Impact of Pretreatment Methods on Durability of Rubberized Concrete

陳怡宏1，楊凱2，曾凡貴1，張意1（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶　400015；2重慶大學(xué)材料學(xué)院，重慶　400030）

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預(yù)處理方式對橡膠混凝土耐久性影響

Impact of Pretreatment Methods on Durability of Rubberized Concrete

陳怡宏1，楊凱2，曾凡貴1，張意1
（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶400015；2重慶大學(xué)材料學(xué)院，重慶400030）

摘要：該文研究了不同水膠比條件下，NaOH預(yù)處理方式和橡膠摻量對混凝土吸水性、干燥收縮及抗凍性能的影響。結(jié)果表明：相比于未處理橡膠，摻入NaOH改性橡膠的混凝土具有更低吸水率和干燥收縮率，且提升混凝土的抗凍性能。此外，NaOH預(yù)處理橡膠對高水膠比混凝土提升效果優(yōu)于低水膠比混凝土，這意味著改性橡膠對混凝土性能影響取決于水膠比。

關(guān)鍵詞：橡膠混凝土；預(yù)處理；吸水性；毛細(xì)孔隙率；抗凍性

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

隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車總數(shù)的急劇增多，廢舊汽車輪胎的處理成為人們?nèi)找骊P(guān)注的課題。直接焚燒、填埋廢舊汽車輪胎會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此將其回收利用已成為處理廢舊輪胎的重要途徑。目前，廢舊輪胎橡膠的回收利用主要包括：舊橡膠翻新，生產(chǎn)再生膠和生產(chǎn)膠粉等三種方式，但這些方式總體利用率比較有限[1-3]。據(jù)報道我國每年產(chǎn)生的廢舊橡膠以千噸計，回收利用率僅在50%左右，如何能高效利用廢舊橡膠是當(dāng)前亟待解決的環(huán)境問題[2-4]。

將廢舊輪胎制成橡膠顆粒，作為集料摻入混凝土是一種處理廢舊輪胎的途徑。已有研究表明橡膠混凝土具有變形性能大、脆性低、抗沖擊性能好，但摻入橡膠會導(dǎo)致混凝土強度下降[3-4]。Eldin[4]的研究結(jié)果表明，用橡膠集料全部取代細(xì)集料，混凝土表現(xiàn)出更好的隔音性能，但抗壓強度降低了65%。為改善橡膠混凝土的強度，通常對橡膠集料進行預(yù)處理，常用的預(yù)處理方式包括水洗，偶聯(lián)劑處理和NaOH溶液處理[5-9]。

其中NaOH預(yù)處理改善橡膠集料表面的親水性和混凝土中界面過渡區(qū)的性能，不但提高了混凝土的強度[5-7]，還可能影響水分在混凝土中遷移特性，進而會影響了混凝土的吸水性、抗凍性與干燥收縮。此外，NaOH預(yù)處理操作方便、成本低廉，是橡膠骨料預(yù)處理較為理想的選擇。然而，當(dāng)前關(guān)于NaOH預(yù)處理對橡膠混凝土吸水性、抗凍性的影響不明確。為此，本文研究了NaOH預(yù)處理方式、橡膠摻量與水膠比對混凝土吸水率、毛細(xì)孔隙率、干燥收縮以及力學(xué)性能的影響。

1　實驗

1.1混凝土配合比與原材料

本文主要參數(shù)包括：①水膠比（0.3和0.4）；②橡膠預(yù)處理方式（未處理和NaOH預(yù)處理）；③橡膠摻量（等體積取代細(xì)集料，取代率分別為0、10%、20%和30%），具體混凝土配合比見表1。

表1　混凝土配合比

水泥：重慶小南海水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5R水泥；粉煤灰采用重慶珞璜電廠Ⅱ級粉煤灰。細(xì)集料：細(xì)度模數(shù)為2.7的二區(qū)天然中砂。粗集料：5～20mm連續(xù)級配石灰石碎石。橡膠集料：重慶圣略建材有限公司生產(chǎn)，表觀密度1.15g/cm3，粒徑1.5～4.5mm。水：普通自來水。減水劑：重慶三圣建材有限公司生產(chǎn)，聚羧酸減水劑，減水率24%，固含量0.15。NaOH為分析純。

1.2實驗方法

混凝土吸水測試：參考標(biāo)準(zhǔn)BS-EN13057。成型100mm× 100mm×100mm的試件，養(yǎng)護1d后拆模。標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護28d后，轉(zhuǎn)移至恒溫烘箱中，在（45±2）℃的溫度下干燥7d。將干燥后的試件密封，在（20±2）℃冷卻24h后將試件測試端浸入水中，液面不超過測試面5mm，測量一定時間間隔的吸水量（t= 0，2，4，6，8，10，12，14，16min），精確至0.01g。通過吸水量與時間關(guān)系計算混凝土吸水率。

干燥收縮試驗：依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50082-2009中的收縮試驗方法進行測試。

抗凍性能試驗：依據(jù)國家行業(yè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《DL/5150-2001水混凝土試驗規(guī)程》和GB/T3047。

2　結(jié)果與討論

2.1NaOH預(yù)處理橡膠對混凝土吸水率和毛細(xì)孔隙率的影響

混凝土吸水率和毛細(xì)孔隙率是評價混凝土耐久性的重要指標(biāo)。圖1給出了不同水膠比條件下，橡膠預(yù)處理方式和橡膠摻量對混凝土吸水率的影響。從圖中可以看出，混凝土吸水率隨水膠比降低而下降。相比之下，未經(jīng)處理的橡膠混凝土吸水性與基準(zhǔn)組相似，明顯高于NaOH處理后的橡膠混凝土。當(dāng)預(yù)處理的橡膠取代20%的細(xì)集料時，混凝土吸水率顯著降低，如：摻入20%預(yù)處理橡膠集料水膠比0.4混凝土的吸水率與水膠比為0.3基準(zhǔn)混凝土吸水率相近。隨著橡膠摻量進一步增加，橡膠對混凝土吸水率影響趨勢取決于混凝土水膠比。

圖1　橡膠預(yù)處理方式和摻量對混凝土吸水率的影響

摻入未處理的橡膠不會顯著改善混凝土吸水性和毛細(xì)孔隙率，但摻入經(jīng)NaOH處理后橡膠則能減小水分遷移速度，顯著降低混凝土吸水率和毛細(xì)孔隙率。這是由于NaOH能與橡膠顆粒表面的硬脂酸鋅反應(yīng)，清除了表面雜質(zhì)，增加了親水基團，改善橡膠顆粒的表面形貌，提高了界面過渡區(qū)的密實性[5-7，9-11]，進而提高混凝土耐久性，而未經(jīng)處理的橡膠顆粒表面雜質(zhì)較多，憎水性強，難以有效融入混凝土體系，因而難以發(fā)揮橡膠改善作用。

2.2NaOH預(yù)處理橡膠對混凝土干燥收縮的影響

圖2給出了橡膠預(yù)處理方式與摻量對混凝土干燥收縮的影響。從圖2（a）和（b）可以看出，當(dāng)水膠比為0.4時，摻未處理橡膠的混凝土在橡膠摻量較低時，混凝土干燥收縮有所增加，隨著橡膠摻量的增加，混凝土的干燥收縮逐漸減小，如：當(dāng)橡膠摻量為30%時，混凝土90d干燥收縮為457×10-6m/m，比同條件下基準(zhǔn)混凝土低10.2%。當(dāng)橡膠集料取代率相同時，摻NaOH預(yù)處理橡膠集料的混凝土90d干燥收縮比摻未處理橡膠的混凝土的分別降低了5.4%、11.8%和2.8%。結(jié)果說明，水膠比為0.4時，NaOH預(yù)處理更改善混凝土的干燥收縮性能。

圖2　橡膠預(yù)處理方式和摻量對混凝土干燥收縮的影響

降低水膠比至0.3時，混凝土90d干燥收縮在420～470× 10-6m/m之間，橡膠預(yù)處理方式和摻量對混凝土干燥收縮的影響不大。對比圖1和圖2可知，當(dāng)橡膠取代率較低時，橡膠混凝土的毛細(xì)孔隙率降低的幅度較小。此時，引起混凝土的干燥收縮毛細(xì)管力降低幅度較小，混凝土干縮主要受橡膠柔性的影響，因此收縮增大。隨著橡膠摻量的增加，橡膠混凝土毛細(xì)孔隙率逐步降低，混凝土干燥收縮的動力減小，進而減小混凝土的干燥收縮率。此外，NaOH改性能減小水分遷移速度，進而減緩形成毛細(xì)管壓力速度，因此摻入NaOH處理橡膠可降低混凝土干縮。

2.3橡膠混凝土抗凍性能分析

橡膠混凝土抗凍性能由相對動彈模量和質(zhì)量損失率兩個參數(shù)評價。其中，相對動彈性模量表征微裂縫發(fā)展情況，是評價混凝土抗凍性能重要指標(biāo)。此次試驗采用DX-10W型動彈性模量測定儀測得試件的橫向基頻值，《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T：50082的快凍法規(guī)定來計算混凝土的相對動彈性模量。圖3給出了橡膠混凝土抗凍性能變化規(guī)律。由圖可見，混凝土的相對動彈模量隨著凍融循環(huán)次數(shù)的不斷增加呈下降趨勢。水膠比為0.4的混凝土能抗凍能力明顯低于水膠比為0.3的混凝土，此外摻入橡膠的混凝土相對動彈性模量變化相對變化慢。

圖3　橡膠摻量對混凝土動彈模量的影響

圖4給出了凍融條件下橡膠混凝土質(zhì)量損失率情況。在同樣的凍融次數(shù)下，橡膠混凝土質(zhì)量損失率略低于普通混凝土，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，其剝落程度不斷增大。水膠比為0.40的橡膠混凝土質(zhì)量損失率高于水膠比為0.30的橡膠混凝土。隨水膠比增大，橡膠混凝土與普通混凝土均呈現(xiàn)質(zhì)量損失增大的趨勢，如當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)為100次時，水灰比為0.3、0.4的普通混凝土質(zhì)量損失率分別為1.3%、2.1%；摻量20%的橡膠混凝土質(zhì)量損失率為1.0%、1.65%；摻量30%的橡膠混凝土質(zhì)量損失率為0.7%、1.3%。

圖4　橡膠摻量對混凝土質(zhì)量損失的影響

數(shù)據(jù)表明，橡膠混凝土的抗凍性略優(yōu)于普通混凝土。這是由于橡膠粉是一種非極性有機高分子，其表面粗糙不平，便于攜帶空氣，本文所摻為粒徑1～4mm細(xì)膠粉，細(xì)度大，在攪拌過程中被自然裹挾進漿體的空氣也越多，有助于提高抗凍性[9-11]。此外，圖1數(shù)據(jù)表明從摻入膠粉的混凝土抗?jié)B性有一定的改善，減少了水分進入混凝土的速度，從而提高了抗凍性。

3　結(jié)論

與摻未處理的橡膠相比，NaOH預(yù)處理的方式降低了混凝土的吸水率和干燥收縮，提高了混凝土抗凍性能。測試結(jié)果還表明改性橡膠對高水膠比混凝土性能提升更為顯著。

參考文獻：

[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.廢舊橡膠回收與利用的研究進展[J].合成橡膠工業(yè)，2013，36（3）：239-243.

[3]朱涵，劉春生.橡膠集料摻量對混凝土壓彎性能的影響[J].天津大學(xué)學(xué)報，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]劉日鑫，徐開勝，高煒斌，等.廢橡膠顆粒對混凝土力學(xué)性能的影響[J].建筑材料學(xué)報，2009，12（3）：341-344.

[8]馬一平，劉曉勇，譚至明，等.改性橡膠混凝土物理力學(xué)性能[J].建筑材料學(xué)報，2009，12（4）：379-383.

[9]鄭麗娟，余其俊，韋江雄，等.廢橡膠粉的改性及其對水泥砂漿性能的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，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.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

施工經(jīng)驗

低溫地板輻射采暖毛樓面防裂措施

1、設(shè)計和施工矛盾

（1）如果采用50mm厚C15細(xì)石混凝土填充層，不配鋼筋，這樣比較經(jīng)濟。但是由于驗收時管道保護層作為毛地面，如果施工不好，樓面裂縫會十分明顯，影響觀感效果。

（2）如果采用50 mm厚C15細(xì)石混凝上填充層，內(nèi)配鋼絲網(wǎng)，并在其上增加一層20mm厚1∶2水泥砂漿抹面，則防裂效果稍好，但是增加了造價，并且降低了室內(nèi)凈高。

做50mm厚混凝土管道保護層、保護層不配鋼筋，且不再增加1道20mm厚水泥砂漿抹面的情況下，保證交房時地板采暖樓面毛面有較好的觀感效果。

2、地板采暖樓面防裂做法

（1）現(xiàn)澆鋼筋混凝土板隨打隨抹平；20mm厚擠塑型聚苯板保溫層上覆鋁箔紙反射膜(采暖房間的墻、柱與樓面相交的位置敷設(shè)20mm厚擠塑型聚苯板邊角保溫帶)，用塑料卡釘(直管段不應(yīng)大于700mm，彎曲段不應(yīng)大于350mm固定加熱管(PEX管)于保溫層上。此處塑料卡釘?shù)拈g距和固定效果必須嚴(yán)格保證，否則容易造成澆筑混凝土填充層時加熱管上浮現(xiàn)象，這也是地面開裂的一個主要原因。

（2）50mm厚C20細(xì)石(細(xì)石粒徑小于15mm)混凝土管道保護層隨打隨抹平，并壓實抹光，混凝土摻5%膨脹劑以防止龜裂，在每個房間加一個“十字形”界格條，在門洞口處加2條界格條，嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，水灰比不得太大。增加界格條后，樓面裂縫仍然存在?？紤]到毛面僅是管道保護層，并不是成活地面，局部有裂縫是允許的，但是其觀感效果明顯改變。沒有增加界格條時，樓面的開裂是無規(guī)則的，觀感效果差。增加界格條后，樓面開裂較規(guī)則，沿界格條方向開裂，觀感效果較好。還有一條需要特別說明，那就是澆筑混凝土?xí)r要采取必要措施，保證界格條位于50mm厚混凝土管道保護層的上表面，如果界格條在管道保護層下表面，就起不到防裂效果了。

（摘自：《建筑工人》）

作者簡介：陳怡宏（1967-），女，重慶人，本科，教授級高級工程師，主要從事建筑施工質(zhì)量技術(shù)管理工作。

收稿日期：2016-02-06

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2016.03.031

中圖分類號：[TU533]

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）03-0031-04