预处理方式对橡胶混凝土耐久性影响

Impact of Pretreatment Methods on Durability of Rubberized Concrete

陈怡宏1，杨凯2，曾凡贵1，张意1（1重庆建工住宅建设有限公司，重庆　400015；2重庆大学材料学院，重庆　400030）



预处理方式对橡胶混凝土耐久性影响

Impact of Pretreatment Methods on Durability of Rubberized Concrete

陈怡宏1，杨凯2，曾凡贵1，张意1
（1重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015；2重庆大学材料学院，重庆400030）

摘要：该文研究了不同水胶比条件下，NaOH预处理方式和橡胶掺量对混凝土吸水性、干燥收缩及抗冻性能的影响。结果表明：相比于未处理橡胶，掺入NaOH改性橡胶的混凝土具有更低吸水率和干燥收缩率，且提升混凝土的抗冻性能。此外，NaOH预处理橡胶对高水胶比混凝土提升效果优于低水胶比混凝土，这意味着改性橡胶对混凝土性能影响取决于水胶比。

关键词：橡胶混凝土；预处理；吸水性；毛细孔隙率；抗冻性

Abstract:This paper studies the impact of NaOH pretreatment method and rubber volume on concrete sorptivity, drying shrinkage and frost resistance. The study indicates that the concrete with NaOH-pretreated rubber，compared with the original concrete, has lower sorptivity and drying shrinkage and improved frost resistance. Besides, It also shows that the effect of NaOH-pretreated rubber is superior on concrete of high water-binder ratio than that of low water-binder ratio, which means the impact of improved rubber on concrete performance depends on water-binder ratio.

Keywords:rubberized concrete; pretreatment; sorptivity; porosity; frost resistance

随着我国汽车工业的快速发展，汽车总数的急剧增多，废旧汽车轮胎的处理成为人们日益关注的课题。直接焚烧、填埋废旧汽车轮胎会造成严重的环境污染，因此将其回收利用已成为处理废旧轮胎的重要途径。目前，废旧轮胎橡胶的回收利用主要包括：旧橡胶翻新，生产再生胶和生产胶粉等三种方式，但这些方式总体利用率比较有限[1-3]。据报道我国每年产生的废旧橡胶以千吨计，回收利用率仅在50%左右，如何能高效利用废旧橡胶是当前亟待解决的环境问题[2-4]。

将废旧轮胎制成橡胶颗粒，作为集料掺入混凝土是一种处理废旧轮胎的途径。已有研究表明橡胶混凝土具有变形性能大、脆性低、抗冲击性能好，但掺入橡胶会导致混凝土强度下降[3-4]。Eldin[4]的研究结果表明，用橡胶集料全部取代细集料，混凝土表现出更好的隔音性能，但抗压强度降低了65%。为改善橡胶混凝土的强度，通常对橡胶集料进行预处理，常用的预处理方式包括水洗，偶联剂处理和NaOH溶液处理[5-9]。

其中NaOH预处理改善橡胶集料表面的亲水性和混凝土中界面过渡区的性能，不但提高了混凝土的强度[5-7]，还可能影响水分在混凝土中迁移特性，进而会影响了混凝土的吸水性、抗冻性与干燥收缩。此外，NaOH预处理操作方便、成本低廉，是橡胶骨料预处理较为理想的选择。然而，当前关于NaOH预处理对橡胶混凝土吸水性、抗冻性的影响不明确。为此，本文研究了NaOH预处理方式、橡胶掺量与水胶比对混凝土吸水率、毛细孔隙率、干燥收缩以及力学性能的影响。

1　实验

1.1混凝土配合比与原材料

本文主要参数包括：①水胶比（0.3和0.4）；②橡胶预处理方式（未处理和NaOH预处理）；③橡胶掺量（等体积取代细集料，取代率分别为0、10%、20%和30%），具体混凝土配合比见表1。

表1　混凝土配合比

水泥：重庆小南海水泥厂生产的P·O42.5R水泥；粉煤灰采用重庆珞璜电厂Ⅱ级粉煤灰。细集料：细度模数为2.7的二区天然中砂。粗集料：5～20mm连续级配石灰石碎石。橡胶集料：重庆圣略建材有限公司生产，表观密度1.15g/cm3，粒径1.5～4.5mm。水：普通自来水。减水剂：重庆三圣建材有限公司生产，聚羧酸减水剂，减水率24%，固含量0.15。NaOH为分析纯。

1.2实验方法

混凝土吸水测试：参考标准BS-EN13057。成型100mm× 100mm×100mm的试件，养护1d后拆模。标准条件下养护28d后，转移至恒温烘箱中，在（45±2）℃的温度下干燥7d。将干燥后的试件密封，在（20±2）℃冷却24h后将试件测试端浸入水中，液面不超过测试面5mm，测量一定时间间隔的吸水量（t= 0，2，4，6，8，10，12，14，16min），精确至0.01g。通过吸水量与时间关系计算混凝土吸水率。

干燥收缩试验：依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082-2009中的收缩试验方法进行测试。

抗冻性能试验：依据国家行业执行标准《DL/5150-2001水混凝土试验规程》和GB/T3047。

2　结果与讨论

2.1NaOH预处理橡胶对混凝土吸水率和毛细孔隙率的影响

混凝土吸水率和毛细孔隙率是评价混凝土耐久性的重要指标。图1给出了不同水胶比条件下，橡胶预处理方式和橡胶掺量对混凝土吸水率的影响。从图中可以看出，混凝土吸水率随水胶比降低而下降。相比之下，未经处理的橡胶混凝土吸水性与基准组相似，明显高于NaOH处理后的橡胶混凝土。当预处理的橡胶取代20%的细集料时，混凝土吸水率显著降低，如：掺入20%预处理橡胶集料水胶比0.4混凝土的吸水率与水胶比为0.3基准混凝土吸水率相近。随着橡胶掺量进一步增加，橡胶对混凝土吸水率影响趋势取决于混凝土水胶比。

图1　橡胶预处理方式和掺量对混凝土吸水率的影响

掺入未处理的橡胶不会显著改善混凝土吸水性和毛细孔隙率，但掺入经NaOH处理后橡胶则能减小水分迁移速度，显著降低混凝土吸水率和毛细孔隙率。这是由于NaOH能与橡胶颗粒表面的硬脂酸锌反应，清除了表面杂质，增加了亲水基团，改善橡胶颗粒的表面形貌，提高了界面过渡区的密实性[5-7，9-11]，进而提高混凝土耐久性，而未经处理的橡胶颗粒表面杂质较多，憎水性强，难以有效融入混凝土体系，因而难以发挥橡胶改善作用。

2.2NaOH预处理橡胶对混凝土干燥收缩的影响

图2给出了橡胶预处理方式与掺量对混凝土干燥收缩的影响。从图2（a）和（b）可以看出，当水胶比为0.4时，掺未处理橡胶的混凝土在橡胶掺量较低时，混凝土干燥收缩有所增加，随着橡胶掺量的增加，混凝土的干燥收缩逐渐减小，如：当橡胶掺量为30%时，混凝土90d干燥收缩为457×10-6m/m，比同条件下基准混凝土低10.2%。当橡胶集料取代率相同时，掺NaOH预处理橡胶集料的混凝土90d干燥收缩比掺未处理橡胶的混凝土的分别降低了5.4%、11.8%和2.8%。结果说明，水胶比为0.4时，NaOH预处理更改善混凝土的干燥收缩性能。

图2　橡胶预处理方式和掺量对混凝土干燥收缩的影响

降低水胶比至0.3时，混凝土90d干燥收缩在420～470× 10-6m/m之间，橡胶预处理方式和掺量对混凝土干燥收缩的影响不大。对比图1和图2可知，当橡胶取代率较低时，橡胶混凝土的毛细孔隙率降低的幅度较小。此时，引起混凝土的干燥收缩毛细管力降低幅度较小，混凝土干缩主要受橡胶柔性的影响，因此收缩增大。随着橡胶掺量的增加，橡胶混凝土毛细孔隙率逐步降低，混凝土干燥收缩的动力减小，进而减小混凝土的干燥收缩率。此外，NaOH改性能减小水分迁移速度，进而减缓形成毛细管压力速度，因此掺入NaOH处理橡胶可降低混凝土干缩。

2.3橡胶混凝土抗冻性能分析

橡胶混凝土抗冻性能由相对动弹模量和质量损失率两个参数评价。其中，相对动弹性模量表征微裂缝发展情况，是评价混凝土抗冻性能重要指标。此次试验采用DX-10W型动弹性模量测定仪测得试件的横向基频值，《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T：50082的快冻法规定来计算混凝土的相对动弹性模量。图3给出了橡胶混凝土抗冻性能变化规律。由图可见，混凝土的相对动弹模量随着冻融循环次数的不断增加呈下降趋势。水胶比为0.4的混凝土能抗冻能力明显低于水胶比为0.3的混凝土，此外掺入橡胶的混凝土相对动弹性模量变化相对变化慢。

图3　橡胶掺量对混凝土动弹模量的影响

图4给出了冻融条件下橡胶混凝土质量损失率情况。在同样的冻融次数下，橡胶混凝土质量损失率略低于普通混凝土，随着冻融循环次数的增加，其剥落程度不断增大。水胶比为0.40的橡胶混凝土质量损失率高于水胶比为0.30的橡胶混凝土。随水胶比增大，橡胶混凝土与普通混凝土均呈现质量损失增大的趋势，如当冻融循环次数为100次时，水灰比为0.3、0.4的普通混凝土质量损失率分别为1.3%、2.1%；掺量20%的橡胶混凝土质量损失率为1.0%、1.65%；掺量30%的橡胶混凝土质量损失率为0.7%、1.3%。

图4　橡胶掺量对混凝土质量损失的影响

数据表明，橡胶混凝土的抗冻性略优于普通混凝土。这是由于橡胶粉是一种非极性有机高分子，其表面粗糙不平，便于携带空气，本文所掺为粒径1～4mm细胶粉，细度大，在搅拌过程中被自然裹挟进浆体的空气也越多，有助于提高抗冻性[9-11]。此外，图1数据表明从掺入胶粉的混凝土抗渗性有一定的改善，减少了水分进入混凝土的速度，从而提高了抗冻性。

3　结论

与掺未处理的橡胶相比，NaOH预处理的方式降低了混凝土的吸水率和干燥收缩，提高了混凝土抗冻性能。测试结果还表明改性橡胶对高水胶比混凝土性能提升更为显著。

参考文献：

[1] RafatS.Tarun R.N.Properties of concrete containing scrap tire rubber-an overview[J].Waste Management，2004，24（3）：563-569.

[2]姜敏，寇志敏.废旧橡胶回收与利用的研究进展[J].合成橡胶工业，2013，36（3）：239-243.

[3]朱涵，刘春生.橡胶集料掺量对混凝土压弯性能的影响[J].天津大学学报，2007，40（7）：761-765.

[4] Eldin N.N.，Senouci A.B.Rubber-tired particles as concrete aggregate [J].Journal of Materials in Civil Engineering，1993，05（04）：478-496.

[5] SegreN，Monteiro P，J.Sposito G.Surface characterization of recycled tire rubber to be used in cement paste matrix [J]. Journal of Colloid and Interface Science，2002，248（2）：521-523.

[6] Segre N，Joekes I.Use of tyre rubber particles as addition to cement paste [J].Cement and Concrete Research，2000，30（9）：1421.

[7]刘日鑫，徐开胜，高炜斌，等.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.

[8]马一平，刘晓勇，谭至明，等.改性橡胶混凝土物理力学性能[J].建筑材料学报，2009，12（4）：379-383.

[9]郑丽娟，余其俊，韦江雄，等.废橡胶粉的改性及其对水泥砂浆性能的影响[J].武汉理工大学学报，2008，30（1）：52-54，74.

[10] P.Van de Heede，E.Gruyaert.Transport properties of high -volume fly ash concrete：Capillary water sorption under vacuum and permeability [J].Cement and Concrete Composites，2010，32（5）：749-756.

[11] Huynh H，Raghavan D.Durability of simulated shredded rubber tire in highly alkaline environments [J].Advanced Cement-Based Materials，1997，6（3）：138-143.

责任编辑：孙苏，李红

施工经验

低温地板辐射采暖毛楼面防裂措施

1、设计和施工矛盾

（1）如果采用50mm厚C15细石混凝土填充层，不配钢筋，这样比较经济。但是由于验收时管道保护层作为毛地面，如果施工不好，楼面裂缝会十分明显，影响观感效果。

（2）如果采用50 mm厚C15细石混凝上填充层，内配钢丝网，并在其上增加一层20mm厚1∶2水泥砂浆抹面，则防裂效果稍好，但是增加了造价，并且降低了室内净高。

做50mm厚混凝土管道保护层、保护层不配钢筋，且不再增加1道20mm厚水泥砂浆抹面的情况下，保证交房时地板采暖楼面毛面有较好的观感效果。

2、地板采暖楼面防裂做法

（1）现浇钢筋混凝土板随打随抹平；20mm厚挤塑型聚苯板保温层上覆铝箔纸反射膜(采暖房间的墙、柱与楼面相交的位置敷设20mm厚挤塑型聚苯板边角保温带)，用塑料卡钉(直管段不应大于700mm，弯曲段不应大于350mm固定加热管(PEX管)于保温层上。此处塑料卡钉的间距和固定效果必须严格保证，否则容易造成浇筑混凝土填充层时加热管上浮现象，这也是地面开裂的一个主要原因。

（2）50mm厚C20细石(细石粒径小于15mm)混凝土管道保护层随打随抹平，并压实抹光，混凝土掺5%膨胀剂以防止龟裂，在每个房间加一个“十字形”界格条，在门洞口处加2条界格条，严格控制混凝土的水灰比，水灰比不得太大。增加界格条后，楼面裂缝仍然存在。考虑到毛面仅是管道保护层，并不是成活地面，局部有裂缝是允许的，但是其观感效果明显改变。没有增加界格条时，楼面的开裂是无规则的，观感效果差。增加界格条后，楼面开裂较规则，沿界格条方向开裂，观感效果较好。还有一条需要特别说明，那就是浇筑混凝土时要采取必要措施，保证界格条位于50mm厚混凝土管道保护层的上表面，如果界格条在管道保护层下表面，就起不到防裂效果了。

（摘自：《建筑工人》）

作者简介：陈怡宏（1967-），女，重庆人，本科，教授级高级工程师，主要从事建筑施工质量技术管理工作。

收稿日期：2016-02-06

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2016.03.031

中图分类号：[TU533]

文献标识码：A

文章编号：1671-9107（2016）03-0031-04