胶粒混凝土力学性能与耐久性性能分析

沈长越，李晓林

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳110006）

胶粒混凝土力学性能与耐久性性能分析

沈长越，李晓林

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳110006）

混凝土中加入胶粒，可有效改善混凝土的某些性能。文中采用三因素三水平的正交试验，分析了胶粒混凝土的力学性及耐久性能发展规律，并与基准混凝土进行对比。试验结果表明：掺入胶粒后，混凝土的抗压强度及抗折强度均降低，弹性模量降低，但抗渗性、抗冻性和抗冲磨性显著提高。考虑胶粒混凝土的力学性能与耐久性，胶粒混凝土的胶粒掺入量应控制在15±5%左右。

胶粒混凝土；力学性能；耐久性能

0 引言

根据国内大量学者的研究，将橡胶粉掺入混凝土中，可显著改善混凝土的某些性能[1，2]。

王琦[3]采用正交试验法得出：胶粒粒径是胶粒混凝土抗渗性能的显著影响因素，相对于基准混凝土来说，加入胶粒后明显降低了其质量损失率。高凤[4]采用正交试验得出：胶粒混凝土的弹性模量与胶粒掺量、胶粒粒径、水灰比三因素之间存在良好的线性关系。张迎雪[5]采用混合正交试验胶粒混凝土的抗冲磨性能，结果表明，胶粒混凝土的磨损率降低。

以上关于胶粒混凝土性能的研究已较为成熟，但并未给出胶粒混凝土力学性能与耐久性能的综合研究。本研究在其基础上，进一步分析了胶粒混凝土力学性能与耐久性能受胶粒掺量、胶粒粒径、水灰比的影响。

1 试验设计

1.1 试验原材料

水泥为42.5R型硅酸盐水泥；粗骨料为卵石，粒径为5～31.5 mm，表观密度为2 650 kg/m3，为连续级配；细骨料为河砂，表观密度为2 700 kg/m3，细度模数为2.43，级配合格；胶粒为橡胶颗粒，粒径在0.6～4.75 mm之间；水为试验室自来水。原材料各种指标均满足国家标准规定。

1.2 试验设计

根据三因素三水平正交组合设计，安排9组试验点用于测定胶粒混凝土的力学性能和耐久性，每组3个试件，共162个试件。试验因素水平见表1。胶粒的掺入选用等体积代砂法。

表1 试验因素水平安排表

1.3 试验方法

试验按照《水工混凝土试验规程》的规定，采用水下钢球法进行胶粒混凝土的抗冲磨性试验；抗渗性采用一次性加压法；抗冻性采用冻融循环法；抗折强度采用劈裂法；弹性模量采用千分表法。

2 试验结果及分析

表2所示胶粒混凝土的力学性能和耐久性试验结果。

2.1 胶粒混凝土力学性能

2.1.1 抗压强度及抗折强度

表3所示为胶粒混凝土抗折强度及抗压强度的极差分析结果。

表2 L9(34)胶粒混凝土力学性能与耐久性正交试验结果

由表3、图1、2可得：

表3 胶粒混凝土抗折强度及抗压强度的极差分析

1）实验中所选三个因素对胶粒混凝土抗压强度及抗折强度影响的主次顺序依次为：胶粒掺量、水灰比、胶粒粒径。

2）灰比在0.4～0.6之间变化时，抗压强度及抗折强度都在降低。水灰比平均每增加0.1，抗压强度降低13%，抗折强度降低15%。

3）与基准混凝土相比，平均每增加15%的胶粒掺量，抗压强度降低22%。胶粒掺量在0～15%之间变化时，混凝土的抗折强度降低25%，随着胶粒掺量的继续增加，抗折强度的降幅减小。

2.1.2 弹性模量

参考相关文献［4］关于胶粒混凝土弹性模量的研究可知：与基准混凝土相比，胶粒混凝土的弹性模量降低约60%～70%；影响胶粒混凝土弹性模量的主次顺序依次为胶粒掺量、胶粒粒径、水灰比；胶粒平均每增加15%，弹性模量降低21%。并且胶粒混凝土的弹性模量与胶粒掺量、胶粒粒径、水灰比之间存在良好的线性关系。

图1 抗压强度与各因素的关系

图2 抗折强度与各因素的关系

2.2 胶粒混凝土耐久性

2.2.1 抗冲磨性

图3为抗冲磨强度单因素分析图，由图可得：

图3 抗冲磨强度与各因素的关系

1）掺入胶粒从0增加到15%时，抗冲磨强度由5.08 h/（g/cm2）增加到12.58 h/（g/cm2），是基准试件2.47倍。但随着胶粒从15%增加到30%，抗冲磨强度由12.58降低到1.85 h/（g/cm2），降低幅度较大。

2）从图（c）中可以看出：抗冲磨强度随胶粒粒径的变化基本为一条直线，即抗冲磨强度基本不受胶粒粒径的影响。

2.2.2 抗渗性与抗冻性

参考相关文献［3］胶粒混凝土抗渗性、抗冻性的分析，绘制相关曲线图4、图5，得：

图4 相对渗透系数与各因素的关系

图5 质量损失率与各因素的关系

1）水灰比在0.4～0.6之间变化时，相对渗透系数先降低后升高。受掺入胶粒的影响，相对渗透系数先增大后减小，但胶粒掺量在0%～30%变化时，相对渗透系数受胶粒掺入的影响比较小。胶粒粒径在1.18～2.36 mm变化时，相对渗透系数最低，即抗渗性最好。

2）胶粒混凝土的抗冻性受胶粒掺量的影响最为显著，掺入胶粒后，混凝土的抗冻性明显升高。掺入胶粒15%的混凝土质量损失率仅为0.6%，相对于普通混凝土的6.6%，降低了90%。但胶粒掺量增加到30%以后，出现了反弹。

3 结论

1）受掺入胶粒的影响，胶粒混凝土的抗压抗折强度降低，弹性模量降低。

2）胶粒掺量是影响胶粒混凝土耐久性的主要因素，相比于基准混凝土，胶粒混凝土的抗渗性、抗冻性和抗冲磨性都有所提高。

3）综合考虑胶粒混凝土的力学性能及耐久性性能，掺入胶粒应当在15±5%左右，此时，混凝土的各项性能均较为良好。

［1］韩君，于晓飞，周德洪.废旧橡胶粉改性沥青的高温性能研究［J］.山西建筑，2016（04）：117-118+132.

［2］路沙沙，等.橡胶颗粒掺量、粒径影响橡胶混凝土性能的试验分析［J］.硅酸盐通报，2014（10）.

［3］王琦.胶粒混凝土耐久性试验研究［J］.水资源源与水工程学报，2016（04）：203-208.

［4］高凤，娄宗科，沈长越，刘金芳.基于正交试验的胶粒混凝土弹性模量的研究［J］.国农村水利水电，2015（10）：148-150+156.

［5］张迎雪，娄宗科，高凤，张臻.胶粒混凝土抗冲磨性能研究［J］.中国农村水利电，2016（5）：149-151+156.

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2017-04-12