橡胶混凝土的骨架结构对其力学性能的影响

李瑞娇

摘 要：本文从混凝土的骨架结构入手，采用公称最大粒径分别为16mm、19mm、26.5mm的三种粗集料，并通过改变砂率构造每种粗集料的密实骨架结构、悬浮密实结构、骨架空隙结构三种混凝土骨架结构形式。对每一种粗集料的三种骨架结构和三种粗集料分别进行工作性能和力学性能的对比试验，通过试验研究橡胶混凝土的最理想骨架结构。研究结果表明：骨架密实结构混凝土的工作性能和力学性能优于空隙骨架结构和悬浮密实结构混凝土的工作性能和力学性能，公称最大粒径为16mm的混凝土的力学强度要高于公称最大粒径为19mm和26.5mm的混凝土力学强度。公称最大粒径为16mm的骨架密实结构是橡胶混凝土的是一种较为理想的骨架结构。

关键词：橡胶混凝土；强度；公称最大粒径；骨架结构

0背景

随着全球汽车保有量的迅猛增长，废旧轮胎的生成量也越来越多。据世界环境卫生组织统计，世界废旧轮胎积存量己达30亿条，并以每年约10亿条的数字增长[1]。越来越多的废旧轮胎己对人类的生活环境造成了日益明显的危害，包括占用大量土地，影响植被生长，滋生蚊虫，传播疾病，引发火灾，损害人体健康等[2]。如何处理日益增加的废轮胎橡胶己成为一个全球性的问题。而将废橡胶颗粒掺入水泥混凝土中是处理废旧橡胶问题的有效方式之一[3～5]。但是随着橡胶粒子的掺入，混凝土的强度发生明显的降低[6]。且橡胶混凝土的强度降低严重制约该材料作为结构材料方面的应用的，深入探讨减少橡胶混凝土强度降低的措施已成为推广橡胶混凝土用于结构材料的技术关键。本文将就橡胶混凝土的骨架结构对橡胶混凝土的基本物理力学性能进行试验研究，主要考察橡胶混凝土拌合物的工作性能以及硬化混凝土的物理力学性能，寻找一种橡胶混凝土的最理想骨架结构，以期能減少因橡胶粒子引起的混凝土强度降低。

1原材料和试验方设计案

1.1原材料

（1）采用重庆拉法水泥厂生产的P·O 42.5R普通硅酸盐水泥，比表面积3360 m2/kg。

（2）试验所采用砂为河砂，连续级配，细度模数2.77，堆积密度为1450. kg/m3。

（3）石子的粒径分别为5-16mm、5-19mm、5-26.5mm，含水率为2%。

（4）试验选用的为重庆博瑞达建材有限公司生产的萘系高效减水剂。

（5）采用的橡胶集料最大粒径为 2.0mm，平均

粒径为 1.0mm，密度为 1120kg/m3，表观密度为 1050kg/m3，吸水率小于 10%。

（6）试验选用重庆珞璜电厂的二级粉煤灰，细度为410m2/kg。

（7）普通自来水。

1.2试验设计方案

本文采用16mm、19mm、26.5mm三种公称最大粒径的粗集料来探讨粗集料最大粒径对橡胶混凝土力学性能的影响。而骨架结构则利用粗集料的空隙率与粗集料和砂的表观密度，计算混凝土达到骨架密实结构时粗细集料的质量比，即砂率。然后，通过调整砂率的大小分别构造混凝土的悬浮密实结构和空隙骨架结构。根据每种粗集料的各个结构的砂率设计各自的配合比，在以所设计的配合比进行混凝土拌合与试件成型。对其分别进行工作性和力学性能试验，研究橡胶混凝土的骨架结构对其力学性能的影响。

2试验方法

按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试新拌混凝土坍落度，钢模成型，机械振捣，标准养护，按照GB/T 50080-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试硬化混凝土的力学性能。

3实验结果与分析

3.1混凝土的骨架结构对其工作性的影响

按照每种粗集料的骨架形态的配合比进行拌合试验，结合坍落度值及现场观测，各组混凝土拌合物的工作性能描述见表1.1

可以看出公称最大粒径为26.5mm的混凝土坍落度最大，流动性最好；公称最大粒径为19mm的混凝土的坍落度与公称最大粒径为16mm的混凝土坍落度相差不大。对三种公称最大粒径来说，骨架密实结构的混凝土坍落度最大，流动性、粘聚性和保水性都较好；悬浮密实结构的混凝土坍落度较小，粘聚性和保水性较好，流动性稍差；空隙骨架结构的混凝土坍落度较小，粘聚性和保水性较差，并有部分离析。这可能是因为大粒径混凝土的比表面积相对较小，水泥浆能够充分包裹集料表面，使集料之间产生滚动，进而增大混凝土的流动性，使其坍落度增大。混凝土的悬浮密实结构的砂率过大，增加了混凝土的比表面积，影响了混凝土的流动性和粘聚性；且悬浮密实结构粗集料之间被砂隔开，不能嵌挤成骨架，这样就影响了混凝土的保水性。而空隙骨架结构的混凝土砂率较小，比表面积虽然很小，但水泥砂浆过少，其不能够充分包裹粗集料表面，进而使混凝土的流动性和粘聚性变差。

3.2混凝土的骨架结构对其抗压强度的影响

通过试验所得的结果如下表：

从上表中可以看出，橡胶混凝土的抗压强度普遍较低。而在所有骨架结构中，骨架密实结构混凝土的抗压强度平均比空隙骨架结构混凝土的抗压强度高14.4%，平均比悬浮密实结构混凝土的抗压强度高15.3%。空隙骨架结构混凝土与悬浮密实结构混凝土的抗压强度较为接近，都要小于骨架密实结构混凝土的抗压强度。公称最大粒径为16mm的混凝土抗压强度平均比公称最大粒径为19mm的混凝土抗压强度高4.3%，比公称最大粒径为26.5mm的混凝土高24%。公称最大粒径为16mm的混凝土抗压强度与公称最大粒径为19mm的混凝土抗压强度较为接近，远高于公称最大粒径为26.5mm的混凝土抗压强度。可能是由于掺入橡胶后，混凝土的气泡明显增多，而悬浮密实结构混凝土主要依靠水泥胶浆的粘结性保持其强度，故它的强度降低尤为明显。空隙骨架结构混凝土是粗集料颗粒间相互嵌挤形成骨架，但由于细集料较少，不足以填充骨架空隙的一种结构。虽然嵌挤的骨架使其强度有所增强，但是由于混凝土的气泡过多，最终强度不会太高。

3.3混凝土的骨架结构对其劈裂抗拉强度的影响

通过试验所得的试验结果如下表：

通过上表可以看出，橡胶混凝土的劈裂抗拉强度都较小。骨架密实结构混凝土的劈裂抗拉强度平均比空隙骨架结构混凝土的劈裂抗拉强度高10.2%，平均比悬浮密实结构混凝土的劈裂抗拉强度高19.7%，空隙骨架结构混凝土的劈裂抗拉强度比悬浮密实结构混凝土的劈裂抗拉强度高9.6%。而就粒径而言，公称最大粒径为16mm的混凝土的劈裂抗拉强度比公稱最大粒径为19mm的混凝土的劈裂抗拉强度高3.4%，比公称最大粒径为26.5mm混凝土的劈裂抗拉强度高8.3%。这可能是由于荷载仅作用在中间部分对整个试件产生拉应力，而橡胶粒填充在骨架空隙之间。所以对有骨架的结构，荷载先使骨架破坏，再作用在橡胶颗粒上，这样就相对增强了混凝土的强度。而悬浮密实结构混凝土的橡胶粒是悬浮在粗集料之间的。在荷载作用下橡胶粒周围先发生破坏，进而影响橡胶混凝土整体强度。所以骨架密实结构和空隙骨架结构混凝土的劈裂抗拉强度较悬浮密实结构要好。

3.4橡胶混凝土的骨架结构对其抗折强度的影响

通过试验所得的试验结果如下表：

从上表中可以看出，骨架密实结构混凝土的抗折强度平均比空隙骨架结构混凝土的抗折强度高13.1%，平均比悬浮密实结构混凝土的抗折强度高44.8%，空隙骨架结构混凝土的抗折强度比悬浮密实结构混凝土的抗折强度高31.7%。可见，骨架结构的变化对混凝土的抗折强度影响较为明显。公称最大粒径为16mm的混凝土的抗折强度比公称最大粒径为19mm的混凝土的抗折强度高5.8%，比公称最大粒径为26.5mm混凝土的抗折强度高13.7%，而公称最大粒径为19mm的混凝土的抗折强度比公称最大粒径为26.5mm的混凝土的抗折强度高7.9%。这可能是因为悬浮密实结构混凝土中的橡胶粒主要存在大颗粒之间，由水泥浆包裹粘结，所以悬浮密实结构混凝土的抗折强度降低的最多。同时由于混凝土中的气泡或空隙能够加大裂纹的扩展，所以空隙骨架结构混凝土的抗折强度要小于骨架密实结构混凝土的抗折强度。

4结论

（1）公称最大粒径为26.5mm的混凝土的流动性最好，骨架密实结构和悬浮密实结构混凝土的工作性能良好，而空隙骨架结构混凝土的工作性能略差。

（2）骨架密实结构橡胶混凝土的力学性能较悬浮密实结构和空隙骨架结构橡胶混凝土好，粗集料最大粒径对橡胶混凝土的力学性能的影响并不显著。

（3）综合工作性能和力学性能，公称最大粒径为16mm的骨架密实结构是橡胶混凝土最理想的骨架结构。

参考文献：

[1] 杨春峰，杨敏.废旧橡胶混凝土力学性能研究 进展. 混凝土，2011； 266（ 12） ： 98—101.

[2]范国兵.橡胶混凝土的材料特性及其应用技术研 究[D]. 郑州：郑州大学，2007.

[3]何永峰，刘玉强.胶粉生产及其应用——废旧橡 胶资源化新技术[M].北京：中国石化出版社， 2001.

[4] 刘日鑫，侯文顺，徐永红，等.废橡胶颗粒对 混凝土力学性能的影响[J]，建筑材料学报，200 9，12（3）：46-48.

[5] Goulias， Alin .The use of rubber tire particles in concrete to replace mineral aggregates [J]. Cement and Concrete Composites， 2010 （18）： 135-139.

[6] GB/T 50081—2002 普通混凝土力学性能试验 方法标准.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[7]GB/T 50080—2002 普通混凝土拌合物性能试验 方法标准. 北京：中国建筑工业出版社，2002.