賀東青，王金歌，王一鳴

（河南大學 土木建筑學院，河南 開封 475004）

隨著中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，公路交通量大增，重型運輸車輛的比例越來越大，這對公路路面結構強度和使用性能提出了更高要求.雖然水泥混凝土路面因其具有抗壓和抗彎拉強度高、溫度穩(wěn)定性好、使用壽命長等優(yōu)點，但也存在抗裂和抗沖擊性能差、噪音大等缺點.

近幾年來，鋼纖維混凝土因其具有較高的抗彎拉強度和良好的路用性能，得到了較廣泛的應用.然而，在混凝土中全部加入鋼纖維，不但大大提高了工程的造價，而且，在使用過程中也存在鋼纖維銹蝕嚴重、路面使用壽命短等缺點［1］.雖然聚丙烯纖維對于降低混凝土的早期塑性收縮和干縮有獨到的作用，對改善路面的抗裂亦有一定效果，但對提高路面抗彎拉強度的作用卻不夠明顯［2－3］.玄武巖纖維除具有高強度、高模量的特點外，還具有耐溫性佳、抗氧化、抗酸堿、適應于各種環(huán)境下使用的優(yōu)異性能.文獻［4］表明，在混凝土中摻入橡膠顆粒有助于提高路面韌性，減振降噪，但會導致其抗壓、劈裂和彎拉強度降低.筆者將橡膠顆粒摻入到短切玄武巖纖維混凝土中，通過橡膠顆粒和玄武巖纖維2種柔性材料的復合作用，在保留混凝土具有足夠抗壓和抗彎拉強度、有效降低混凝土彈性模量的同時，明顯改善了混凝土路面的變形性能.

1 試驗用原材料

新鄉(xiāng)產(chǎn)“王氏”P·O 42.5水泥；中河砂，細度模數(shù)2.68；石子，粒徑10～30mm，連續(xù)級配；聚羧酸系高性能減水劑，減水率（質量分數(shù)）20%～25%；界面處理溶劑為天津科密歐化學試劑有限公司產(chǎn)的無水氫氧化鈉；河南武陟產(chǎn)橡膠顆粒，粒徑分別為3.90，1.70，0.42，0.25mm；浙江石金玄武巖纖維有限公司生產(chǎn)的短切玄武巖纖維，具體性能指標表1.

表1 短切玄武巖纖維的性能指標Table 1 Properties of CBF

為保證橡膠顆粒替代細骨料的效果，將4種粒徑的橡膠顆粒進行混合，并用細度模數(shù)來確定4種粒徑橡膠顆粒的摻配率.經(jīng)多次試驗，得到粒徑為3.90，1.70，0.42，0.25mm 的橡膠顆粒混合質量比為1∶1∶1∶2，混合后的橡膠顆粒細度模數(shù)為2.71，與本文所用砂子的細度模數(shù)2.68接近.

2 試驗方法

依據(jù)文獻［5］，選用質量分數(shù)1%的NaOH 溶液浸泡混合的橡膠顆粒，之后用清水多次沖洗，并用pH 試紙檢測，直至清洗液呈中性為止，放在干燥環(huán)境下，至橡膠顆粒表面干燥.將經(jīng)NaOH 溶液處理后的橡膠顆粒分別以體積分數(shù)（φ）10%，20%，30%，40%，50%替代細骨料，摻入短切玄武巖纖維體積分數(shù)為0.2%［6］的混凝土中.混凝土配合比見表2，其中C0～C5和B0～B5的數(shù)字0～5表示橡膠顆粒摻量為0%～50%，C 為基準混凝土，B 為短切玄武巖纖維混凝土.

立方體抗壓強度和劈裂抗拉強度試件尺寸為150mm×150mm×150mm，靜力受壓彈性模量試件尺寸為150mm×150mm×300mm，抗彎拉強度試件為150mm×150mm×550mm 小梁.根據(jù)GB／T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》，測試混凝土的立方體抗壓強度、劈裂抗拉強度、靜力受壓彈性模量和抗彎拉強度.通過測定混凝土小梁受彎的荷載－變形曲線來評定變形性能.采用微機控制電液伺服壓力試驗機進行試驗，位移控制，加載速率0.1mm／min.

表2 混凝土配合比Table 2 Concrete mix proportion kg／m3

3 試驗結果與分析

3.1 立方體抗壓強度

橡膠顆粒摻量對混凝土立方體抗壓強度的影響見圖1.

由圖1可見，橡膠混凝土（CRC）的立方體抗壓強度隨著橡膠顆粒摻量的增加呈下降趨勢.當橡膠顆粒摻量為0%～10%時，混凝土立方體抗壓強度降低較快；當橡膠顆粒摻量為10%～40%時，混凝土立方體抗壓強度降低減緩；當橡膠顆粒摻量為40%～50%時，混凝土立方體抗壓強度降低幅度又加快；在橡膠顆粒摻量為50%時，其立方體抗壓強度僅為基準混凝土的24.7%.由圖1 還可見，橡膠顆粒摻量對短切玄武巖纖維增強橡膠混凝土（BRC）立方體抗壓強度的影響基本與橡膠混凝土一致.

圖1 橡膠顆粒摻量對混凝土立方體抗壓強度的影響Fig.1 Effect of crumb rubber proportion on cube compressive strength of concrete

3.2 劈裂抗拉強度

橡膠顆粒摻量對混凝土劈裂抗拉強度的影響見圖2.

圖2 橡膠顆粒摻量對混凝土劈裂抗拉強度的影響Fig.2 Effect of crumb rubber proportion on splitting tensile strength of concrete

由圖2可見，隨著橡膠顆粒摻量的增大，橡膠混凝土劈裂抗拉強度呈下降趨勢.當橡膠摻量為50%時，橡膠混凝土的劈裂抗拉強度僅為基準混凝土的40%.然而，不同橡膠顆粒摻量下的短切玄武巖纖維增強橡膠混凝土劈裂抗拉強度均比相應橡膠顆粒摻量下混凝土的抗拉強度高，當橡膠顆粒摻量為10%，20%時，其劈裂抗拉強度分別比相應摻量下橡膠混凝土提高了11.9%，10.3%；當橡膠顆粒摻量為40%時，其劈裂抗拉強度比相應橡膠混凝土的抗拉強度提高了20.0%.

3.3 靜力受壓彈性模量

按照GB／T 50081—2002 的試驗方法，用割線彈性模量作為混凝土的彈性模量.不同橡膠顆粒摻量下混凝土的軸心抗壓強度和靜力受壓彈性模量分別見圖3，4.

圖3 不同橡膠顆粒摻量下混凝土的軸心抗壓強度Fig.3 Axial compressive strength of concrete with different crumb rubber proportion

圖4 不同橡膠顆粒摻量下混凝土的彈性模量Fig.4 Elastic modulus of concrete with different crumb rubber proportion

由圖3可見，隨著橡膠顆粒摻量的增加，橡膠混凝土的軸心抗壓強度不斷下降，并且其下降趨勢與立方體抗壓強度一致.在不同橡膠顆粒摻量下，短切玄武巖纖維增強橡膠混凝土的軸心抗壓強度均比相應摻量下的橡膠混凝土高.由圖4可見，橡膠混凝土的彈性模量隨著橡膠摻量的增加基本呈現(xiàn)直線下降趨勢，當橡膠顆粒摻量為50%時，混凝土的彈性模量為15.8GPa，僅為基準混凝土的45.3%.

由于橡膠的彈性模量僅為7.84MPa，遠遠低于基準混凝土的彈性模量（34.90GPa），橡膠顆粒的摻入會使混凝土的彈性模量降低，并且降低幅度隨橡膠顆粒摻量的增加而增大.盡管玄武巖纖維的彈性模量為93.1～110.0GPa，遠大于基準混凝土的彈性模量，但玄武巖纖維摻量僅為0.2%，所以它對混凝土彈性模量的影響并不大.

3.4 抗彎拉強度

抗彎拉強度是混凝土路面結構的一項重要控制指標，其大小是否滿足設計要求，將直接影響這種路面的整體質量及使用壽命.試驗采用三分點加荷方式，不同橡膠顆粒摻量下混凝土的抗彎拉強度見圖5.

圖5 不同橡膠顆粒摻量下混凝土的抗彎拉強度Fig.5 Flexural strength of concrete with different crumb rubber proportion

由圖5可見，隨著橡膠顆粒摻量的增加，橡膠混凝土抗彎拉強度逐漸下降.當橡膠顆粒摻量為0%～30%時，橡膠混凝土的抗彎拉強度下降明顯；當橡膠顆粒摻量為30%～40%時，其抗彎拉強度下降緩慢；而當橡膠顆粒摻量為40%～50%時，其抗彎拉強度又明顯下降.在不同橡膠顆粒摻量下，短切玄武巖纖維增強橡膠混凝土的抗彎拉強度均比相應摻量下橡膠混凝土的抗彎拉強度高，當橡膠顆粒摻量為10%，20%，30%，40%，50%時，其抗彎拉強度分別提高 了16%，21%，20%，23%，35%.

3.5 變形性能

基準混凝土（C）、橡膠混凝土（橡膠摻量為20%）和玄武巖纖維增強橡膠混凝土（橡膠摻量為20%，短切玄武巖纖維體積分數(shù)為0.2%）的荷載－跨中撓度曲線如圖6所示.

圖6 不同混凝土荷載－跨中撓度曲線Fig.6 Load－deflection curves of different concretes

由圖6可見，隨著荷載的增大，混凝土試件的跨中撓度基本呈線性增長，基準混凝土上升段的斜率最大，橡膠混凝土和玄武巖纖維增強橡膠混凝土上升段的斜率基本相同，且均低于基準混凝土，這說明橡膠混凝土和玄武巖纖維增強橡膠混凝土的彈性模量有所降低，與靜力受壓彈性模量試驗結果一致.由圖6還可見，橡膠混凝土和玄武巖纖維增強橡膠混凝土在荷載達到峰值后仍可繼續(xù)變形，表現(xiàn)出較為明顯的延性特征.

4 結論

（1）橡膠混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度、彈性模量和抗彎拉強度均隨橡膠顆粒摻量的增加而降低，在極限荷載下仍表現(xiàn)出一定的延性.

（2）體積分數(shù)為0.2%的短切玄武巖纖維對橡膠混凝土的劈裂抗拉強度和抗彎拉強度影響較大，而對抗壓強度和彈性模量影響較小.

（3）短切玄武巖纖維增強橡膠混凝土不僅具有較高的抗拉、抗彎拉強度，而且還具有較好的變形能力和較低的彈性模量，為混凝土路面防裂和減震降噪提供了可能.

［1］ZHAO Saozheng，LIN Weiting.Effects of silica fume and steel fiber on chloride ion penetration and corrosion behavior of cement－based composites［J］.Journal of Wuhan University of Technology：Materials Science，2013，28（2）：279－284.

［2］SONGPS，HWANG S，SHEU B C.Strength properties of nylon and polypropylene－fiber－reinforced concretes［J］.Cement and Concrete Research，2005，35（8）：1546－1550.

［3］WU Shaopeng，CHEN Zheng，YE Qunshan，et al.Effects of fibre additive on the high temperature property of asphalt binder［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2006，21（1）：118－120.

［4］李宏波，鄒媛媛，王勃.路用纖維橡膠粉混凝土力學性能試驗研究［J］.混凝土，2012（7）：60－63.LI Hongbo，ZOU Yuanyuan，WANG Bo.Experimental study on force－bearing performance of concrete modified by fiber and rubber powder used in subgrade［J］.Concrete，2012（7）：60－63.（in Chinese）

［5］劉東亮，王龍，范璐璐.廢舊橡膠顆粒界面處理及對水泥混凝土路用性能的影響［J］.公路，2008（10）：177－179.LIU Dongliang，WANG Long，F(xiàn)AN Lulu.Interface processing of crumb rubber and impact on pavement performance of cement concrete［J］.Highway，2008（10）：177－179.（in Chinese）

［6］RABINOVICH F N，ZUEVA V N，MAKEEVA L V.Stability of basalt fibers in a medium of hydrating cement［J］.Glass and Ceramics，2001，58（11／12）：431－434.