废旧橡胶混凝土基本力学性能试验

杨春峰,张　坤,郑忠一,杨　敏

(沈阳大学a.建筑工程学院;b.辽宁省环境岩土工程重点实验室,辽宁沈阳　110044)



废旧橡胶混凝土基本力学性能试验

杨春峰a,b,张坤a,郑忠一a,杨敏a

(沈阳大学a.建筑工程学院;b.辽宁省环境岩土工程重点实验室,辽宁沈阳110044)

摘要:采用三种不同颗粒粒径(5～8目、30～40目、60～80目)和四种不同掺量(体积分数为5%、10%、15%、20%)的废旧轮胎橡胶颗粒等体积取代砂制备了橡胶混凝土,试验研究了橡胶颗粒粒径和掺量对混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和轴心抗压强度等力学性能的影响规律.结果表明:与普通混凝土相比,橡胶混凝土破坏时脆性较小,破坏过程中裂缝多、变形大;随着橡胶颗粒掺量的增加,混凝土各强度指标均降低,尤其掺量大于10%以后,各强度指标下降明显,且所掺橡胶颗粒越细混凝土强度下降越大.

关键词:废旧橡胶; 混凝土; 抗压强度; 抗拉强度

废旧橡胶混凝土作为一种新型的复合材料,既解决了废旧橡胶的无污染消化处理,也可改善普通混凝土的弹性、韧性、抗冲击性、抗冻性、降噪减震等性能,具有广阔的应用前景[1-6].但由于相关研究还处于起步阶段,对废旧橡胶混凝土的配合比设计、力学性能、耐久性能等尚未形成规律性结论.

本文采用试验研究方法,对三种粒径和四种掺量的废旧橡胶混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度等主要力学指标进行了系统研究,并分析了各强度指标间的相对关系,希望对相关研究和工程应用提供参考借鉴.

1　试验方案

1.1原材料

(1) 水泥.辽宁本溪山水实业有限公司生产的工源牌42.5级普通硅酸盐水泥.

(2) 细骨料.普通河砂,最大粒径为5mm,连续级配,细度模数2.6,表观密度为2540kg/m3.

(3) 粗骨料.碎石,粒径为5～25mm,连续级配,表观密度为2780kg/m3.

(4) 粗橡胶粒(胶粒a).沈阳市宏玉盛橡胶材料厂生产的粒径为2～4mm的废旧轮胎橡胶粒,表观密度为1250kg/m3.

(5) 中橡胶粒(胶粒b).沈阳市宏玉盛橡胶材料厂生产的粒径为30～40目的废旧轮胎橡胶粒,表观密度为980kg/m3.

(6) 细橡胶粒(胶粒c).沈阳市宏玉盛橡胶材料厂生产的粒径为60～80目的废旧轮胎橡胶粒,表观密度为890kg/m3.

(7) 减水剂.山西黄腾化工有限公司生产的UNF-1型萘系高效减水剂,减水率的质量分数为16%.

(8) 水.自来水.

1.2混凝土配合比

混凝土基准组采用设计强度为C45级的普通混凝土,采用胶粒a、胶粒b和胶粒c分别按体积分数5%、10%和15%的比例等体积取代砂,其他配合比组分不变,具体配合比如表1所示.

1.3试验方法

试验共制备试块195个,其中156个为立方体试块(150mm×150mm×150mm)用于混凝土立方体抗压试验和劈裂抗拉试验;39个为棱柱体试块(150mm×150mm×300mm)用于混凝土轴心抗压试验.所有混凝土试块均采用机械搅拌、机械振实,试件成型后放入标准养护室箱中静置24h后拆模,随后移至标准混凝土养护室中养护.混凝土龄期达到28d和56d后,依据《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T50081—2002)测试各混凝土试块的强度,试验机为长春新特试验机有限公司生产的YAW-3000型微机控制电液伺服压力试验机.

表1　混凝土配合比

注:混凝土试件编号为Cm-n,其中m表示橡胶粒种类,n表示橡胶掺量,C-J为基准组.

2　试验结果及分析

2.1立方体抗压强度试验

(1) 试验现象.随着载荷不断增大,混凝土的变形逐步扩展;在临近极限载荷前,普通混凝土裂纹扩展迅速,破坏时发出明显的破裂声;橡胶混凝土也呈现明显的裂纹扩展现象,但其裂纹较普通混凝土多,且存在较多的裂纹中断现象,在橡胶掺量越多时,这种现象越明显,试块最后呈坍塌破坏形态,且橡胶粒掺量越多,破坏时混凝土试块完整性越好,试块C-J、Ca-5、Ca-20的破坏形态如图1所示.

图1　混凝土试块抗压破坏形态

(2) 试验结果与分析.各组混凝土的立方体抗压强度的测试结果如图2和图3所示.结果表明:

图2　28d立方体抗压强度变化规律

图3　56d立方体抗压强度变化规律

①随着橡胶掺量的增多,混凝土立方体抗压强度下降,且掺量体积分数大于10%后,强度下降明显;②当橡胶掺量体积分数在20%范围内时,橡胶粒径越大,立方体抗压强度下降程度越小,以28d强度为例,掺量20%时,胶粒a组强度下降23%、胶粒b组下降44%、胶粒c组下降48%;③随着龄期增长,各组橡胶混凝土立方体抗压强度呈现不同程度的增长,且橡胶掺量越多,增长幅度越大.

2.2劈裂抗拉强度试验

(1) 试验现象.试验过程中,当临近极限破坏载荷前,裂纹从试件两端的中间部位迅速沿纵向扩展,试块劈开两半,发出强烈的破裂声;普通混凝土比橡胶混凝土的断裂面要平整,且断开线较竖直;橡胶混凝土断裂面上存在明显的橡胶撕裂现象,且在掺体积分数20%的粗橡胶粒混凝土中表现更为明显.试块C-J和Ca-20的劈裂破坏形态如图4所示.

图4　混凝土试块劈裂破坏形态

(2) 试验结果与分析.各组混凝土的劈裂抗拉强度的测试结果如图5和图6所示.结果表明:①随着橡胶掺量的增多,混凝土劈裂抗拉强度下降;②在体积分数20%掺量内,橡胶粒径越大,混凝土劈裂抗拉强度下降程度越小.如掺量体积分数为15%时,胶粒a、胶粒b、胶粒c各组28d劈裂抗拉强度照基准组分别下降17.1%、26.4%、27.2%;③随着龄期增长,各组橡胶混凝土劈裂抗拉强度呈现不同程度的增长,且橡胶掺量越多,橡胶粒径越小,增长幅度越大.

图5　28d劈裂抗拉强度变化规律

图6　56d劈裂抗拉强度变化规律

2.3轴心抗压强度试验

(1) 试验现象.试验过程中,随着载荷增大,混凝土试块变形逐渐增长.当临近极限载荷时,裂纹首先在试块表面中央位置出现,迅速呈正倒相连的八字形向试件的角部扩展,由表及里,混凝土的中部出现向外鼓胀现象,并逐步开始剥落,随后形成正倒相接的四角锥破坏形态.与普通混凝土相比,橡胶混凝土试块呈八字形的裂纹明显较多、弧度较大、裂纹扩展过程缓慢,且橡胶掺量越多、粒径越大,这种现象越明显.图7为Ca-20试块轴心抗压破坏形态.

图7　Ca-20轴心抗压破坏形态

(2) 试验结果与分析.各组混凝土的轴心抗压强度的测试结果如图8所示.结果表明:随着橡胶掺量的增多,橡胶混凝土的轴心抗压强度逐渐下降.相对于基准混凝土,胶粒a组的混凝土轴心抗压强度下降幅度在16.68%～25.58%之间;胶粒b组的混凝土轴心抗压强度下降幅度为17.38%～41.01%;胶粒c组的混凝土轴心抗压强度下降幅度为11.88%～49.7%.当橡胶颗粒掺量体积分数小于10%时,轴心抗压强度下降幅度较小,当掺量体积分数超过10%时,下降幅度增大,且橡胶颗粒越小,轴心抗压强度下降幅度越大.

图8　轴心抗压强度变化规律

3　结　　论

(1) 试验现象表明,与普通混凝土相比,橡胶混凝土试块破坏时脆性较小,破坏过程中裂缝的数量多,破坏前变形明显大于普通混凝土.

(2) 与基准混凝土相比,橡胶混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度等各力学指标均呈下降趋势,且橡胶颗粒掺量越多下降越明显.

(3) 当橡胶颗粒掺量在体积分数10%及以内时,各强度指标下降幅度较小,掺量超过体积分数10%时下降幅度明显增加,且橡胶颗粒粒径越小,下降幅度越大.

(4) 随着龄期的增长,橡胶混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度均呈现不同程度的提高,且橡胶颗粒掺量越多,提高幅度越大.

参考文献:

[1]刘日鑫,徐开胜,高炜斌. 胶粉对混凝土韧塑性的影响研究[J]. 新型建筑材料, 2009,36(1):24-26.

(LiuRixin,XuKaisheng,GaoWeibin.StudyonInfluenceofRubberPowderuponToughnessandPlasticityofConcrete[J].NewBuildingMaterials, 2009,36(1):24-26.)

[2]杨春峰,杨敏. 废旧橡胶混凝土力学性能研究进展[J]. 混凝土, 2011(12):98-100,109.

(YangChunfeng,YangMin.ResearchProgressonMechanicalPerformanceofWasteRubberConcrete[J].Concrete, 2011(12):98-100,109.)

[3]杨春峰,杨敏. 废旧橡胶混凝土的耐久性研究进展[J]. 沈阳大学学报:自然科学版, 2012,24(1):60-63.

(YangChunfeng,YangMin.ResearchProgressofDurabilityofWasteRubberConcrete[J].JournalofShenyangUniversity:NaturalScience, 2012,24(1):60-63.)

[4]EldinN,SenouciAB.Rubber-TireParticlesasConcreteAggregates[J].JournalofMaterialsinCivilEngineering, 1993,5(4):478-496.

[5]TopcuIB,DemirA.DurabilityofRubberizedMortarandConcrete[J].JournalofMaterialsinCivilEngineering, 2007,19(2):173-178.

[6]于群,孙明博,杨敏. 不同预处理方式对橡胶混凝土工作性能及抗压强度的影响[J]. 沈阳大学学报:自然科学版, 2014,26(4):320-323.

【责任编辑:祝颖】

(YuQun,SunMingbo,YangMin.ImpactofDifferentPretreatmentsonPerformanceandCompressiveStrengthofRubberConcrete[J].JournalofShenyangUniversity:NaturalScience, 2014,26(4):320-323.)

BasicMechanicalPerformanceofWasteRubberConcrete

Yang Chunfenga,b, Zhang Kuna, Zheng Zhongyia, Yang Mina

(a.ArchitectureandCivilEngineeringCollege,b.KeyLaboratoryofGeoenvironmentalEngineeringofLiaoningProvince,ShenyangUniversity,Shenyang110044,China)

Abstract:The rubber concrete is prepared by using rubber particles volume to replace sand with three different rubber sizes (5 to 8 mesh , 30 to 40 mesh , and 60 to 80 mesh) and four different rubber content (the volumn fraction is 5% ,10% ,15% ,20%) . The influence rules of diameter and mixing amount of rubber particle on the compressive strength, the splitting tensile strength and the axial compressive strength of the concrete cube are studied. The results show that, comparing with ordinary concrete, rubber concrete has lower brittleness with many crack and deformation in the destruction process. The intensity indexes of the concrete decrease with the increase of mixing amount of rubber particles; each strength index decreases more significantly after the mixing amount is greater than 10%; and the finer the mixed rubber particle is, the greater the concrete strength decreases.

Key words:waste rubber; concrete; compressive strength; tensile strength

作者简介:杨春峰(1973-),男,辽宁沈阳人,沈阳大学教授,国家注册一级建造师.

基金项目:国家科技支撑计划项目(2013BAJ15B03);辽宁省高校创新团队支持计划(LT2012021).

收稿日期:2014-12-25

文章编号:2095-5456(2015)03-0243-04

中图分类号:TU528

文献标志码:A