張迎雪，婁宗科，高 鳳，張 臻(西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院, 陜西 楊凌712100)

0 引 言

廢舊橡膠是固體工業(yè)廢物的一種，隨著汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，廢舊輪胎的產(chǎn)生量迅速增長(zhǎng)，已成為一個(gè)新的污染源。將廢舊輪胎膠粒摻入混凝土中，既能減少固體廢棄物，又能改善混凝土的一些性能, 將膠粒用于混凝土引起了廣大學(xué)者的關(guān)注。

混凝土是一種脆性材料，導(dǎo)致混凝土的高強(qiáng)化具有局限性[1]，因此高強(qiáng)混凝土的一個(gè)研究焦點(diǎn)是改變傳統(tǒng)混凝土的脆性材料特性。摻雜橡膠集料的混凝土是新型“彈性混凝土”，國(guó)外較早地開展了對(duì)該種混凝土的研究。Fattuhi[2]采用的膠粒粒徑為1～16 mm和0.5～5 mm兩種類型，分別取代細(xì)骨料和粗骨料，對(duì)膠?；炷翛_擊能試驗(yàn)表明，沖擊性能試驗(yàn)說明膠?；炷料鄬?duì)于普通混凝土的韌度大，受沖擊時(shí)吸收能量的能力也較強(qiáng)。李光宇[3]選取顆粒粒徑為 8、14、16、28 目的膠粒, 分別按水泥質(zhì)量的3%、6%、9%、12%、15%摻入混凝土,對(duì)混凝土力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明,混凝土強(qiáng)度、彈性模量隨橡膠粒粒徑的減小和摻量的增加而降低；膠粒的摻入可提高混凝土的抗沖耐磨性能, 在摻量一定的前提下, 抗沖耐磨強(qiáng)度提高3倍，與同水泥用量的硅粉混凝土相比, 抗沖耐磨強(qiáng)度提高2倍。宋少民[4]等研究了摻入膠粒對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及抗沖擊性能的影響，提出以下觀點(diǎn)：將廢胎制成的膠粒以一定摻量加到混凝土中，填充空隙，改善水泥與骨科的界面狀況，能夠約束微裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，并形成吸收應(yīng)變能的結(jié)構(gòu)變形中心，可吸收振動(dòng)能，從而明顯改善混凝土的抗沖擊性，提高混凝土的抗震性能。上述研究都涉及膠粒粒徑和摻量對(duì)膠?；炷列阅艿挠绊?，但關(guān)于影響膠?；炷量箾_磨性能的主要因素對(duì)膠?；炷量箾_磨性能的影響程度，以及各因素之間的最佳配比的研究較少。

本文通過機(jī)械的方式將廢舊輪胎粉碎、研磨等加工處理得到小于5 mm的顆粒膠粒，并按一定的比例替代等體積的砂子配制成膠?；炷?。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

(1)水泥。盾石牌P·O 32.5R 級(jí)水泥，經(jīng)原材試驗(yàn)得出水泥的各種性能均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)。

(2)粗骨料。粗骨料為渭河卵石，II 級(jí)配卵石。

(3)細(xì)骨料。細(xì)骨料為渭河河砂，表觀密度為2 700 kg/m3，堆積密度為1 550 kg/m3，泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.21%。砂的細(xì)度模數(shù)為2.27，屬中砂，級(jí)配合格。

(4)膠粒。西安市長(zhǎng)樂維康再生膠廠生產(chǎn)的14目和28目膠粒。

(5)水。滿足規(guī)范的試驗(yàn)室自來水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了提高混凝土抗沖磨性能的能力，在普通混凝土中加入廢舊的膠粒來提高其抗沖磨性能，膠粒的摻入選用等體積取代砂法[5]?？紤]到水灰比對(duì)普通混凝土抗沖磨性能的影響較大，本文利用混合正交設(shè)計(jì)的原理進(jìn)行試驗(yàn)，選用3個(gè)試驗(yàn)因素：膠粒摻量、膠粒粒徑、水灰比，研究膠?；炷量箾_磨性能與各影響因素的關(guān)系，找出膠粒混凝土抗沖磨性能最優(yōu)配合比方案。

1.3 試驗(yàn)因素水平

本次試驗(yàn)采用混合的正交設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)。根據(jù)L8(41×22)正交組合設(shè)計(jì)安排8組試驗(yàn)點(diǎn)用于測(cè)定膠?；炷恋目箾_磨性能，每組3個(gè)試件，共24個(gè)試件。試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 膠?；炷量箾_磨性能試驗(yàn)因素水平表Tab.1 The factor level of abrasion resistance properties of rubber concrete

1.4 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL352-2006)[6]規(guī)定的混凝土抗沖磨試驗(yàn)測(cè)試。按照配合比配制成膠?；炷吝M(jìn)行拌和，坍落度滿足要求后裝模，放在振搗臺(tái)上振動(dòng) 30 s后成型，在試件成型1d后拆模，隨后放入養(yǎng)護(hù)室，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后，用水下鋼球法進(jìn)行抗沖磨試驗(yàn)。

(1)試驗(yàn)前，試件在水中浸泡48 h。

(2)試驗(yàn)時(shí)，取出試件，擦去表面水分，稱量(并記為M0)，將試件放入鋼容器，由1 200 r/min轉(zhuǎn)速的葉輪帶動(dòng)水和70個(gè)大小不等的鋼球摩擦試件表面72 h。

(3)取出試件，清洗干凈,擦去表面水分，稱量(并記為MT)，計(jì)算試件的磨損率。

磨損率按下式計(jì)算:

(1)

式中:L為磨損率, %；M0為試驗(yàn)前試件的質(zhì)量, kg；MT為試驗(yàn)后試件的質(zhì)量, kg。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 拌和過程中的膠?；炷列阅軈?shù)及其分析

混凝土拌和物性能的好壞影響混凝土的力學(xué)性能與耐久性能，坍落度是衡量混凝土拌和物性能的重要指標(biāo)；另外，混凝土拌和物的含氣量也會(huì)影響混凝土的性能，含氣量增大能增強(qiáng)拌和物黏性，減少拌和物離析和泌水，改善混凝土耐久性[7]，在攪拌成型過程中，得到表2各編號(hào)混凝土具體參數(shù)。

表2 各編號(hào)膠?；炷辆唧w參數(shù)Tab.2 Number of concrete specifications

由表2可知，摻入膠粒以后，膠?；炷恋暮瑲饬勘然鶞?zhǔn)混凝土的含氣量大，且含氣量隨摻量的增加而遞增，摻加的膠粒顆粒越小，拌和物含氣量增加幅度越大。膠?；炷恋奶涠缺然鶞?zhǔn)混凝土的坍落度低，且隨著膠粒摻量的增加, 坍落度逐漸降低，膠?；炷恋谋碛^密度隨膠粒摻量的增加而減小。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果及其分析

2.2.1正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析

對(duì)膠?；炷恋目箾_磨性能的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析, 借助極差分析，可以得出研究因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，并得出各因素的最適宜量和配比，極差分析所得結(jié)果見表3。

在試驗(yàn)因素水平變化范圍內(nèi), 按照極差的大小, 影響膠?；炷量箾_磨性能因素的主次順序?yàn)椋耗z粒摻量>膠粒粒徑>水灰比。摻入膠粒后，膠?；炷恋哪p率較基準(zhǔn)混凝土有所降低，表明摻入膠粒能提高膠?；炷恋目箾_磨性能。且隨著膠粒摻量的增加，膠?；炷恋哪p率逐漸降低，在此次試驗(yàn)條件下，得到降低膠?；炷聊p率的最優(yōu)組合為膠粒摻量為12%，膠粒粒徑為14目，水灰比為0.55。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析Tab.3 The result of orthogonal experiment and poor calculation

為了進(jìn)一步說明膠?；炷量箾_磨性能隨其影響因素的變化規(guī)律，建立膠?；炷聊p率K值與各因素的關(guān)系圖，見圖1。

圖1 磨損率K值與各因素關(guān)系圖Fig.1 Each of factors for abrasion resistance properties of rubber concrete

由圖1可知，膠?；炷恋哪p率會(huì)隨著膠粒摻量的增加逐漸下降，由表3可得，當(dāng)膠粒摻量為0%時(shí)，磨損率為2.62%，當(dāng)膠粒摻量為4%時(shí)，磨損率從2.62%下降至1.38%，下降1.24%。當(dāng)膠粒摻量為12%時(shí)，磨損率從1.38%下降至0.33%，此時(shí)，膠?；炷恋膿搅吭黾?%，磨損率卻只下降1.05%，下降幅度占總下降幅值的46%，下降速率明顯減慢。說明，摻入膠粒以后，可提高膠粒混凝土的耐磨性，但只是在一定范圍內(nèi)。

2.2.2正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

為了確定各試驗(yàn)因素對(duì)膠?；炷量箾_磨的影響程度，找出對(duì)膠?；炷恋挠酗@著影響試驗(yàn)因素，排除對(duì)膠?；炷翢o顯著影響的試驗(yàn)因素，將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果如表4。

表4 方差分析Tab.4 Analysis of variance

方差分析表明：膠粒摻量對(duì)膠?；炷量箾_磨性能有極顯著影響，水灰比對(duì)膠?；炷量箾_磨性能顯著影響，膠粒粒徑對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響不顯著，這與極差分析的結(jié)果相符。

3 回歸分析

為了對(duì)膠?；炷恋目箾_磨性能進(jìn)行預(yù)估，利用SPSS軟件對(duì)試驗(yàn)得到的膠粒混凝土的抗沖磨性能與各因素水平進(jìn)行回歸分析，得到膠?；炷量箾_磨性能的多元回歸方程如下式所示

y=-0.181X1+0.006 5X2+3.812 5X3-0.012 4

式中：y為磨損率；X1為膠粒摻量；X2為膠粒粒徑；X3為水灰比。

由各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算出模型回歸值及殘差，得到回歸方差分析情況如表5。

表5 回歸方差分析Tab.5 Regression analysis of variance

由表5可知，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量F的值為24.733>F0.01(3,4)=16.69，回歸方程的顯著性水平達(dá)到0.005，因此回歸方程的相關(guān)性非常顯著。

4 結(jié) 論

(1)摻入膠粒以后，膠?；炷恋暮瑲饬勘然鶞?zhǔn)混凝土的含氣量大，且膠?；炷恋暮瑲饬侩S膠粒摻量的增加而顯著增加, 膠粒混凝土的坍落度隨膠粒摻量的增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

(2)通過極差、方差分析表明：膠粒摻量和水灰比是影響膠粒混凝土抗沖磨性能的顯著因素，膠粒粒徑為不顯著因素，影響順序?yàn)椋耗z粒摻量>水灰比>膠粒粒徑，摻入膠粒以后，膠粒混凝土的磨損率降低，最低可為基準(zhǔn)混凝土的55%，說明膠?？梢愿纳苹炷恋目箾_磨性能，且膠?；炷?土的磨損率隨著摻量的增加，降低速率減慢。

(3)膠?；炷量箾_磨性能與膠粒摻量、膠粒粒徑、水灰比之間存在著良好的線性關(guān)系，得出的線性回歸方程非常顯著。

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[1] 路沙沙.橡膠顆粒摻量、粒徑影響橡膠混凝土性能的試驗(yàn)分析[J].硅酸鹽通報(bào),2014,(10):6-8.

[2] Fattuhi N I, Clark L A. Cement-based materials containing shredded scrap truck tyre rubber[J]. Construction and Building Materials,1996,10(4):229-236.

[3] 李光宇.廢橡膠粉混凝土力學(xué)及抗沖耐磨性能試驗(yàn)研究[J].混凝土,2008,(2):87-89.

[4] 宋少民,劉娟紅.橡膠粉改性的高韌性混凝土研究[J].混凝土與水泥制品,1997,(1):10-11.

[5] 楊春峰,楊 敏.廢舊橡膠混凝土工作性能試驗(yàn)研究[J].混凝土,2013,(5):36-39.

[6] SL352-2006,水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S]

[7] 楊衛(wèi)坤. 橡膠混凝土拌和物性能試驗(yàn)研究[J].人民黃河2011,(9):122-124.