氯鹽浸泡對(duì)橡膠混凝土的耐久性的影響

熊健民，范夢(mèng)婷，周金枝，戴 杰，王 軒

（湖北工業(yè)大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢430068）

對(duì)于混凝土而言，其耐久性取決于其在所處環(huán)境下的使用時(shí)間和破壞程度，在諸多影響混凝土耐久性的因素中，選擇滲透性侵蝕這一個(gè)因素，將橡膠混凝土浸泡于不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl溶液中31d，來分析橡膠混凝土受4%和15%兩種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl溶液浸泡侵蝕后的抗壓和抗彎力學(xué)性能的變化，在此基礎(chǔ)上，再將所得數(shù)據(jù)與同等條件下的普通混凝土所得數(shù)據(jù)相比較，最后得出兩者耐久性的差距。

1 實(shí)驗(yàn)研究意義及目的

隨著汽車成為越來越普遍的交通工具，廢舊的橡膠輪胎也逐漸成為最大的固體廢物來源，如何有效處理廢舊橡膠，是各國(guó)面臨的一個(gè)重要的命題。目前，焚燒、填埋和再回收是處理廢舊橡膠的主要方式，但由于前兩者的處理方法對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，因此，再回收利用成為主要的且具有重要的社會(huì)價(jià)值的處理方法。

在對(duì)廢舊橡膠進(jìn)行再回收利用時(shí)，將其粉碎為橡膠粉能提高其利用效率。橡膠粉顆粒的大小不同而具有不同的力學(xué)性能，在生產(chǎn)中具有不同的用途。將橡膠粉與混凝土相結(jié)合制作成新型的橡膠混凝土，不僅能更有效實(shí)現(xiàn)對(duì)廢舊橡膠的回收利用，它在改善混凝土原有的力學(xué)性能方面也起著一定的作用，在制作橡膠混凝土?xí)r考慮選用顆粒粗細(xì)大小不同的橡膠粉，然后勞斯對(duì)比其力學(xué)性能，具有更為重要的意義。

2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)中，前期準(zhǔn)備決定著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，主要包括實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)配合比和實(shí)驗(yàn)試塊的制作與養(yǎng)護(hù)。

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

所需實(shí)驗(yàn)材料有:水泥，華星牌32.5R復(fù)合硅酸鹽水泥；細(xì)骨料，普通河砂，粒徑為0.15～4.70 mm均勻級(jí)配，細(xì)度模數(shù)為2.64，表觀密度為2620 kg/m3，堆積密度為1264kg/m3；粗骨料，粒徑為2～25mm均勻級(jí)配，表觀密度為2613.7kg/m3，針片度為5%，堆積密度為1 430kg/m3，壓碎值為3.45%；膠粉，采用橡膠顆粒大小分別為5目和80目的膠粉，其密度依次分別為1.13kg/m3，1.09 kg/m3，1.08kg/m3；拌合水，普通自來水。

2.2 混凝土的配合比

計(jì)算本橡膠混凝土的配合比時(shí)，先以基準(zhǔn)混凝土來計(jì)算基本的配合比，得到此橡膠混凝土的基準(zhǔn)配合比為:水泥∶水∶砂∶石＝433∶195∶602∶1170。再根據(jù)適配原則，取塌落度為35～50mm，經(jīng)過計(jì)算、查表調(diào)整，得到實(shí)際配合比為:水泥∶水∶砂∶石＝458∶206∶590∶1146。在此基礎(chǔ)上，選擇體積比例為10%、30%、40%的等質(zhì)量替換細(xì)骨料（表1）。

表1 橡膠顆?；炷僚浜媳缺?kg/m3

2.3 試件制作和養(yǎng)護(hù)

本次實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)橡膠混凝土的抗壓性能和抗彎性能進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，所需試塊規(guī)格為100mm×100mm×100mm，兩組實(shí)驗(yàn)各需30個(gè)，總數(shù)目為60個(gè)。

試件制作過程為:1）將膠粉、水泥、砂石等材料用臺(tái)秤、電子天平等稱量后加入攪拌機(jī)中，先采用干拌方式60s，然后再將稱量好的水泥膠粉和外加劑加入，下一步添加原拌合物，以上材料全部倒入后攪拌30s，再加入計(jì)算好的自來水?dāng)嚢?20s，完成混凝土的攪拌工作。2）將剛拌好的橡膠混凝土倒出后迅速用鐵鍬來回拌合3次。3）固定試模于振動(dòng)臺(tái)上，將拌好的混凝土裝入試模，振動(dòng)至試模表面出漿時(shí)，用抹刀將表面抹平即可。

試件養(yǎng)護(hù)過程為:1）先將不透水的薄膜覆蓋于試件上，放置于溫度為20℃，正負(fù)偏差5℃的環(huán)境下靜置24h。2）再將試塊編號(hào)、拆模，放置于溫度為20℃，正負(fù)偏差2℃的不流動(dòng)的氫氧化鈣飽和溶液中養(yǎng)護(hù)。3）經(jīng)28h養(yǎng)護(hù)期后再進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)（圖1、圖2）。

圖1 橡膠混凝土試塊

3 抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)過程及分析

3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)步驟主要為:1）試件外表面和試驗(yàn)機(jī)器先擦拭干凈，再將試塊放置到試驗(yàn)機(jī)的下壓板上，使試件中心線與下壓板中心線相吻合。2）啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，待上方壓板與試件緩慢接近時(shí)，調(diào)整下方球座至接觸穩(wěn)定，再以0.5MPa/s的速度連續(xù)加荷。3）當(dāng)試件的外形用肉眼可以看到變形急劇狀態(tài)的時(shí)候，馬上停止調(diào)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)直至試件被完全破壞，并記錄破壞荷載。圖2為實(shí)驗(yàn)結(jié)束前后的試件。

圖2 實(shí)驗(yàn)前后試件

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.2.1 未浸泡試塊抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 經(jīng)記錄、計(jì)算、整理后，未浸泡試塊的抗壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2，其強(qiáng)度變化結(jié)果見圖3、圖4。

表2 未浸泡試塊抗壓強(qiáng)度值

圖3 未浸泡的橡膠混凝土的最大壓力值變化

圖4 未浸泡的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度變化

橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著橡膠顆粒的不斷增大而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，且其整體強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度。由此可知，混凝土內(nèi)部間隙空間是隨著橡膠粉目數(shù)的增大而增大的，從而降低了橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度。橡膠摻量保持在10%以內(nèi)時(shí)，80目的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度值較其他目數(shù)混凝土的下降幅度較小，因而在實(shí)際工程應(yīng)用中，摻量為10%的80目橡膠混凝土更適用。

3.2.2 浸泡后的試塊抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 將養(yǎng)護(hù)后的橡膠混凝土浸泡于4%的NaCl溶液中30d后的抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3及圖5、圖6。

表3 浸泡處理后的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度

圖5 浸泡于4%NaCl溶液30d的最大壓力變化

圖6 浸泡于4%NaCl溶液30d的抗壓強(qiáng)度變化

將養(yǎng)護(hù)后的橡膠混凝土浸泡于15%的NaCl溶液中30d后的抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4及圖7、圖8。

表4 浸泡處理后的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度

圖7 浸泡于15%NaCl溶液30d的最大壓力值變化

圖8 浸泡于15%NaCl溶液30d的抗壓強(qiáng)度變化

橡膠顆粒摻量循序漸進(jìn)的增加，同一目數(shù)的橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度降低，而同一摻量的橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度并未隨著目數(shù)的變化而出現(xiàn)規(guī)律性的變化。但對(duì)比未經(jīng)浸泡的橡膠混凝土，經(jīng)酸液浸泡的橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度呈總體下降趨勢(shì)。因此，酸性液體對(duì)于橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度有著一定的破壞作用。

4 抗彎強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)過程及分析

4.1 實(shí)驗(yàn)步驟

抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)采用四點(diǎn)抗彎實(shí)驗(yàn)，步驟為:

1）將已養(yǎng)護(hù)的試件擦拭干凈后，以試件成型側(cè)面為承壓面平穩(wěn)放置于試驗(yàn)機(jī)器上，控制安裝尺寸偏差在1mm之內(nèi)。

2）以0.05MPa/s的速度對(duì)其進(jìn)行連續(xù)加荷，至試件接近破壞時(shí)關(guān)掉油門，并記錄載荷。圖9、圖10為抗彎試驗(yàn)前后試件。

圖9 擺放試件

圖10 試件四點(diǎn)抗彎結(jié)束

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

4.2.1 未浸泡試塊抗彎強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 未浸泡試塊的抗彎強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5及圖11。

表5 未浸泡試塊抗彎強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖11 未浸泡試塊的抗彎強(qiáng)度

當(dāng)橡膠摻量增加時(shí)，同一目數(shù)的橡膠混凝土的抗彎強(qiáng)度降低幅度明顯，這說明橡膠粉的摻入對(duì)于混凝土的抗彎性能有害無益，因此，橡膠混凝土不適合用于高架、橋梁等建筑物。此外，摻量相同的橡膠混凝土，其抗彎強(qiáng)度伴隨膠粉目數(shù)的增大呈逐漸下降，即目數(shù)越大，其抗彎強(qiáng)度越小，同樣，膠粉的目數(shù)也并不能增強(qiáng)混凝土的抗彎強(qiáng)度?？傊鹉z對(duì)于混凝土的抗彎性能沒有起到促進(jìn)作用，因而實(shí)際生產(chǎn)中并不提倡使用橡膠混凝土作為施工材料。

4.2.2 浸泡后的試塊抗彎強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 同樣使用4%的NaCl溶液對(duì)試塊進(jìn)行30d浸泡后進(jìn)行抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)，其結(jié)果見表6及圖12。

表6 浸泡處理后的橡膠混凝土抗彎強(qiáng)度

圖12 浸泡于4%NaCl溶液30d的抗彎強(qiáng)度變化表

同樣，仍然使用15%的NaCl溶液對(duì)試塊進(jìn)行39d的浸泡后進(jìn)行抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)，其結(jié)果見表7及圖13。

表7 浸泡處理后的橡膠混凝土抗彎強(qiáng)度

圖13 浸泡于15%NaCl溶液30d的抗彎強(qiáng)度變化

對(duì)比未浸泡試塊的抗彎強(qiáng)度變化圖，其線條走向幾乎無二，且同一摻量和目數(shù)的浸泡后的混凝土的抗彎強(qiáng)度較浸泡前更小。由此說明，酸液對(duì)于橡膠混凝土抗彎強(qiáng)度的良性改變并無影響，反之更具有破壞性。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論抗彎強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)過程及分析

通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析對(duì)比，對(duì)橡膠混凝土的抗壓和抗彎性能的變化可以總結(jié)出以下幾點(diǎn):

1）橡膠混凝土的抗壓和抗彎性能都會(huì)因?yàn)樗嵋旱淖饔枚恢饾u降低，且抗壓強(qiáng)度的降低程度更為明顯。

2）當(dāng)膠粉目數(shù)相同時(shí)，隨著其摻入量的增加，橡膠混凝土的抗壓性一再降低。

3）當(dāng)摻入量相同時(shí)，隨著膠粉粒徑的增大，橡膠混凝土的抗壓性能逐步增大。

4）對(duì)于抗彎性能來說，只要有橡膠粉的摻入，其力學(xué)性能必定降低，且低于原有的強(qiáng)度。

綜上可知，影響橡膠混凝土的抗壓和抗彎強(qiáng)度的因素是多種多樣的，只有進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)分析，才能了解如何更好地改變其力學(xué)性能，提高其耐久性。

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