橡膠顆粒對(duì)再生混凝土強(qiáng)度和抗碳化性能影響

唐清照

(中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司 福建福州 350001)

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橡膠顆粒對(duì)再生混凝土強(qiáng)度和抗碳化性能影響

唐清照

(中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司 福建福州 350001)

在再生混凝土中摻入廢舊輪胎破碎產(chǎn)生的橡膠細(xì)集料，對(duì)不同橡膠摻量的再生混凝土強(qiáng)度和抗碳化性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨著橡膠顆粒摻量的增加而降低。橡膠顆粒對(duì)再生混凝土碳化深度的影響規(guī)律不明顯。碳化3d后，再生混凝土碳化深度隨橡膠摻量的增加而減??；碳化7d、14d后，再生混凝土碳化深度隨橡膠摻量的增加而上下波動(dòng)，總體呈減小的趨勢；碳化28d后，再生混凝土碳化深度隨橡膠摻量的增加呈現(xiàn)增大的趨勢。

再生混凝土；橡膠顆粒；強(qiáng)度；碳化

0 引言

再生混凝土作為一種新型建筑材料，已被廣泛應(yīng)用于建設(shè)工程中，再生混凝土力學(xué)性能和耐久性能也受到廣泛關(guān)注。近年來，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，廢棄輪胎的數(shù)量日益增多，目前對(duì)于廢舊輪胎大多采用堆填或焚燒的處理方式，由此帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題[1]。當(dāng)橡膠顆粒取代細(xì)集料摻入到再生混凝土中時(shí)，一方面能夠填充粗骨料間的孔隙，改變混凝土的孔結(jié)構(gòu)[2]；另一方面橡膠顆粒具有引氣的效果，能夠增大混凝土的含氣量[3]，這也改變了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)；再者，橡膠顆粒是有機(jī)材料，與無機(jī)材料水泥石間的黏結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于砂與水泥石間的黏結(jié)強(qiáng)度，這樣橡膠顆粒與水泥石間形成薄弱界面[3]。上述變化必然使再生混凝土的力學(xué)性能和耐久性能發(fā)生變化。

本文以再生粗骨料替代率為50%的再生混凝土為基準(zhǔn)，用廢舊輪胎橡膠顆粒等體積取代細(xì)骨料制備橡膠再生混凝土，研究橡膠顆粒摻量對(duì)再生混凝土強(qiáng)度和抗碳化性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥采用福州某水泥廠生產(chǎn)的P.O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；橡膠顆粒由廢舊輪胎經(jīng)機(jī)械破碎、篩分所得，最大粒徑為2.5mm，密度為1 180kg/m3，吸水率為8%；天然骨料選用連續(xù)級(jí)配的碎石，粒徑為5mm～25mm，再生粗骨料為某公路路面廢棄混凝土加工而成，粒徑為5mm～25mm；細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)為2.7的河砂，表觀密度為2 753kg/m3；減水劑采用福州某外加劑廠生產(chǎn)的TW-PS聚羧酸高性能減水劑。

1.2 試驗(yàn)配合比

目前尚無再生混凝土配合比設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本試驗(yàn)再生混凝土配合比設(shè)計(jì)參照J(rèn)GJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行?；鶞?zhǔn)組為未摻橡膠顆粒再生混凝土，再生粗骨料取代率為50%，橡膠顆粒摻量為0，水膠比為0.50，單位用水量為175kg，砂率為36%。試驗(yàn)組所用橡膠顆粒采用等體積取代細(xì)骨料的方式摻入再生混凝土中，橡膠顆粒取代率分別為5%、10%、15%、20%和30%。本試驗(yàn)配合比,如表1所示。

表1 再生混凝土配合比(kg/m3)

1.3 試驗(yàn)方法

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，所用立方體試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)7d、28d和60d；抗碳化性能試驗(yàn)采用GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的快速碳化試驗(yàn)方法，所用棱柱體混凝土試件尺寸為100mm×100mm×400mm，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)26d后放入60℃烘箱中烘48h，除留下兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面外，其余各表面用融化的石蠟密封，再將試塊放入二氧化碳濃度保持在(20±3)%，相對(duì)濕度為(70±5)%，溫度為(20±2)℃的碳化箱內(nèi)，混凝土試件碳化3d、7d、14d和28d后，從碳化箱內(nèi)取出并用壓力試驗(yàn)機(jī)破型，然后采用1%酚酞酒精溶液來測試各齡期下試件的碳化深度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

再生混凝土抗壓強(qiáng)度及碳化深度試驗(yàn)結(jié)果分別如表2、表3所示。

表2 再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表3 再生混凝土碳化深度試驗(yàn)結(jié)果

2.1 橡膠顆粒摻量對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖1可知，相同養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度與普通混凝土抗壓強(qiáng)度相比略有降低，28d抗壓強(qiáng)度僅降低約3%，說明再生粗骨料取代量為50%時(shí)對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不大。

再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨著橡膠顆粒摻量的增加而降低，且隨齡期的增長而增長。當(dāng)橡膠顆粒的摻量為5%、10%、15%、20%、30%時(shí)，摻橡膠顆粒的再生混凝土7d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別降低1.3%、3.0%、21.8%、26.2%、32.8%；摻橡膠顆粒的再生混凝土28d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別降低1.8%、4.3%、23.4%、27.2%、34.0%；摻橡膠顆粒的再生混凝土60d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別降低1.8%、5.0%、19.5%、25.8%、32.1%。當(dāng)橡膠顆粒摻量小于10%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度降低不明顯；當(dāng)橡膠顆粒摻量大于10%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度明顯降低，降低幅度大于20%。

再生混凝土中摻入橡膠顆粒后強(qiáng)度下降的最主要原因可能是由于橡膠顆粒的憎水性，憎水性使其與水泥等膠凝材料不能很好地粘結(jié)，致使和混凝土的結(jié)合較脆弱；另一個(gè)原因可能是橡膠顆粒的高孔隙率使其在混凝土內(nèi)部造成中空狀態(tài)，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度較低；第三個(gè)原因可能是橡膠顆粒的彈性模量相對(duì)較低，摻入到混凝土中導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度大幅度降低[4]。

2.2 橡膠顆粒摻量對(duì)再生混凝土抗碳化性能的影響

由圖2可知，再生粗骨料取代率為50%的再生混凝土碳化深度大于普通混凝土碳化深度，這主要是由于再生骨料的孔隙率大于天然骨料，使得再生混凝土的孔隙率與同水膠比的普通混凝土相比有較大增加，這無疑降低了其抗碳化性能[5]。

再生混凝土碳化時(shí)間越長，碳化深度越大，但各齡期碳化深度隨橡膠顆粒摻量的增加變化幅度不同。碳化3d時(shí)，再生混凝土的碳化深度隨橡膠摻量的增加而減小，橡膠摻量30%時(shí)為基準(zhǔn)組的72%。碳化7d和14d時(shí)，再生混凝土的碳化深度隨橡膠摻量的增加而上下波動(dòng)，總體呈減小的趨勢，并且在摻量10%和15%時(shí)碳化深度較小。碳化7d時(shí)，橡膠摻量為10%和15%時(shí)碳化深度分別為基準(zhǔn)組的97%和91%；碳化14d時(shí)，橡膠摻量為10%和15%時(shí)碳化深度分別為基準(zhǔn)組的91%和95%。碳化28d時(shí)，橡膠摻量為5%時(shí)的碳化深度大于基準(zhǔn)組混凝土，在5%～15%摻量范圍內(nèi)的碳化深度隨著摻量的增加而減小，摻量大于15%時(shí)，碳化深度隨著摻量的增加而增大，摻量為30%時(shí)碳化深度為基準(zhǔn)組的1.17倍。再生混凝土橡膠摻量為10%～15%時(shí)抗碳化效果較好，0%～10%和15%～30%時(shí)效果較差。

橡膠顆粒的摻入對(duì)混凝土的碳化起到了兩方面的作用：一方面隨著橡膠摻量的增加，混凝土密實(shí)度增加，加大了酸性氣體侵入的阻力；另一方面含氣量增加造成孔隙含量增加，且橡膠顆粒與水泥石之間的薄弱界面也在增加，因而增加了酸性氣體的侵入通道[6]。碳化3d時(shí)，抗碳化性能的有利因素突出，因而再生混凝土的碳化深度隨橡膠摻量的增加而減小；碳化7d和14d時(shí)，有利因素與不利因素此消彼長，其結(jié)果是再生混凝土的碳化深度有波動(dòng)現(xiàn)象；碳化28d時(shí)，不利因素突出，再生混凝土的碳化深度隨橡膠摻量的增加而增大。

3 結(jié)論

(1)再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨著橡膠顆粒摻量的增加而降低，當(dāng)橡膠顆粒摻量小于10%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度下降不明顯；當(dāng)橡膠顆粒摻量大于10%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度下降幅度較大，降低幅度大于20%。因此，從力學(xué)角度考慮，再生混凝土橡膠顆粒摻量不宜大于10%。

(2)不同碳化齡期時(shí)，再生混凝土碳化深度隨橡膠摻量的增加呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。碳化3d時(shí)，再生混凝土的碳化深度隨橡膠摻量的增加而減小；碳化7d和14d時(shí)，再生混凝土的碳化深度隨橡膠摻量的增加而上下波動(dòng)；碳化28d時(shí)，摻橡膠顆粒再生混凝土碳化深度基本超過未摻橡膠顆粒再生混凝土。再生混凝土在橡膠摻量為10%～15%時(shí)抗碳化效果較好，0%～10%和15%～30%時(shí)效果較差。

(3) 綜合考慮再生混凝土抗壓強(qiáng)度和抗碳化性能試驗(yàn)結(jié)果，橡膠顆粒最優(yōu)摻量為10%。

[1] 李悅，韓兆興，王敏，等. 摻廢橡膠微粒的再生混凝土物理力學(xué)性能[J]. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(6)：35-37.

[2] 張海波，管學(xué)茂，劉小星，等. 廢舊橡膠顆粒對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響及界面分析[J]. 材料導(dǎo)報(bào)，2009(4)：65-67.

[3] 王濤，洪錦祥. 橡膠混凝土的含氣量及其控制方法[J]. 混凝土與水泥制品，2009(6)：37-39.

[4] 王文婧，許家文，劉元珍，等. 橡膠顆粒對(duì)再生混凝土氯離子滲透性影響研究[J]. 混凝土與水泥制品，2013(11)：15-17.

[5] 雷斌，肖建莊. 再生混凝土抗碳化性能的研究[J]. 建筑材料學(xué)報(bào)，2008，11(5)：605-611.

[6] 袁群，馮凌云，翟敬栓，等.橡膠混凝土的抗碳化性能試驗(yàn)研究[J].混凝土，2011(11)：91-96.

Influence of rubber particles on strength and carbonation of Recycled Concrete

TANGQingzhao

(China Railway 17 Bureau Group NO.6 Engineering Co.,Ltd, Fuzhou 350001)

Mixing the rubber particles obtained from the processed automobile tire into the recycled aggregate concrete, the strength and carbonization of concrete specimens mixed with different quantities of rubber particles is carried out. Results show that the strength decrease with the rubber particles content increase. The influence of rubber particles on the carbonation depth of recycled concrete is not obvious. When carbonization 3d, the carbonation depth of recycled concrete decrease with the rubber particles content increase; Carbonization 7 d and 14 d, the carbonation depth of recycled concrete change up or down with the rubber particles content increase, but show a trend of decrease; Carbonization 28 d, the carbonation depth of recycled concrete show increasing trend with the rubber particles content increase .

Recycled aggregate concrete; Rubber particles; Strength; Carbonation

唐清照(1982.1- )，女，工程師。

E-mail:327658652@qq.com

2016-05-30

TU528.04

A

1004-6135(2016)10-0092-03