秦佳俊，陳貴炫，楊富蓮

(1.皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，安徽 六安 237012；2.珠海華發(fā)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 廣東 珠海 300074)

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橡膠改性混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及破壞機(jī)理研究

秦佳俊1，陳貴炫2，楊富蓮1

(1.皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，安徽 六安 237012；2.珠海華發(fā)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 廣東 珠海 300074)

采用YES-3000數(shù)顯式壓力試驗(yàn)機(jī)對1組基準(zhǔn)混凝土試件、12組橡膠摻量分別為5%、10%、15%、20%橡膠粒徑分別為80目、15目、2 mm的混凝土試件以及4組體積率為0.5%的橡膠混凝土試件進(jìn)行了靜載抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到了每一組試件的破壞形態(tài)并計(jì)算出各組試件的靜載抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著橡膠摻量的增加，試件的立方體抗壓強(qiáng)度呈減小趨勢，其強(qiáng)度降低系數(shù)逐漸增大，并且通過對數(shù)據(jù)的處理得到了橡膠混凝土強(qiáng)度降低系數(shù)同橡膠摻量之間的關(guān)系。

橡膠混凝土；鋼纖維；抗壓強(qiáng)度

橡膠粉作為改性材料摻入混凝土既能緩解黑色污染泛濫的現(xiàn)狀，又可以提高混凝土的抗沖擊、抗疲勞等性能，在高強(qiáng)度混凝土用途日益廣泛的情況下，無疑是一個雙贏的解決辦法，但是研究表明橡膠粉的摻入會引起混凝土靜載抗壓強(qiáng)度的降低[1-3]。本文在已有研究的基礎(chǔ)上[4]，采用YES-3000數(shù)顯式壓力試驗(yàn)機(jī)對17組51個立方體試件進(jìn)行靜載抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)中觀察基準(zhǔn)混凝土、橡膠混凝土以及鋼纖維改性橡膠混凝土的破壞特征，深入分析各種試件的破壞機(jī)理，并且根據(jù)靜載抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果定量分析了橡膠摻量對混凝土靜載抗壓強(qiáng)度的影響。

1 橡膠混凝土的靜載抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)的試驗(yàn)材料中，水泥采用安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的42.5R的普通硅酸鹽水泥；粗骨料為粒徑在0～10 mm碎石花崗巖，堆積密度1 590 kg/m3；細(xì)骨料為天然河砂，最大粒徑5 mm，級配連續(xù)，細(xì)度模數(shù)為2.6，堆積密度1 460 kg/m3；橡膠粉生產(chǎn)廠家為位于安徽涇縣開發(fā)區(qū)的安徽宏磊橡膠有限公司，橡膠粉粒徑分別為80目、15目和2 mm。鋼纖維選自安徽寧友特種金屬纖維制品有限公司，規(guī)格為30±1% mm，密度為7 860 kg/m3；本次試驗(yàn)用水為自來水，經(jīng)檢測自來水呈弱堿性；減水劑為合肥博強(qiáng)混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的MBQ萘系高濃高效能減水劑。

圖1 橡膠粉/粒、鋼纖維

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)混凝土的配合比，水、水泥、砂、碎石、減水劑分別為148、420、558、1 301、6.3 kg/m3，制作成150×150×150 mm的基準(zhǔn)混凝土立方體試件，共計(jì)1組3個試件，下面稱為NC試件。在制作橡膠混凝土件時，橡膠粉的摻入方法為取代法，即用橡膠粉等體積取代砂，配制成橡膠混凝土。橡膠粉的粒徑分別為80目、15目、2 mm，分別以5%、10%、15%、20%的質(zhì)量取代細(xì)骨料摻入基準(zhǔn)混凝土，制作成150×150×150 mm的橡膠混凝土立方體試件共計(jì)12組36個，下面稱為RC試件。鋼纖維改性橡膠混凝土則是在橡膠粒徑為80目、摻量分別為5%、10%、15%、20%的橡膠混凝土以外摻的方式加入鋼纖維，即保持橡膠混凝土各材料用量不變，摻入體積率為0.5%的鋼纖維，制作成150×150×150 mm的鋼纖維改性橡膠混凝土立方體試件，共計(jì)4組12個試件，下面稱為SFRC試件。對此51個試件基于YES-3000數(shù)顯式壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行靜力加載抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2 YES-3000數(shù)顯式壓力試驗(yàn)機(jī)

制作試件時混凝土的攪拌和振搗均采用機(jī)械，試驗(yàn)過程中加載均勻，加荷速度為0.3～0.5 MPa/min，在試件接近破壞變形劇烈時記錄破壞荷載。具體的試驗(yàn)步驟參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[5](GB/T 50081—2002)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

圖3 試件破壞形式

在在加載過程中可以發(fā)現(xiàn)，RC試件、SFRC試件和NC試件有明顯不同的破壞特征。NC試件的破壞屬于脆性破壞，破壞在沒有破壞特征的情況下突然發(fā)生，破壞形態(tài)為錐形并伴隨清脆的坍塌聲,如圖3(a)所示；RC試件的破壞有明顯的塑性特征，隨著加載的進(jìn)行，RC試件四周表面出現(xiàn)縱向細(xì)小裂縫，裂縫長度相比較NC試件短且不連續(xù)，裂縫的開展伴隨著比較低沉的破壞聲，破壞時RC試件基本完整,見圖3(b)。橡膠粉的摻入量越多，破壞聲愈小，記錄到的破壞荷載越小。SFRC試件跟相同橡膠粒徑的RC試件的破壞形態(tài)相比，裂縫長度更短，記錄到的破壞荷載的值有所增大,從圖3 (c)可以看出SFRC試件在受壓過程中不宜發(fā)生混凝土的脫落，混凝土不會輕易被壓碎。

2.2 橡膠粒徑和摻量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

各試件的靜載抗壓強(qiáng)度可以通過公式f=Pmax/A，Pmax為試驗(yàn)時記錄的破壞荷載，A為立方體試件受壓的截面面積，計(jì)算結(jié)果精確至0.1 MPa。從下圖4中可以看出，立方體抗壓強(qiáng)度折線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)對應(yīng)的是基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度，為49.7 MPa,隨著橡膠粉的摻入，RC試件的抗壓強(qiáng)度逐漸下降，橡膠粉摻量越大，RC試件的抗壓強(qiáng)度越低，RC-15-5、RC-15-10、RC-15-15、RC-15-20的靜載抗壓強(qiáng)度依次為46.6 MPa、41.2 MPa、37.1 MPa、31.2 MPa，減小幅度較大。隨著橡膠粒徑的增大，RC試件的抗壓強(qiáng)度是逐漸減小的，RC-2-5、RC-15-5、RC-80-5的靜載抗壓強(qiáng)度依次為47.5 MPa、46.6 MPa、45.7 MPa，減小幅度較小。摻入了鋼纖維的SFRC試件，在一定程度上增強(qiáng)了RC試件的抗壓強(qiáng)度，比如，RC-80-5、SFRC-80-5的靜載抗壓強(qiáng)度依次為45.7 MPa、46.8 MPa。NC代表基準(zhǔn)混凝土；RC-80-5代表粒徑為80目摻量為5%的橡膠混凝土；SFRC-80-5代表粒徑為80目摻量為5%的橡膠混凝土中摻入體積率為0.5%鋼纖維，以此類推。

圖4 立方體抗壓強(qiáng)度

橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度降低的機(jī)理主要表現(xiàn)在，首先水泥作為拌合物中的膠凝物質(zhì)，它是屬于典型的無機(jī)材料，而橡膠粉則為有機(jī)材料，兩者的物理力學(xué)性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)存在較大的差異，相容性不好，導(dǎo)致RC試件的抗壓強(qiáng)度降低；其次橡膠粉的存在增加了混凝土中的軟弱點(diǎn)，使得RC試件在受壓時有效承壓面積減小，抗壓強(qiáng)度降低；最后，因?yàn)橄鹉z顆粒的摻入，使得拌合物中存在一定含量的空氣，拌合物在形成RC試件時孔隙率增大，成型的RC試件具有初始缺陷而抗壓強(qiáng)度降低。鋼纖維改性橡膠混凝土的靜載抗壓強(qiáng)度增加原因在于鋼纖維類似鋼筋混凝土中的鋼筋，具有一定的拉結(jié)作用,本身的承載力也較高[6]。

2.3 橡膠粉摻量對混凝土抗壓強(qiáng)度降低系數(shù)的影響

由圖4可知橡膠粒徑越大，橡膠混凝土的靜載抗壓強(qiáng)度越低，但是橡膠粒徑對混凝土的影響較小，橡膠摻量是使混凝土靜載抗壓強(qiáng)度降低的主要原因。忽略橡膠粒徑對橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，橡膠摻量對橡膠混凝土靜載抗壓強(qiáng)度降低系數(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)處理繪制得到圖5。

圖5 強(qiáng)度降低系數(shù)與橡膠摻量的關(guān)系

對圖中RC-80、RC-15、RC-2三條曲線可以用一次方程擬合出強(qiáng)度降低曲線與橡膠摻量之間的關(guān)系

SRF=-1.60+1.85R

式中，R代表橡膠粉/粒摻量(替代細(xì)骨料砂的體積率，%)。擬合公式中，相關(guān)系數(shù)為0.989 94，標(biāo)準(zhǔn)差為0.093 11。

3 結(jié)語

橡膠顆粒摻入混凝土使得混凝土的破壞特征由脆性破壞變?yōu)樗苄纹茐?，鋼纖維改性橡膠混凝土的破壞不會發(fā)生混凝土的壓碎現(xiàn)象；橡膠粉的摻量是導(dǎo)致橡膠混凝土強(qiáng)度降低的主要原因，其強(qiáng)度降低系數(shù)與橡膠摻量之間的關(guān)系滿足SRF=-1.60+1.85R；橡膠粒徑越大，橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度越低，但是橡膠粉粒徑對橡膠混凝土的靜載抗壓強(qiáng)度的影響較小；鋼纖維以外摻方式摻入橡膠混凝土在一定程度上提高了橡膠混凝土的靜載抗壓強(qiáng)度。

[1]李偉，黃振，王曉初，等.乳膠改性混橡膠凝土基本力學(xué)性能研究[J].建筑科學(xué)，2015，31(3)：68-72.

[2]許翊，劉濤.橡膠粉摻量和粒徑對混凝土物理力學(xué)性能的影響研究[J].公路工程，2015,40(1)：266-269.

[3]趙艷艷，賀東青，王一鳴.橡膠混凝土的基本力學(xué)性能[J].河南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2015，45(1)：117-121.

[4]陳貴炫.橡膠混凝土的抗沖擊性能研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)(碩士學(xué)位論文)，2011.

[5]中國建筑科學(xué)研究院.普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50081-2002)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[6]陳愛玖，岳媛媛，張舒昊，等.正交法分析鋼纖維再生橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度[J].混凝土，2014(4)：53-55.

Study on Compressive Strength Test and Failure Mechanism of Rubber Modified Concrete

QIN Jiajun1, CHEN Guixuan2, YANG Fulian1

(1.CollegeofArchitectureandCivilEngineering,WestAnhuiUniversity,Lu’an237012,China; 2.ZhuhaiHuafaIndustrialRealEstateDevelopmentCo.,LTD,Zhuhai300074,China)

1 set of concrete specimen, 12 sets of concrete specimens that the rubber content is 5%, 10%, 15% and 20% respectively and rubber particle size is 80 mesh, 15 orders, 2 mm respectively, and 4 sets of rubber concrete specimens that steel fiber content is at a rate of 0.5% volume were in static load compressive strength test by the YES-3000 digital display type pressure testing machine, the failure pattern were obtained and the static compressive strength test pieces were calculated. The test results show that: with the increase of rubber content, compressive strength test piece was decreased, the strength reduce factor increases in contrast, the relationship between strength reduce factor and rubber content is obtained by data processing.

rubber concrete; steel fiber; compressive strength

2016-02-18

六安市定向委托皖西學(xué)院市級研究項(xiàng)目(2014LWA005)；皖西學(xué)院校級自科重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ103762015B12)。

秦佳俊(1986-)，女，安徽阜陽人，碩士，助教，研究方向：橡膠混凝土的物理力學(xué)特性及結(jié)構(gòu)動力特性。

TU528.04

A

1009-9735(2016)05-0092-03