胶掺量的增加而越来越好。

由徐静, 洪锦祥[7]等人采用的平板开裂试验得知:混凝土的塑性阶段, 在高温、低湿及大风速的条件下, 橡胶混凝土的抗裂性能与基准混凝土的相比几乎是相同的, 因此橡胶粉的掺入没有对混凝土的塑性开裂性能起到明显的抑制作用。

哈佛大学的Raghavan D和Huynh H (1998) 二人对废旧轮胎橡胶粉水泥砂浆的力学性能进行了研究[8], 他们发现加入橡胶粉, 使得砂浆的塑性收缩裂纹相对减少, 同时裂纹的长度、宽度也相应减小。土耳其Eskisehir Osmangazi大学的Ilker Bekir Topcu (1995) 所做的以橡胶粉取代15%~45%集料掺入到混凝土中的实验研究表明在混凝土中掺加橡胶粉使得混凝土的变形性能有所增加, 因此其断裂时需要吸收更多的能量[9]。他们由此认为橡胶混凝土的抗冲击性能得以提高的主要原因是材料吸收能量的性能提高了。

现在, 国内外相关人士对于橡胶混凝土的研究领域大多都涉及其强度及变形性能。他们的研究近似一致地认为:混凝土的强度会随着橡胶粉的掺入量的增加而显著降低, 当然其韧性也会提高。针对这一现象比较有效的措施就是对橡胶粉颗粒表面进行预处理来减少橡胶混凝土的强度降低程度。

1.2 纤维混凝土的收缩性能研究

由于聚丙烯纤维低廉的造价, 备受各商家的关注, 而被经常使用着。大量实验研究发现聚丙烯纤维对解决混凝土的早期塑性开裂、减少其干燥收缩变形等棘手的问题大有帮助。研究认为将聚丙烯纤维掺入混凝土之后, 在每立方米混凝土中可以乱向分布无数根纤维, 形成了强而有力的三维空间支撑体系, 从不同的尺度和不同的层次上改善了混凝土的孔结构, 缩小了其毛细孔的尺寸, 其均匀性有所提高, 从而可以有效地阻止水分的逸散, 达到减小毛细管的收缩应力的效果;同时, 聚丙烯纤维的掺入可以分担混凝土毛细管的收缩应力, 对防止局部应力集中的现象, 改善混凝土的收缩性和抗裂性能均有明显效果。

张佚伦[10]通过在混凝土中掺入不同量的纤维进行研究表明, 聚丙烯纤维的掺入可以降低混凝土的收缩值, 其减缩效果会随着掺入量的增加而增加, 但其掺入量超出一定的范围以后, 将会对混凝土的工作性和分散性产生显著影响。他的研究还得出, 聚丙烯纤维在混凝土内部形成的三维乱向体系不仅可以有效阻隔水分散失的通道, 减少或延缓混凝土内部水分的散失, 而且可以改善混凝土的孔结构, 减小混凝土的收缩应力。而这可能是聚丙烯纤维可以降低混凝土的早期收缩的最主要原因。在这里值得注意的是, 纤维的掺入对降低混凝土的早期收缩效果是有限的。

姚树义[11]通过在混凝土中掺入不同量的纤维, 按照试验规定的时间测算试件收缩率。他的实验研究表明了, 聚合物改性砂浆的收缩要明显低于普通砂浆的, 主要原因是聚合物的掺入, 可以起到改善混凝土的孔结构, 降低水泥石的收缩的作用。在砂浆的各个骨料之间几乎是没有任何的支撑作用, 而砂浆的收缩作用全部都是由水泥石的收缩引起, 混凝土内部的粗骨料和细集料之间形成了完整的刚性骨架体系, 尤其是粗骨料之间的彼此相接触, 其相对位置的调整能力是决定混凝土收缩的重要因素。但是纤维掺入量超过一定的值后, 各骨料表面聚合物包裹层的厚度会随着纤维掺入量的增加而增加, 混凝土骨料在收缩应力下的变形会增大, 混凝土的收缩也会随之增大。

张鹏、郭平功、赵铁军[12]通过对未掺及单掺粉煤灰和双掺粉煤灰和聚丙烯纤维的混凝土试件进行了约束收缩试验。结果表明, 与单掺粉煤灰相比, 聚丙烯纤维的掺入使得混凝土在开裂时不会产生较大裂缝, 纤维能够承担一部分拉应力, 其应变曲线缓慢下降;最大和平均裂缝宽度大幅降低, 裂缝总面积降至单掺粉煤灰时的2.4%。

综上, 可以看出, 适量的掺合纤维对混凝土的收缩性能起到了实质性的改善作用。但是混凝土的抗压强度也会受纤维掺量的影响, 并随着纤维掺量的增加而迅速降低[13], 这主要是因为在常温条件下, 纤维为高弹态, 其弹性模量要比水泥石的低很多, 当纤维混凝土受压时, 由于纤维的弹性模量比较低而无法起到刚性支撑的作用, 所以混凝土的抗压强度自然而然的随着纤维掺量的增加而显著降低。

1.3 橡胶纤维混凝土收缩性能研究

在水泥基材料中加入一定量的橡胶粉和纤维, 可以充分利用橡胶粉的增韧作用及纤维的增强机理来达到改善混凝土的脆性、提高其抗裂性的目的。

王杰[14]配制掺加了不同量的橡胶粉及纤维的混凝土, 通过其在和易性、力学性能等方面进行的对比性试验, 研究分析了掺加橡胶粉及纤维对混凝土各项性能的影响。试验表明:掺加橡胶粉会降低混凝土的流动性和和易性, 橡胶粉混凝土的工作性能也会随着橡胶粉掺量的增加而降低, 一定范围内的橡胶粉掺入量可以提高混凝土的抗压强度和抗折强度。而混凝土的坍落度会随着钢纤维掺量的增加而下降, 其抗压强度不会有明显改善。

黄允宝、万赟[15和曹鹏飞、胡铮铮、潘志峰[16]的两个实验都是通过在混凝土中掺入纤维状的橡胶来达到提升混凝土性能的目的。他们的实验结果共同表明:橡胶纤维对混凝土抗压强度的影响较大, 橡胶纤维混凝土在受压后接近破坏时, 变形增量变化相对较慢, 曲线平滑;充分体现出橡胶纤维优良的增韧效果。

美国哈佛大学的Huynh H和Raghavan D等人 (1996) 的研究表明:砂浆中掺入2mm粒径的橡胶使得其抗压、抗折强度都降低, 而10.8mm1.8mm的橡胶纤维却可以提高砂浆的抗拉强度, 其裂纹宽度及长度均会有所减小[17]。

2 橡胶纤维混凝土收缩学术论文归述

橡胶混凝土在硬化阶段, 其抗裂性明显好于普通混凝土, 且橡胶掺量越高混凝土的抗裂性越好, 在塑性阶段, 混凝土在高温、低湿和大风速条件下, 其与基准混凝土的抗裂性相当, 橡胶粉没有对混凝土塑性开裂起到明显的抑制作用。混凝土中掺入聚丙烯纤维可以降低混凝土的收缩值, 同时纤维的减缩效果随掺量的增加而增加, 但是, 超出一定掺量范围后, 纤维的掺入会显著影响混凝土的工作性和分散性, 这种收缩不会随着纤维掺合量的增加而一直减小, 相反随着纤维掺量的增加, 混凝土的收缩增大。

橡胶纤维对混凝土抗压强度的影响较大, 橡胶纤维混凝土在受压后接近破坏时, 变形增量变化相对较慢, 曲线平滑, 充分体现出橡胶纤维优良的增韧效果。

3 结语

对于橡胶混凝土水泥水化刚刚开始没有生成足够的凝胶维持混凝土的整体黏结性, 并且橡胶粉与水泥的黏合性不高, 导致橡胶混凝土容易出现开裂的情况, 我们应该提高橡胶粉与水泥的粘合性, 防止开裂的发生。既然适量的纤维掺量可以改善混凝土的收缩性能, 而纤维掺量的增多又会使混凝土的收缩增大, 那么我们就得通过试验找出纤维的最优掺量。

由橡胶纤维混凝土的三个实验可以看出, 它们本质属于两类实验, 在研究方法上有所区别。它们的研究有其实质性的意义, 但也有一些可以改进的地方。此类实验可以通过建立纤维橡胶两个变量, 依照实验数据建立三维坐标系, 在保证混凝土拥有足够收缩性的同时也拥有可观的抗压和抗折强度, 从而获得可靠有利的数据, 可以在以后的工程中得以应用, 提高工程质量, 节约经济。

检测橡胶检测橡胶成分检测橡胶性能 第2篇

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GB 15256-1994硫化橡胶低温脆性的测定（多试样法）GB/T 1690-2006硫化橡胶耐液体试验方法 GB 1691橡胶耐介质试验方法

GB/T 1699-1982硬质橡胶耐热试验方法 GB/T 3511-1983橡胶大气老化试验方法 GB/T 3512-1983橡胶热空气老化试验方法 GB/T 6034-1985硫化橡胶压缩耐寒系数的测定 GB/T 6035-1985硫化橡胶拉伸耐寒系数的测定

GB/T 6036-2001硫化橡胶低温刚性的测定—吉门试验

GB/T 6037-1985硫化橡胶高温拉伸强度和扯断伸长率的测定 GB/T24135-2009橡胶或塑料涂覆织物加速老化试验

GB/T 7758-2002硫化橡胶低温性能的测定、温度回缩法（TR试验）GB/T 7762-2003硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂静态拉伸试验 GB 9871-1988硫化橡胶老化性能的测定（拉伸应力松弛试验）GB/T 11206-1989硫化橡胶老化表面龟裂试验方法 GB/T 12584-1990橡胶或塑料涂覆织物低温冲击试验 GB/T 12831硫化橡胶人工气候（氙灯）老化试验方法

GB/T 16585-1996硫化橡胶人工气候（荧光紫外灯）老化试验 GB/T 13642-1992硫化橡胶耐臭氧老化试验（动态拉伸试验法）GBT 519-1993充气轮胎物理机械性能试验方法

GB 2941-2006橡胶物理试验方法设计样制备和调节通用程序

GB/T 528-2009/ISO 37:2005硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定

GB/T 529-2008硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤型、直角形和新月形式样）GB/T 1681-2009硫化橡胶回弹性的测定

橡胶沥青混合料路用性能研究 第3篇

关键词：橡胶沥青混合料；路用性能；稳定性

公路交通运输业的飞速发展为中国经济的飞速发展做出贡献的同时也带来诸多问题，废旧轮胎大量堆积，对人类生存的自然环境造成危害并占用土地资源。如何能有效地处理这些废旧轮胎，且不造成污染，同时实现资源的回收利用，是现阶段公路行业急需解决的问题。

1.橡胶沥青混合料研究的意义

公路交通行业面临两个亟待解决的问题：一是公路运输会产生大量的废旧汽车轮胎，严重污染环境。二是公路建设需要大量的沥青，经济成本较高，且路面使用性能不能满足日益增加的交通量，需要新材料、新工艺改善沥青混合料的使用性能。如果能将废旧轮胎经过特殊工艺加工成一种材料，加入到路面材料中，既能改善路面的使用性能，又能解决废旧轮胎的问题，且能达到经济环保的效果。

橡胶沥青路面具有以下技术优势：提高路面路用性能；延长路面使用寿命；提高道路安全系数；降低路面行车噪声；降低道路建设成本；提高道路社会效益。因此，本文研究橡胶沥青混合料具有重要意义。

2.发达国家废旧轮胎橡胶粉沥青研究应用情况

国外对于橡胶粉改性沥青的研究相比于国内较成熟，橡胶沥青最早见于1843年的英国专利。现代意义的废旧橡胶粉应用于道路铺筑的研究最早始于上世纪40年代的美国。美国橡胶回收公司开发了用干法工艺生产的用于沥青混合料的橡胶颗粒。1988年前后，橡胶沥青在美国亚利桑那州成功应用于间断级配沥青混合料中，标志着橡胶沥青路面技术得到较大发展。美国于1992年经过不断总结和改进，成功研发出了16%比例的废旧橡胶粉改性沥青。改进后的沥青混合料性能有了较大幅度的提高，主要表现在粘性增加，温度敏感性降低、抗老化以及抗冻融能力显著增强。并且由于橡胶粉改性沥青中含有氧化剂，作为一种稳定剂，能够显著提高沥青混合料的耐久性和吸附性。

3.橡胶沥青混合料路用性能研究

发达国家废旧轮胎橡胶粉沥青研究应用情况给我国提供了借鉴。经研究分析，橡胶沥青混合料在高温稳定性、低温抗裂性能、水稳性能等方面具有明显优势，应大力推广应用。

3.1 橡胶沥青混合料的高温稳定性

在气温较高的夏季，路面表面温度随着环境温度不断变化，由于沥青混合料是以粘结性为主的半固体材料，因此，在高温下沥青路面强度和刚度就会受到影响。在轮胎荷载反复作用下，原本处于高强度粘结的胶浆产生相对流动，混合料骨架网状结构破坏失稳，导致路面出现车辙、推移、泛油等现象。这不仅降低了路面的服务质量，缩短了其使用寿命，并且严重影响行车安全。路面车辙问题是沥青路面最主要的病害之一。在美国、日本、等国等一些发达国家，80%以上的路面损坏是由于车辙引起的，后期只能通过罩面或翻修进行养护。因此，本文对橡胶沥青混合料的高温稳定性能进行试验和分析，以保证路面的正常使用。

研究橡胶沥青混合料高温稳定性的试验方法很多，车辙试验是最常用，最实用的一种，用动稳定度作为指标来进行评价沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。根据规范对车辙试验方法的规定，车辙板在设计级配和最佳油石比条件下成型，车辙试验结果如表1所示。

对比基质沥青的动稳定度可知，本文所制备的橡胶沥青的动稳定度比基质沥青高出3倍以上。究其原因，是因为在基质沥青中掺入橡胶粉后，橡胶粉与沥青相互作用，吸收基质沥青中的轻质组分，进而增加了沥青结合料的黏度，并提高了其稠度和软化点，从而改善了沥青混合料的高温稳定性。

3.2 橡胶沥青混合料的低温抗裂性能

当环境温度骤降时，沥青路面结构层内产生的温度应力有可能超过沥青混凝土的抗弯拉强度，此时的沥青路面极易出现低温开裂现象。在寒冷的冬季，由于沥青路面的模量较高，在车辆的重复压力作用下，開裂的路面有可能继续开裂并碎裂成更小的路面板，随着时间的推移，这些裂缝处就会出现龟裂破坏。水分会沿着裂缝进入基层及路基，进而降低路面的粘结强度和承载力，严重危害路面的服务质量和使用寿命。因此，为了减少由于裂缝给路面带来的破坏，必须对沥青混合料的低温性能进行分析。

目前，我国通常采用低温弯曲破坏试验来评价沥青混合料的低温性能，评价指标为弯拉应变。橡胶沥青混合料低温试验结果如表2所示。

试验结果表明，在低温条件下，橡胶沥青混合料的抗弯拉应变和抗弯拉强度比基质沥青高，说明橡胶粉的加入改变了沥青结合料的关键技术指标，增加了沥青结合料的黏度和低温环境下的柔度，从而使橡胶沥青混合料表现出优异的低温性能。

3.3 橡胶沥青混合料的水稳性能

沥青结合料与集料的粘附程度直接关系到橡胶沥青混合料的耐久性，沥青路面的水损害多发生于冰冻地区和多雨地区。沥青路面的水损坏主要包括两个过程，首先水浸入沥青中使沥青粘附性减小，导致混合料强度和劲度减小；其次由于集料表面对水比对沥青有更强的吸附力，水进入沥青薄膜和集料之间，隔断沥青与集料的相互粘结。在荷载的重复作用下，就会加速沥青从集料表面剥落，导致沥青混合料产生剥离、掉粒、松散等现象，进而造成沥青路面的坑槽、坑洞等病害。

抗水损害性能是沥青混合料性能检验的一个组成部分，尤其是在南方多雨地区，路面积水较多，雨水容易进入路面结构造成路面局部或整体的破坏。因此，提高混合料的抗水损害性能对于保证路面的使用质量具有重要作用。我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）规定用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验沥青混合料的水稳定性。按试验规程进行水稳性试验，结果见表3。

由以上数据分析可得，基质沥青混合料的残留稳定度比及冻融劈裂强度比较橡胶沥青混合料低，这是因为橡胶沥青混合料的结合料中添加了橡胶粉，橡胶粉在高温和裂解剂的作用下部分溶解于沥青之中，增加了沥青结合料的黏度，使沥青与集料、集料与集料之间粘结作用更强，从而提高了橡胶沥青混合料抵抗水损害的能力。

参考文献：

[1] 武立超. 橡胶沥青在 SMA 中的应用[D].重庆：重庆交通大学，2009

[2] 夏玮. 废胶粉改性沥青及沥青混合料路用性能研究[D].重庆：重庆交通大学，2009

[3] 邝仕广. 浅谈橡胶改性沥青在道路工程中的研究与应用[J].哈尔滨：黑龙江交通科技，2011

橡胶水泥混凝土抗压性能研究 第4篇

自20世纪90年代起[3], 美、英等发达国家为了解决日益增长的废旧橡胶轮胎的处理问题, 将废旧轮胎磨碎制得胶粉, 然后与水泥混凝土混合, 制成“橡胶水泥混凝土”。它的性能介于普通混凝土 (刚性) 和沥青混凝土 (柔性) 之间, 并集合了橡胶和水泥混凝土的特点。目前, 橡胶粉用于水泥路面混凝土的研究方兴未艾。本文对40目、80目、120目3种橡胶粒径、5种掺量的橡胶水泥混凝土试件进行静态抗压试验, 研究橡胶水泥混凝土的韧性。

1 原材料及配比

试验方案中基准混凝土配合比为水泥:水:砂:石子=1:0.45:1.84:3.64。在保持基准配合比中水泥用量、水灰比和外加剂的用量不变的条件下, 将40目、80目、120目3组橡胶粉掺入混凝土中, 等体积取代砂和石料, 并保持砂和石料的比例不变。橡胶粉的掺量分别为15kg/m3、30kg/m3、60kg/m3、90kg/m3、110kg/m3。共设计15组配合比。其具体配合比设计见表1。RPCC试件的标号为Cm-n, 其中m代表橡胶粉的目数, n代表橡胶粉的掺量。基准混凝土的编号为CO。试验成型16组100×100×100立方体试件, 进行静态抗压试验。

2 试验结果及分析

按照上述的步骤, 对各组试件的抗压试验, 试验结果见表2。

图1为橡胶水泥强混凝土28天龄期的立方体抗压强度变化曲线。未掺橡胶粉的混凝土的抗压强度为52.73MPa, 可以看出橡胶粉的加入使得混凝上的抗压强度有所下降。并且随着橡胶粉目数的增加, 橡胶水泥混凝土的强度不断下降。其中, 120目的橡胶水泥混凝土的强度降低最多, 掺量为110kg/m3时, 抗压强度就已经降到24.69Mpa, 降幅达54%。

由图1可以看出, 3组橡胶水泥混凝土的强度均随掺量的增加而呈现下降的趋势。当掺量≤30Mpa时, 橡胶水泥混凝土抗压强度的降幅均小于30%。3组混凝土的强度均在110kg/m3下降幅度最大。

橡胶粉的加入使得混凝土抗压强度降低的原因可能有:作为弹性体的橡胶粒子[6], 其强度相对于周围的混凝土基体来说几乎可忽略不计, 在荷载作用下, 橡胶混凝土试件内部的应力分布产生了较大的变化, 橡胶集料周围的混凝土首先出现应力集中。橡胶颗粒受到的应力较小, 而橡胶周围混凝土受到的应力较大, 特别是相距较近的橡胶颗粒之间的混凝土应力更大, 从而导致橡胶混凝土试件破坏。因此随着橡胶掺量的增加, 橡胶颗粒之间的距离减小, 橡胶周围的混凝土应力增大, 使橡胶混凝土的极限抗压强度降低;此外, 橡胶粒子作为高分子材料, 表面为憎水性, 与无机胶凝材料浸润性差, 使得橡胶粒子与混凝土基体之间的界面结合脆弱, 导致混凝土的强度下降。

对于基准混凝土, 其最终的破坏形态为正倒分离的不明显的四角锥形。试件破坏时, 由于试验机突然卸载, 积蓄在试验机上的变形能急剧释放, 使试块受到剧烈冲击, 产生巨大响声, 同时有试块向四周飞溅。呈现极明显的脆性破坏形态。

橡胶水泥混凝土的立方体抗压强度试验后 (承受极限抗压强度荷载之后) , 试件仍保持原有形状, 而不像普通混凝土那样立刻碎裂 (甚至碎散) 。此外, 试件表面几乎看不到裂纹, 且在极限荷载出现后仍能承受较长时间的荷载, 表明橡胶水泥混凝土的抗裂性能大大提高, 韧性大大增强, 由脆性破坏转变成具有一定塑性的破坏形态。董建伟, 朱涵[4], 刘春生[5]等人认为, 橡胶细集料水泥砂浆及混凝土破坏机理为:橡胶细集料是分布在砂浆或混凝土内的微小弹簧单元, 破坏始自橡胶微粒周边的水泥基材料产生应力集中而受拉开裂, 橡胶微粒本身有很好的抗拉特性, 因此它阻碍了裂缝的进一步发展, 使得试件受压破坏裂缝无法贯通, 保持了试件的完整性。

3 结论

⑴橡胶粉的加入使得混凝上的抗压强度有所下降。并且随着橡胶粉目数的增加, 橡胶水泥混凝土的强度不断下降。

⑵橡胶水泥混凝土的强度均随掺量的增加而呈现下降的趋势。

⑶橡胶水泥混凝土试件在试验后, 仍在一定程度上保持原有形状, 而不像普通混凝土那样立刻碎裂 (甚至碎散) 。此外, 试件表面几乎看不到裂纹, 且在极限荷载出现后仍能承受较长时间的荷载, 表明橡胶水泥混凝土的抗裂性能大大提高, 韧性大大增强。

摘要：机场道面和路面中, 在水泥混凝土里掺入适量的橡胶集料制成橡胶水泥混凝土, 可以显著改善混凝土的韧性, 有效解决因水泥混凝土的缺点对路面产生的不利影响。对3种橡胶粒径、5种掺量的橡胶水泥混凝土试件进行静态抗压试验。结果表明, 橡胶水泥混凝土的强度均随粒径的增大和掺量的增加而呈现下降的趋势。但由脆性破坏转变成具有一定塑性的破坏形态, 韧性大大加强。

关键词：橡胶水泥混凝土,静态抗压强度,韧性

参考文献

[1]石文杰, 蔡水田等.机场场道工程施工.北京:人民交通出版社, 1998.

[2]李小燕, 高培伟.机场道面开裂机理及控制技术的研究.施工技术, 2006, 2:46-48.

[3]管学茂, 史新亮等.橡胶粉改性路面水泥混凝土性能研究.新型建筑材料, 2008, 10:11-14.

[4]董建伟, 袁琳, 朱涵.橡胶集料混凝土的试验研究及工程应用[J].混凝土, 2006 (7) :69-71

[5]刘春生, 朱涵, 李志国等.橡胶细集料水泥砂浆基本性能研究[J].混凝土, 2005 (7) :38

橡胶混凝土性能研究 第5篇

1 引气橡胶混凝土材料的试验设计

材料计划主要在房屋内隔墙使用,以混凝土砌块的形式进行砌筑。在保证材料强度和满足砌筑要求的情况下,使材料尽可能地多孔、质轻,提高其阻尼和保温隔热的特性。参考国内外相关文献,本文以C35素混凝土为基准配制橡胶混凝土,橡胶颗粒分别以0、20%、30%、40%、50%等体积取代骨料进行试配,测试其密度和力学性能(见表1)。

由表1可知,随着橡胶掺量增加,混凝土强度迅速降低。试验中发现橡胶掺量大于30%时,橡胶颗粒在浆体中的分散性差,出现分层现象,且强度测试数据的离散性很大,强度降低显著。综合考虑,采用30%橡胶掺量的配合比。

表2为橡胶掺量30%的引气橡胶混凝土配合比。

注:引气剂与砂率的单位为%,其余单位均为kg/m3。

表2中橡胶颗粒分别以30%等体积分别取代砂和石子,引气剂采用SJ-2型皂素基。力学试验表明,引气剂掺量大于0.03%时,强度迅速降低,同时试块成型质量降低,数据离散性很大,结合试验目的综合考虑决定采用引气剂掺量为0.03%的配合比进行试验。

1.1 材料强度和导热系数

采用万能试验机进行测试,抗压试块的尺寸为:150 mm×150 mm×150 mm。保温隔热试块尺寸为100 mm×100 mm×15mm,实验设备包括SEI-3型准稳态法热物性测定仪、计算机和实验控制软件等。试验设计第1组为基准混凝土(引气剂与橡胶掺量为0),第2、3组分别为橡胶颗粒以30%等体积取代石子、砂(引气剂掺量为0),第4、5组分别为橡胶颗粒以30%等体积取代石子、砂(引气剂掺量为0.03%)。分别测试其抗压强度和导热系数,进行对比分析(见表3)。

由表3可知,当未掺引气剂时,基准混凝土掺加30%的橡胶后,其导热系数下降为原来的44.5%(第2组)与34.0%(第3组),蓄热系数下降到原来的73.2%(第2组)与76.6%(第3组);比较第4、5两组发现骨料的级配变化,引起抗压和热工性能的显著变化;2、3组与4、5组的性能差别是由于引入了0.03%的引气剂。

1.2 其它建筑材料热物理性能计算参数[1](见表4)

1.3 对比分析

对比表3、表4,引气橡胶混凝土材料与传统建筑墙体材料相比,的导热系数相对较低、蓄热系数相对较高,保温隔热性能较好。作为一种新型绿色建筑材料,在建筑墙体中具有良好的应用前景。为使引气橡胶混凝土砌块体积密度最小,本文尝试以第4组配比进行应用研究,探讨其在围护结构中的应用。

2 引气橡胶混凝土砌块墙体的热工性能

2.1 外墙构造做法

外墙构造做法为:5 mm腻子及涂料、3 mm防水层、18 mm水泥砂浆、260 mm引气橡胶混凝土砌块、20 mm混合砂浆[2]。

2.2 热工计算(见表5)

根据相关文献,要满足建筑节能50%的需要,砌块的自身热阻R不得小于0.6 m2·K/W[3]。由表3可以看出,墙体的宽度为260 mm时,可以满足要求。为使引气橡胶混凝土砌块墙体的厚度减小,保温隔热性能增强,需要继续开展引气橡胶混凝土的配合比优化研究。

2.3 影响引气橡胶混凝土砌块保温隔热性能的主要因素

2.3.1 材料自身的配合比

引气橡胶混凝土和普通混凝土相比,工作性和力学性能变化很大,橡胶、引气剂、骨料掺量不同,其热工性能也有显著区别。混凝土中加入引气剂,形成大量封闭空洞,存在不流动空气间层。因为不流动的空气间层对热辐射传导能起到一定的限制作用,当热流穿过外墙时,要受到空气间层的阻力。同时橡胶颗粒等体积取代骨料时,由于橡胶材料的导热系数为0.0717～0.1996 W/(m·K)[4],导致引气橡胶混凝土的导热能力下降。通过改变橡胶、引气剂掺量,优化材料配比,对于改善材料热工性能的潜力是巨大的[5]。需要进一步试验研究,寻找热工性能、力学性能的最优配比,促进引气橡胶混凝土砌块的快速发展。

2.3.2 材料吸水率

文献[6]表明,保温材料的含水率越大,其导热系数也越大。也就是说,即使同种保温材料且保温层厚度相同,含水率不同,保温效果也大不一样。对于引气橡胶混凝土来说,表面含有大量微细孔,吸湿性很大,试验中发现很容易受空气湿度的影响,引起材料热工性能的显著变化。目前,常采取2种方法来降低混凝土墙体的吸水率,一种是在料浆中掺入憎水性材料;另一种是在制品表面涂刷或浸渍1层防水材料,工艺比较复杂[1]。针对引气橡胶混凝土,可以采用调整橡胶的细度、开发或者选用合适的高性能引气剂,弱化混凝土的吸水能力。

3 引气橡胶混凝土砌块的应用

3.1 单一自保温墙体

从本试验数据发现,合理调整橡胶掺量和引气剂掺量,达到国家和地方标准要求是完全可以做到的。经过配合比优化,引气橡胶混凝土完全可以作为自保温墙体材料使用。

3.2 多层复合墙体

采用单一墙体材料通常不经济,所以通常在传统墙体的基础上增设高效保温材料层的复合墙体。这种墙体的优点是保温层和承重层分工明确,传统的墙体承重,高效保温材料承担增大热阻[1]。此外,开发配合引气橡胶混凝土砌块使用的保温砂浆,例如膨胀珍珠岩轻质保温砂浆[7]。

4 结语

引气橡胶混凝土作为新型保温隔热墙体材料,热工性能良好,可广泛用于多层建筑承重和非承重内、外墙体,也可用于屋面保温,具有很好的发展前景。通过对配合比优化、配套防水保温砂浆开发、橡胶粒径优选、施工工艺改进等进一步的试验研究,完全可以达到工程需要的要求。保证其自身热工性能的同时,还要注意平衡其保温、隔热性能,全面提高砌块的节能效果。

参考文献

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[2]张会云,刘春平.混凝土(EPS)自保温砌块的研制及应用[J].新型墙材,2008(10):46-47.

[3]王智,钱觉时,王沁芳,等.节能型混凝土多孔砖孔型设计与热工分析.新型建筑材料,2008(2):43-46.

[4]何燕,马连湘,黄素逸,等.轮胎橡胶材料导热系数的测定及分析[J].橡胶业,2004(51):6.

[5]郑木莲,陈拴发,王秉纲.基于正交试验的多孔混凝土配合比设计方法[J].同济大学学报(自然科学版),2006(10):1319-1323.

[6]王智,王沁芳,张朝辉.加气混凝土保温隔热性能及其保证措施[J].混凝土与水泥制品,2006(4):59-61.

橡胶混凝土工作性及力学性能研究 第6篇

关键词：橡胶混凝土,橡胶颗粒,偶联剂,工作性,力学性能

0 引言

据世界环境卫生组织统计,世界废旧轮胎积存量已达30亿条,并以每年约10亿条的惊人数字增长。随着我国人民生活水平的提高和经济建设的发展,汽车工业正在飞速发展,汽车保有量逐年递增,废旧轮胎也以每年平均两位数的增幅快速增长,在如此巨大的数量和增幅面前,作为“黑色污染”的废旧轮胎又被人们称作“黑色金矿”。因此,大力开展废旧轮胎综合利用,发展橡胶工业循环经济,不仅可缓解我国橡胶资源短缺局面,减少对进口橡胶资源的依赖,而且也是促进我国橡胶工业节能减排的重要举措,具有重要的战略和现实意义[1]。目前我国废旧轮胎综合利用的途径主要有以下五种:(1)原形改造废旧轮胎;(2)热分解;(3)翻新旧轮胎;(4)利用废轮胎生产再生橡胶;(5)利用废轮胎生产硫化橡胶粉[2]。

20世纪80年代末期,美国北卡罗莱纳州立大学首次将橡胶引入混凝土中,制备了橡胶混凝土,为废旧轮胎的综合利用提供了新的思路。目前橡胶混凝土在我国仅是处于开发阶段,我国橡胶混凝土的研究任重而道远。

本实验研究的目的是将改性与未改性的橡胶颗粒,以不同的掺量,分别等体积代替砂子进行混凝土成型,并通过与基准配合比的比较,确定其对混凝土工作性及物理力学性能的影响程度。

1 原材料和试验设计方案

1.1 原材料

(1)采用南京江南水泥厂生产的“金宁羊”牌P·Ⅱ42.5R硅酸盐水泥,其组成及物理性能见表1。

(2)砂是普通黄砂,最大粒径5mm,连续级配,细度模数2.3,堆积密度为1.45g/cm3。

(3)石子是粒径5～16mm连续级配的石灰石,压碎指标值为8.3%。

(4)减水剂为福建科之杰新材料公司生产的Point-S聚羧酸系高性能减水剂。

(5)偶联剂是南京曙光公司生产的SG-Si900型硅烷偶联剂。

(6)普通自来水。

(7)橡胶颗粒采用南通新升橡胶制品科技有限公司生产的8目橡胶颗粒,生产方法为常温粉碎法,其密度为1.1g cm3,平均粒径为2～3mm。

1.2 试验设计方案

本试验主要通过调整橡胶颗粒的掺量以及橡胶颗粒是否改性这两个参数来研究橡胶混凝土的工作性能和力学性能。

其中水胶比为0.36、砂率为31.4%,KB表示基准试样,RX表示橡胶以X%掺量等体积取代砂。为了改善混凝土流动性,加入了占水泥质量1.0%的JM-PCA减水剂,并且掺入占橡胶颗粒质量2%的硅烷偶联剂对橡胶颗粒进行预处理,用以改善橡胶颗粒与水泥浆、集料间的界面粘结性。配合比设计见表2。

kg/m3

2 试验方法

按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB T50080-2002测试新拌混凝土塌落度,钢模成型,机械振捣,标准养护,按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002测试硬化混凝土的抗压强度,静力受压弹性模量。抗压试件尺寸为100mm×100mm×100mm。静力受压弹性模量试件尺寸为100mm×100mm×300mm,试验图片见图1。

3 试验结果及分析

3.1 橡胶的掺入对新拌混凝土工作性能的影响

新拌混凝土坍落度见表3,可以看出,随着橡胶颗粒的加入,混凝土坍落度减小,而且随着掺量的增加减小。改性的橡胶颗粒相比于未改性的橡胶颗粒,对新拌混凝土坍落度的影响要小得多。一方面,是由于橡胶颗粒乱向分布,抑制了混凝土颗粒的沉降,从而影响了颗粒的分散性能和流动性;另一方面,是由于橡胶颗粒具有一定的吸水率,在混凝土搅拌过程中,直接吸走部分拌和用水,从而使得混凝土拌合物的工作性变差[3]。通过硅烷偶联剂处理橡胶颗粒表面,改善了橡胶颗粒和水泥浆、集料间的界面粘结性能,从而抑制了上述两个影响因素,改善了橡胶混凝土的工作性。

mm

3.2 橡胶的掺入对混凝土抗压强度的影响

混凝土抗压强度试验结果见图2。混凝土抗压强度随着橡胶颗粒掺量的增加而减小,改性橡胶混凝土相比未改性橡胶混凝土的抗压强度优势,随着橡胶颗粒掺量的增加而减少。观察压碎后试块的破坏形态,见图3及图4,橡胶颗粒掺量增加,试块脆性降低,韧性有明显的改善。由于橡胶颗粒是弹性体,在抗压过程中几乎不承担压力,减少了集料的受压面积,造成抗压强度的明显降低,而韧性却得到明显的改善。

3.3 橡胶的掺入对混凝土变形能力的影响

静力受压弹性模量试验结果见表4。可以看出,加入橡胶颗粒后,混凝土弹性模量随着掺量的增加而降低,降低趋势明显。改性后的橡胶混凝土与未改性的橡胶混凝土相比,弹性模量降低地尤为明显。橡胶混凝土的弹性模量降低后,其抵抗变形的能力增强,且能够约束微裂缝的产生和发展,并形成能够吸收应变能的结构变形中心,从而吸收震动能,明显改善混凝土的抗冲击性,提高混凝土的抗震性能[4]。

GPa

4 结论

综上所述,初步研究了橡胶颗粒在掺量不同和是否改性等因素影响下,对橡胶混凝土工作性能和力学性能的影响。综合数据及图形分析,得出以下结论:

(1)随着橡胶颗粒掺量的提高,混凝土工作性能的劣化及强度的降低较为明显;但橡胶颗粒经过改性处理后,混凝土的工作性能劣化及强度降低等不良因素能得到有效的缓解。

(2)随着橡胶颗粒掺量的提高,橡胶混凝土的韧性及抗变形能力都有不同程度的提高。

(3)使用硅烷偶联剂对橡胶颗粒进行改性,改进了橡胶颗粒和水泥、集料间的界面粘结性能,有效抑制了橡胶颗粒对橡胶混凝土工作性能的不良影响。

参考文献

[1]废旧轮胎综合利用指导意见.中华人民共和国工业和信息化部公告,工产业政策〔2010〕第4号

[2]姜治云.我国废旧轮胎资源循环利用的现状及其发展前景.中国轮胎资源综合利用,2005,6(6):6-8

[3]刘爱军,朱寒.橡胶微粒对混凝土可泵性的影响[J].济南大学学报,2007.21(7):31-33

橡胶混凝土性能研究 第7篇

橡胶混凝土作为一种新型弹性混凝土, 由于具有良好的韧性、较高的延性、优良的抗冻和抗冲击性能且能回收利用资源等优点, 在国内外得到了广泛应用。但橡胶颗粒的掺入, 会导致混凝土的抗压、抗折强度及耐磨性能迅速降低, 严重影响其使用寿命[1,2,3,4]。针对此类问题国内外相关学者进行了大量研究, 如通过对橡胶集料进行表面处理来增强与水泥基材料的粘结性能, 从而提高混凝土的强度, 但是效果并不理想。也有一些学者通过掺入聚合物来改善橡胶混凝土的抗折强度, 然而由于聚合物对环境影响较大, 且耐磨性能不够得到保证。

基于此, 本文从原材料着手, 通过掺入不同掺量的聚丙烯纤维对橡胶混凝土进行改性, 研究橡胶颗粒替代细集料后掺加聚丙烯纤维橡胶混凝土的力学性能、耐磨性能及抗冲击性能的变化规律。前期研究表明, 细橡胶集料对混凝土强度降低幅度较小[5,6,7], 故本文主要研究橡胶粉对不同纤维掺量混凝土性能的影响。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥;细集料为中砂, 细度模数2.6;粗集料选用最大粒径为30mm的连续级配碎石;减水剂采用萘系高效减水剂 (FDN) , 减水率为20%;橡胶粉采用东莞某公司产80目橡胶粉;水使用普通自来水;纤维采用聚丙烯纤维, 其主要技术指标见表1。

1.2 配合比

试验采用80目橡胶粉颗粒进行等体积取代, 掺入体积分别为细集料的10%、20%、30%、40%、50%, 并通过不同掺量的聚丙烯纤维对混凝土进行增强, 纤维的掺量为0.6kg/m3、0.9kg/m3、1.2kg/m3, 分别用纤维-1、纤维-2和纤维-3表示。试验基准混凝土配合比及试验结果见表2。

2 试验及分析

2.1 力学性能

采用等体积橡胶颗粒替代细集料加入混凝土, 研究不同聚丙烯纤维掺量下橡胶混凝土的基本力学性能变化规律。抗压强度和劈裂强度采用100mm×100mm×100mm立方体试件, 抗折强度采用100mm×100mm×400mm小梁试件, 标准条件下养护28d进行测试[8]。测试结果见图1、图2和图3。

由图1可见, 与基准混凝土相比, 随着橡胶粉替代量的增加, 混凝土的抗压强度逐渐降低, 且纤维的掺入对抗压强度影响不显著。对比不同纤维掺量下混凝土的抗压强度可以发现, 随着纤维掺量的增大, 抗压强度变化不大, 当纤维掺量为1.2kg/m3时, 抗压强度最小, 分析原因可能是因为纤维掺量过大, 致使其在混凝土内部不能很好分散, 造成了应力集中现象, 从而导致抗压强度较低。

由图2和图3可见, 在同一纤维掺量下, 随着橡胶粉的增加, 混凝土的抗折强度和劈裂强度逐渐降低;当橡胶粉掺量从0增大到10%时, 抗折强度和劈裂强度变化幅度较小, 但随橡胶粉掺量的增加变化幅度逐渐增大, 这主要是因为橡胶粉是弹性体材料, 有很高的韧性, 混凝土破坏时, 橡胶颗粒可以减缓裂缝的发展速度。但随着橡胶粉掺量的增加, 由橡胶粉颗粒与水泥石的粘结性能较差, 造成内部缺陷较多, 从而使强度出现较大幅度降低。在同一橡胶粉掺量下, 随着纤维掺量的增加, 混凝土的抗折强度和劈裂强度出现先增大后减小的趋势, 这也是由于纤维掺量较大时分散性不好所致。

由图1、图2和图3还可以看出, 采用纤维增强橡胶混凝土, 其压折比与基准混凝土相比均有所降低, 强度较高韧性较大, 当纤维掺量为0.9kg/m3、橡胶粉体积掺量低于40%时, 混凝土可满足JTG F30—2003《公路水泥混凝土路面施工技术规范》的施工要求, 其力学性能最为优异。

2.2 耐磨性能

根据道路材料对耐磨性能的特殊要求, 本试验采用TMS-4型水泥胶砂耐磨试验仪, 加载条件为200N, 转磨为50转。按JTGE 30—2005《公路工程水泥与水泥混凝土试验规程》中T 0567—2005的规定进行试验[9]。试件尺寸为150mm×150mm×150mm, 在水中养护至27d龄期后擦干试件表面水分, 在室内自然干燥12h, 再放入60℃+5℃烘箱中烘12h至恒重。记录试验前后的质量, 再按式 (1) 计算单位面积的磨耗量。

式中, G为单位表面积的磨损量, kg/m2;m1为试

件的初始质量, kg;m2为试件磨削后的质量, kg;0.0125为试件的磨损面积, m。

不同聚丙烯纤维掺量下橡胶混凝土的耐磨性能变化规律见表3。

由表3可知, 随着橡胶粉掺量的增加, 混凝土的磨损量逐渐增大。橡胶粉掺入量较小时对混凝土磨损量影响不大, 随着橡胶粉掺量的增加对混凝土磨损量的影响越来越显著, 当橡胶粉掺量为50%时, 与基准混凝土相比磨损量增加了18.3%。随着纤维掺量的增加, 混凝土的耐磨性能逐渐提高, 且随着掺入量的增大而增强, 当聚丙烯纤维掺量为1.2kg/m3时, 磨损量减少了24.5%, 耐磨性能得到明显改善。这主要是因为纤维的加入, 可在硬化后的水泥浆体中形成网状结构, 随着龄期的增长, 水泥石与纤维的粘结强度逐渐增大, 此外, 纤维本身也具有很好的耐磨性能。当橡胶粉掺入量较小时, 由于橡胶集料具有良好的断裂韧性, 降低了混凝土裂缝尖端的应力集中程度, 使混凝土裂缝的发展受到约束, 从而进一步改善了混凝土的耐磨性能;但当橡胶粉掺量较大时, 由于橡胶粉与水泥浆的粘结性能较差, 且作为一种弹性材料, 自身的磨损量较大, 故降低了混凝土的耐磨性能。

2.3 抗冲击性能

混凝土抗冲击性能的高低是评价其动力性能的一个重要指标[10], 尤其在机场道面、公路路面、桥隧等结构工程中, 对混凝土的抗冲击性能要求更高。本试验采用落重法, 即将4kg的钢球提升到450mm高处后自由落下, 击打在试件中央, 以混凝土的冲击韧性作为试件的抗冲击荷载能力。

混凝土冲击韧性按式 (2) 计算。

式中, W为冲击韧性, N/m;N为试件初次破坏时的冲击次数;m为钢球重量, kg;h为冲击球下落高度, m;g为重力加速度, 9.8m/s2。

不同聚丙烯纤维掺量下橡胶混凝土的抗冲击性能试验结果见表4。

由表4可知, 随橡胶粉掺量的增加, 混凝土的抗冲击韧性呈先增加后下降的趋势。当掺入不同掺量的聚丙烯纤维后, 橡胶混凝土的抗冲击韧性均在30%橡胶粉掺量处达到峰值, 其值分别为184.5N·m、198.7N·m、206.7N·m。不同橡胶粉掺量下的纤维混凝土抗冲击韧性均优于基准混凝土, 当纤维掺量为1.2kg/m3、橡胶粉掺量30%时, 混凝土抗冲击性能最好, 与基准混凝土相比提高了近3.6倍。这主要是因为在水泥石-橡胶集料-纤维这个特殊的体系中, 橡胶集料作为弹性材料, 在水泥浆和纤维共同作用下形成的结构变形中, 能够有效地吸收外部的冲击能, 显著提高混凝土的抗冲击性能。但当橡胶粉掺量较多时, 由于混凝土的强度明显降低, 且水泥石与橡胶粉界面薄弱区逐渐增多, 从而导致混凝土的抗冲击性能下降。

3 结论

(1) 随着橡胶掺量的增加, 混凝土抗折强度、抗压强度及劈裂强度逐渐降低, 但抗压强度的下降趋势明显高于抗折及劈裂强度。纤维的掺入对橡胶混凝土的抗压强度影响不大, 对抗折强度和劈裂强度影响较大, 且随着纤维掺量的增加呈现先增大后减小的趋势。

(2) 随着橡胶粉掺入量的增多, 混凝土的磨损量逐渐增大;而纤维的掺入使混凝土的耐磨性能得到明显改善, 且随掺量的增加而逐渐提高。

(3) 随着聚丙烯纤维和橡胶粉掺量的增加, 橡胶混凝土的抗冲击韧性呈现先增加后下降的趋势。

(4) 综合考虑力学性能、耐磨性能及冲击性能, 纤维掺量宜在0.9kg/m3左右, 橡胶体积掺量不超过40%时, 混凝土性能最为优异。

参考文献

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[9]张涛.橡胶集料-聚合物改性混凝土道路罩面材料的研究[D].武汉:武汉理工大学, 2010.

橡胶混凝土性能研究 第8篇

关键词：橡胶集料混凝土,橡胶掺量,硫酸盐侵蚀,抗冻性

0前言

橡胶集料混凝土作为一种新型的“绿色建材”, 将其积极有效地应用到道路、桥梁和水工等工程建设中,一方面,可以消耗大量废旧轮胎等橡胶废弃物,变废为宝,改善环境,节约天然材料的使用;另一方面,还可以改善混凝土的抗开裂、抗冲击性和吸收噪音等性能,延长道路、桥梁、堤坝等工程的使用寿命,具有较好的社会效益和经济效益。 这些优点决定了橡胶集料混凝土将有非常广阔的发展前景[1,2]。 而近些年来,大气污染严重,使得雾霾和酸雨频发,室外混凝土工程结构长期受到硫酸盐类化学物质的侵蚀。 土壤、地下水、海水、腐烂的有机物以及工业废水中都含有硫酸根离子,它们渗入混凝土内部并与水泥水化产物发生反应,产生膨胀、开裂、 剥落等现象, 从而使得混凝土的强度和黏性丧失。 硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要内容。 同时,我国大部分又属季节性冰冻地区,长期受到冻融破坏的影响。 因此,大部分混凝土工程都长期受到硫酸盐侵蚀和冻融循环双重破坏因素的影响。 综上所述,橡胶集料混凝土作为一种新型的土木工程材料,其在硫酸盐侵蚀和冻融循环作用下的耐久性如何将直接关系到它在土木工程中的应用,而关于这方面的研究成果却极少,大部分学者也只对单一因素作用下的耐久性问题进行了一些研究[3,4]。 本文将基于我国混凝土工程所处的实际环境,对橡胶集料混凝土的抗盐冻性能进行一些试验研究,为橡胶集料混凝土在土木工程中的推广使用提供一些理论依据和参考。

1试验

1.1试验原材料

本次试验研究所用水泥为沈阳产42.5级普通硅酸盐水泥, 细骨料采用普通河砂, 细度模数为2.55, 表观密度为2600kg/m3; 粗骨料采用最大粒径为20mm的碎石,进行5~20mm连续级配,表观密度为2650kg/m3;橡胶集料为沈阳某橡胶粉厂生产的粒径尺寸不大于0.3mm的橡胶粉,密度为1020kg/m3。

1.2试件制作及试验方法

1.2.1试件制作

试件以C40普通混凝土配合比为基础,参考目前橡胶集料混凝土的试验研究成果, 在本次试验中,用橡胶粉代替等体积的细骨料砂,取4种不同的橡胶掺量,分别为细骨料砂体积的5%,10%,15% 和20%。 橡胶集料混凝土配合比如表1所示,并制作不掺入橡胶集料的对比基准试件,共计成型5组试件, 表1中C40-0为对比基准试件,C40-5为橡胶掺量为5%的混凝土试件,以此类推。 每组包括边长为3个100mm的立方体试件A和6个尺寸为100mm×100mm×400mm的棱柱体试件B, 浇注24h后脱模, 在标准环境下养护28d, 在规定龄期的前4d, 将试件放入 (20±2)℃的饱和石灰水中浸泡,4d后进行普通冻融和盐冻试验。

1.2.2试验方法

本次试验用抗压强度来检验各批次的试件强度是否满足要求。 对于合格试件参照JTG E30— 2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 》 中的T0565—2005,采用天津某试验仪器厂生产的CDR3混凝土快速冻融试验机和DT-16动弹仪进行盐冻试验[5]。 为了节约试验的时间和费用,实现无损检测,本次研究以动态弹性模量和质量损失率作为评价橡胶粉集料混凝土抗盐冻性能的指标,用这两个指标来反映混凝土内部与表面的损伤程度。

试验步骤如下:1将各合格组的试件A装入净尺寸为110mm×110mm×500mm的黑色橡胶盒内,分别倒入清水和浓度为5%的Na2SO4溶液, 将橡胶盒放入快速冻融试验机冻融箱内的试件架中;2每天进行4~6个循环,在冻结和融化终了时,试件中心温度应分别控制在(-18±2)℃和(5±2)℃。每隔25次冻融循环对试件测试一次动弹性模量和质量。 达到规程中规定的任一条件时终止试验。

2试验结果与分析

2.1盐冻试验前橡胶集料混凝土基本力学性能

为了研究盐冻作用后橡胶粉集料混凝土的力学性能发生了怎样的变化,首先对龄期达到28d的试件进行了抗压强度fc和动弹性模量Ed的测定,测得数据如表1所示。

2.2盐冻作用对橡胶集料混凝土外观的影响

图1是不同橡胶掺量的橡胶粉集料混凝土试件浸泡在浓度为5%的Na2SO4溶液中, 经过100次冻融循环后试件的外观变化情况。 从图1可以看出, 橡胶粉掺量为5%的试件C40-5和10%的试件C40-10表面没有明显的剥落和开裂现象,抗盐冻性能很好; 而橡胶粉掺量为15%的试件C40-15表面的水泥浆层已经出现轻微的脱落现象,说明抗盐冻性能有所下降; 而橡胶粉掺量为20%的试件C4020表面剥落非常严重 , 里面的粗骨料已经暴露出来,说明抗盐冻性能最差。 尽管如此,与未掺入橡胶粉集料的普通混凝土试件相比,它们的抗盐冻性能还是很不错的,试件C40-0在盐冻次数达到100次时,试件破损严重。

2.3盐冻作用对橡胶集料混凝土动弹性模量影响

采用混凝土快冻法, 冻融循环每隔25次分别对浸泡在清水和5%Na2SO4溶液中的橡胶集料混凝土的动弹性模量进行测定,用相对动弹性模量P来反映混凝土内部微裂缝的开展情况,试验结果见表2。 图2为不同橡胶掺量的橡胶集料混凝土试件在单一冻融作用下相对动弹性模量P的变化情况,图3为硫酸盐侵蚀和冻融共同作用下的变化情况。

由图2可知,清水中的各组试件随着冻融循环次数的增多,相对动弹性模量P不断下降,但相对于未掺入橡胶粉的基准试件C40-0而言,橡胶粉的掺入不同程度地改善了混凝土的抗冻性能,相对动弹性模量P下降的幅度显著减缓,最大抗冻循环次数全都有所增加,均达到了200次。 在冻融循环次数达到100次时,相对动弹性模量P分别为91.9%、 90.3%、91.2%和88.2%。

由图3可知, 浸泡在浓度为5%Na2SO4溶液中的各组试件在冻融作用初期,相对动弹性模量的下降非常缓慢, 尤其是橡胶粉掺量为5%和10%的试件,在冻融循环次数达到75次时,相对动弹性模量分别为95.2%和93.4%。 同时,随着冻融次数的继续增多,相对动弹性模量P开始迅速下降,下降幅度超过了相同冻融循环次数下清水冻融循环作用的试件。

%

2.4盐冻作用下橡胶集料混凝土的质量损失率

质量损失率是一个能反映混凝土在冻融和腐蚀作用下表面剥落情况的评价指标。 本次试验在每完成25次冻融循环后就对试件的质量进行测量, 但计算得到的质量损失率率Wn数据较离散, 不具有明显规律性,无研究意义。 同时,由于篇幅所限, 结果未在本文中列出。 分析原因,应该是冻融循环使试件表面剥落,重量变小。 同时,经受冻融和化学腐蚀作用后,试件表面形成大量的微裂纹,水分通过微裂纹进入试件中,引起重量增加。 因此,笔者认为运用质量损失率不能很好地评价橡胶集料混凝土的抗冻性。

2.5机理分析

冻融循环破坏相当于是一种由静水压力和渗透压力产生的内应力引起的低周疲劳破坏过程[6]。 硫酸盐对混凝土的侵蚀则是一个复杂的物理化学过程,其实质是环境水中的SO42-渗入混凝土中与水泥的水化产物Ca(OH)2发生化学反应,生成含有大量结晶水的钙矾石,该化合物体积会比原体积增加1.5倍以上,产生的膨胀应力将导致混凝土破坏 。 两者同时作用时, 一方面Na2SO4溶液会降低冰点,使混凝土内冻融引起的内应力减小;另一方面,硫酸盐侵蚀引起的体积膨胀会在混凝土中产生很多微裂缝,便于水溶液渗入,加剧冻融破坏,从而形成恶性循环。

在混凝土中掺入少量弹性橡胶粉,其在混凝土内部形成很多可伸缩的颗粒群,相当于分布在混凝土内部的“缓冲阀”,能够缓冲冻融和硫酸盐侵蚀引起的内应力,限制微小裂缝的扩展和延伸,改善橡胶混凝土的抗盐冻性能[7]。 而且橡胶属于惰性材料, 不会跟混凝土中的水化产物及接触到的硫酸盐发生化学反应, 对钙矾石的产生有一定的抑制作用。 在盐冻作用前期,橡胶粉颗粒抵消掉部分由冻融引起的内应力; 而钙矾石的生成又使固相体积增大, 填充混凝土的空隙,增加密实度,使得混凝土的动弹性模量有所增长[8]。 此时,橡胶集料混凝土的动弹性模量缓慢下降。 而到了后期,随着SO42-的进一步侵蚀,晶体的生长不再是填充孔隙,而是引起体积膨胀, 水化硫铝酸钙晶体在固相表面呈刺猬状析出。 此时,橡胶粉颗粒对内应力的缓冲作用也消耗殆尽,就出现了动弹性模量大幅下降的现象。 另外, 由于橡胶和水泥石界面的黏结力较小,随着橡胶掺量的增加,在冻融和硫酸盐侵蚀所引起的内应力作用下很容易产生界面裂缝,从而降低混凝土的抗盐冻性能。 因而建议橡胶集料混凝土中的橡胶掺量不宜超过15%。

3结论

(1)在混凝土中掺入橡胶粉能有效提高混凝土的抗冻性和抗盐冻性能, 特别是掺入5%~15%的橡胶粉对混凝土的抗盐冻性能有很好的改善作用。

(2)橡胶粉的掺入在盐冻作用前期改善作用非常明显,而到了后期橡胶粉带来的负面效应开始突显,对混凝土抵抗盐冻尤为不利。

橡胶混凝土性能研究 第9篇

1 原材料

采用亚泰水泥厂生产的天鹅牌P.O42.5普通硅酸盐水泥、奥斯硅粉SF93、鞍钢矿渣粉S95、双达牌粉煤灰、天津市明基金泰橡塑制品加工有限公司生产的80目与150目橡胶粉, 砂子选用河砂, 细度模数2.6, 堆积密度1 721kg/m3, 表观密度2 540kg/m3, 碎石选择最大粒径26.5 mm, 5~25 mm的连续级配碎石, 表观密度2 780 kg/m3。

2 试验方案

试验拌和时采用强制式混凝土搅拌机, 容量50 L, 搅拌时间为180 s。拌和后检测拌和物的工作性、成型抗压与抗折试验, 尺寸分别为100 mm×100 mm×100mm和100 mm×100 mm×400 mm。24h后拆模放入养护室标养, 指标测量期为3d与7d。

试验设计通过两种目数的橡胶粉掺量变化分析其对低熟料高性能混凝土物理力学性能的影响。橡胶粉按三种不同掺量等体积取代砂的用量, 减水剂用量为总胶凝材料用量的百分比, 见表1。

3 试验分析

3.1 橡胶粉对高性能混凝土抗压强度影响分析

从抗压强度角度分析, 由图1、图2可见, 随着橡胶粉掺量的增加, 混凝土的抗压强度明显降低, 3d抗压强度与7d抗压强度比较, 3d下降趋势更显著。

当橡胶粉掺量达到20%时, 由于抗压强度损失过大, 混凝土已失去使用价值。在同等条件下, 掺入的橡胶粉越细, 高性能混凝土的抗压强度损失越严重。150目与80目的橡胶粉相比, 150目的橡胶粉比表面积大, 在混凝土中形成的空隙多, 造成橡胶粉周围区域密度不够, 相对比较薄弱, 导致低熟料高性能混凝土抗压强度下降明显。从抗压强度角度考虑, 掺量3.5%的80目橡胶粉效果较佳。

3.2 橡胶粉对高性能混凝土抗折强度影响分析

随着橡胶粉掺量的逐步增加, 150目橡胶粉对高性能混凝土抗折强度影响较小, 80目橡胶粉影响较大, 见图3、图4。

橡胶粉掺量低时, 对高性能混凝土抗折强度影响较小, 且不同目数的橡胶粉对混凝土的抗折强度影响效果不同。橡胶粉掺量为10%时, 80目与150目橡胶粉的掺入对高性能混凝土抗折强度影响较小;橡胶粉掺量为20%时, 两种橡胶粉对抗折强度影响存在明显差异, 此时掺入80目橡胶粉抗折强度下降趋势明显, 150目橡胶粉抗折强度波动较小。由此可知, 150目橡胶粉的掺量对抗折强度影响效果不明显。80目橡胶粉在低掺量时对高性能混凝土的抗折强度较小。随着橡胶粉掺量的增加, 80目橡胶粉对高性能混凝土的抗折强度作用效果逐渐增强。橡胶粉的粗细程度对抗折强度影响效果明显, 掺量较大时更为显著。150目的橡胶粉对于混凝土孔隙的填充效率比80目更好, 更易发挥橡胶粉弹性材料的性能, 提高混凝土的韧性。故掺入150目橡胶粉比80目的混凝土抗折强度高。从抗折强度考虑, 掺入10%的150目橡胶粉效果较佳。

4 结论

A.抗压强度要求高性能混凝土, 建议采用橡胶粉细度为80目, 且掺量为3.5%为宜。

B.抗折强度要求高性能混凝土, 建议采用橡胶粉细度为150目, 且掺量为10%为宜。

C.抗压强度与抗折强度均有要求的高性能混凝土, 建议采用橡胶粉细度为80目, 且掺量为10%为宜。

参考文献

[1]吴中伟, 廉惠珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社, 1999.

[2]刘日鑫.废橡胶颗粒对混凝土力学性能的影响[J].建筑材料学报, 2009, 12 (3) :341-344.

[3]龙广成, 马昆林.橡胶集料对混凝土抗压强度的降低效应[J].建筑材料学报, 2013, 16 (5) :759-762.