稻壳灰橡胶透水混凝土的制备及性能研究

刘秋美，皮 亮，杨艳萍，吴小虎，吴俊杰，徐 刚

(贵州理工学院，贵州 贵阳 550003)

0 引言

透水混凝土是现阶段建筑行业常用的一种绿色环保型路面铺装材料，大多数适用于人工跑道以及各类广场铺装[1]。透水混凝土的优点较多，如自重轻，孔隙率大，透水性能好[2]。它对城市的排水有着很大的贡献，特别是对城市的生态环境系统有着重要的调节和改善作用，并且对调节城市湿度和温度有着显著的作用，现如今对透水混凝土研究的重视程度也越来越高[3]。

稻壳灰橡胶透水混凝土是指在一定的程度上用少量的稻壳灰代替部分水泥用量并且掺杂一定量的橡胶代替部分天然骨料来制备的混凝土，因为稻壳灰比表面积较大、含硅量高和多孔性，所以在混凝土中加入稻壳灰能够显著的提高抗压强度[4]，另一方面加入橡胶颗粒则可以在一定范围内大幅度提高混凝土的抗压强度和抗冻性[5]，并且随着橡胶工业的高速发展，废弃橡胶的回收和二次利用也将会越来越广泛。

1 试验

1.1 原材料及性能要求

水泥：海螺PO.42.5水泥，表观密度为3 100 kg/m3，其物理性能见表1。

稻壳灰：在适当的条件下进行焚烧而制备的稻壳灰主要成分为非晶态的SiO2，含量能达到90%以上，另外还有CaO、Al2O3、MgO、Fe2O3等氧化物，如图1所示。

橡胶颗粒：橡胶颗粒采用废旧汽车轮胎经过常温破碎后加工筛分而成，密度为1.12g/cm3，吸水率小于10%。本次试验采用80目的橡胶颗粒，如图2所示。

减水剂：高性能聚羧酸减水剂，减水率为25%～30%。

1.2 制备流程

稻壳灰橡胶透水混凝土的制备，将砂石、橡胶、稻壳灰与胶凝材料拌合，浇注成型。工艺流程如图3所示。

本实验首先准备砂石、水、水泥、橡胶颗粒、稻壳灰，然后用搅拌机将砂石、橡胶与胶凝材料一起搅拌约1 min后，加水再搅拌2 min，浇入模具成型再振动0.5 min，抹平后放进养护箱里标准预养护24 h，完成试件拆模后，再将试件放入养护箱里标准养护规定龄期取出。

1.3 透水测试方法

透水混凝土透水系数的试验装置如图2所示：

实验设备与装置要求：

内置正方筒：设有溢流口并能保持一定水位的方桶。

溢流水槽：设有溢流口并能保持一定水位的水槽。

透水系数应按下式计算：

KT=QL/AHt

式中：KT——水温为T℃时试样的透水系数(mm/s)；

Q——时间t秒内渗出的水量(mm3)；

L——试样的厚度(mm)；

A——试样的上表面积(mm2)；

H——水位差(mm)；

t——时间(s)。

2 试验结果与讨论

2.1 透水混凝土的配合比设计试验

实验中透水混凝土均采用水泥：砂石：水=1：5.05：0.36不变，具体配合比试验表见表1。

表1 透水混凝土各材料用量

用表1的配合比进行透水混凝土强度试验，试验结果表2所示。

表2 透水混凝土强度试验结果

由表2可知，砂子的掺量越少，混凝土的孔隙越多，强度越低。

2.2 橡胶掺量对透水混凝土的强度影响试验

(1) 掺入80目橡胶颗粒，分别取代1%和2%水泥质量，减水剂掺量为水泥1%，按1号配合比配制橡胶透水混凝土，混凝土28d抗压强度如下表表3所示。

表3 1号橡胶透水混凝土28d抗压强度

表3可知，掺入少量较细的橡胶颗粒时，橡胶颗粒填充到混凝土的孔隙中，使得混凝土强度增强。

(2)逐步提高橡胶颗粒的掺入量后，混凝土的孔隙降低。为了保证透水混凝土的透水性，以4号配合比，即砂石颗粒级配为：2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=0%：70%：30%，减水剂掺量为水泥1%，进行试验后，透水混凝土28d抗压强度结果如表4所示。

表4 4号橡胶透水混凝土28d抗压强度

从表4可知，随着橡胶颗粒掺量的增加，透水混凝土的强度降低。

在道路透水混凝土使用过程中，会长期遭受冲击荷载作用，使其整体结构产生振动、结构局部部分材料的力学性能也会对结构反应产生一定影响，从而会导致透水混凝土发生裂缝，故其使用寿命大幅降低，将具有弹性形变能力的橡胶颗粒参入其中可起到一定的缓冲作用[5]。

(3)橡胶颗粒掺量不变，改变砂石颗粒级配，采用2号配合比，即砂石颗粒级配为：2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=10%：70%：20%，减水剂掺量为水泥1%，进行透水混凝土试验，混凝土28d抗压强度如表5所示。

表5 2号橡胶透水混凝土28d抗压强度

通过比较表4和表5的混凝土28d抗压强度结果可知， 2号橡胶颗粒掺量为10%时，混凝土28d抗压强度值最大，即砂石颗粒级配为：2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=10%：70%：20%，橡胶颗粒掺量10%，混凝土配合比最佳。

2.3 稻壳灰橡胶透水混凝土强度影响试验

(1)分别用稻壳灰和橡胶颗粒代替同体积的10%砂(颗粒级配为2.36-4.75)，按2号配合比，即砂石颗粒级配为2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=0：70%：20%，减水剂掺量为水泥1%，进行对比试验，混凝土抗压强度见表6。

表6 稻壳灰橡胶透水混凝土28d抗压强度

由表6可知，稻壳灰和橡胶颗粒取代同体积10%的砂，混凝土的强度基本相同。

(2)用同体积稻壳灰和橡胶颗粒共同代替砂，改变石子的级配，减水剂掺量为水泥1%，稻壳灰橡胶混凝土28d抗压强度见表7。

表7 稻壳灰橡胶透水混凝土28d抗压强度

由表7可知，随着稻壳灰和橡胶颗粒掺量增加，混凝土强度降低。综合考虑强度和透水率，最终选择10%。

稻壳灰具有高比表面积、微集料填充效应、高火山灰活性等特性，将稻壳灰掺入混凝土中，能够起到改善水泥混凝土工作性、力学性能和耐久性的作用[6]。同时掺入稻壳灰能够让混凝土更好地反射阳光的浅色，能起到降低建筑能耗，抵御全球气候变暖的作用[7]。

2.4 稻壳灰橡胶透水混凝土透水率试验

用稻壳灰掺入5%和橡胶颗粒掺入5%，砂石颗粒级配为：2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=0：70%：20%的稻壳灰橡胶透水混凝土进行透水系数的测试：

经过实验测得最优混凝土的KT=(950×100)/(100×100×40×15)=0.0158=1.58%

3 结语

(1)通过确定混凝土最佳砂石与水灰比的比例，使用不同颗粒级配进行对比试验，确定强度最佳配合比为2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=10%：70%：20%。

(2)参入橡胶颗粒会降低混凝土的强度和透水性，但是能提高混凝土的弹性模量。

(3)强度较优而透水率也较好的由稻壳灰和橡胶颗粒代替2.36-4.75细砂的配比为：2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=0：70%：20%的混凝土强度足够，而透水率1.58%也较优。