涂 妮 李志鵬 谷 鑫

（1武漢輕工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023；2保利地產(chǎn)大連分公司，遼寧 大連 116000）

自收縮通常被認(rèn)為在密封恒溫及沒有外部因素干擾的情況下混凝土所發(fā)生的體積變化[1]，其產(chǎn)生原因是混凝土內(nèi)部水分無法滿足水化需要，濕度降低引起的毛細(xì)張力作用導(dǎo)致的混凝土體積減少。隨著高性能混凝土的發(fā)展和應(yīng)用，由于水灰比較低，人們發(fā)現(xiàn)其自收縮較普通混凝土大很多，對(duì)強(qiáng)度、早期的抗裂性以及抗?jié)B性產(chǎn)生極大不利[2]。由自收縮引發(fā)的高性能混凝土性能劣化問題開始得到越來越多的學(xué)者關(guān)注，如何有效減少其自收縮，已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)問題。

將廢舊輪胎制得的橡膠粉應(yīng)用到混凝土中，一方面可以改善混凝土的多種性能，如抗凍性[3-4]、韌性[5-6]及抗沖擊性能[7-8]等，另一方面也為大量廢舊橡膠的回收再利用提供一條解決途徑，保護(hù)環(huán)境。目前有關(guān)橡膠混凝土在自收縮方面的研究較少，為完善其耐久性能，拓寬其應(yīng)用渠道，本文采用非接觸法對(duì)橡膠混凝土的自收縮變形進(jìn)行了初步研究。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥采用華新水泥（鄂州）有限公司生產(chǎn)的PO42.5型水泥，其物理力學(xué)性能見表1；細(xì)骨料采用表觀密度為2680 kg/m3，細(xì)度模數(shù)為2.8的中砂；粗骨料采用表觀密度為2680 kg/m3,吸水率為0.65 %，5～25 mm連續(xù)級(jí)配的碎石；減水劑采用河北恒創(chuàng)建工有限公司生產(chǎn)的FDN奈系高效減水劑，黃褐色固態(tài)粉狀；橡膠粉為20～40 目、60～80 目、100～120 目三種粒徑，表面凹凸不平，呈毛刺撕裂狀。

1.2 試驗(yàn)配合比

本文混凝土試件所采用的配合比如表2，為了統(tǒng)一減水劑對(duì)混凝土緩凝及收縮的影響，每組混凝土的減水劑用量固定在水泥用量的0.8 %。

表1 水泥的物理力學(xué)性能

表2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

圖1 混凝土試件自收縮測定實(shí)驗(yàn)裝置

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 混凝土自收縮試驗(yàn)研究方法

本文按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T50082-2009中的8.1非接觸法收縮試驗(yàn)進(jìn)行，自收縮值的采集使用北京耐久偉業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的NJ-NES非接觸式混凝土收縮變形測定儀，如圖1所示。試件采用100 mmx100 mmx515 mm的棱柱體，每組為3個(gè)試件。試模內(nèi)部需提前鋪設(shè)塑料薄膜，以便對(duì)澆筑振搗后的試件進(jìn)行密封處理，防止與外界產(chǎn)生濕交換，測量混凝土從初凝到3 d齡期的自收縮變化值，數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔為1 h。

1.3.2 混凝土凝結(jié)時(shí)間的確定

為確定混凝土自收縮零點(diǎn)，需對(duì)其初凝時(shí)間進(jìn)行測定。混凝土的初凝時(shí)間按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T50080-2016凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)進(jìn)行，在進(jìn)行貫入試驗(yàn)前2min，用吸管吸取試樣表面的泌水。

1.3.3 混凝土強(qiáng)度及坍落度的測定

本試驗(yàn)除橡膠混凝土自收縮值外，還對(duì)其抗壓強(qiáng)度和坍落度進(jìn)行了測定，為工程實(shí)際應(yīng)用選定合理的摻量和粒徑提供參考?；炷恋目箟簭?qiáng)度和坍落度測定分別按照GB/T50081-2002和GB/T50080-2016進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 橡膠粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

圖2 橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度

測定表2中不同配合比澆筑成型的混凝土試件3 d和28 d抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。從圖2中可以看出摻入橡膠粉后，混凝土的3 d和28 d都有所降低，并隨著橡膠粉摻量的增加，3d和28d抗壓強(qiáng)度下降的程度增大。試件RC-B1、RC-B2、RC-B3比試件CC3 d的強(qiáng)度降低15.6 %，22.9 %，28.7 %；28d的強(qiáng)度降低6 %，14.2 %，27.5 %。隨著橡膠粉的粒徑越細(xì)，橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度也越小，試件RC-B1、RC-B2、RC-B3比試件CC3 d的強(qiáng)度降低20.4 %，22.9 %，32.7 %；28 d的強(qiáng)度降低8.5 %，14.2 %，18.8 %。

橡膠粉是一種抗壓強(qiáng)度較低的彈性材料，加入到混凝土中相當(dāng)于軟弱部分，無法承擔(dān)荷載的作用，另外橡膠粉的彈性模量和混凝土砂漿相差較大，在荷載作用下橡膠粉與周邊砂漿體變形不同步，兩者界面間易引起較大應(yīng)力集中而導(dǎo)致試件破壞，因此膠粉摻量愈多，應(yīng)力集中現(xiàn)象越嚴(yán)重，混凝土強(qiáng)度也越低[9]。相同摻量下橡膠粉粒徑越細(xì)，比表面積越大，相當(dāng)于增大了混凝土中的薄弱面，所以強(qiáng)度也就越低。

2.2 橡膠粉對(duì)混凝土坍落度及凝結(jié)時(shí)間的的影響

測定表2中不同配比的混凝土凝結(jié)時(shí)間和坍落度，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 橡膠混凝土初凝時(shí)間及坍落度

圖3 混凝土測定初凝時(shí)間時(shí)的表面狀態(tài)

橡膠粉的摻入影響了混凝土的凝結(jié)時(shí)間，因此準(zhǔn)確測量凝結(jié)時(shí)間是計(jì)算混凝土自收值的關(guān)鍵步驟。圖3為貫入阻力儀測定試件凝結(jié)時(shí)間前的表面狀態(tài)。從圖3a)中看到橡膠混凝土加水拌合后2h的時(shí)候表面基本沒有泌水，這是因?yàn)楸疚乃捎孟鹉z粉粒徑較小，比表面積較大且表面凹凸不平，其開口孔隙能夠吸收混凝土拌合物中的自由水分，因此摻入橡膠粉后混凝土拌合物坍落度變小，飽水性較好。表3中看出試件RC-B3和RC-C2的坍落度僅有40 mm，35 mm，相比試件CC減少了78 %，81 %，實(shí)際拌合物干稠，流動(dòng)性較低。隨著水泥水化的進(jìn)行，拌合物中自由水分開始減少，橡膠粉吸收的水分開始釋放出來，如圖3b)所示混凝土加水拌合3 h橡膠混凝土表面出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，其泌水時(shí)間要晚于基準(zhǔn)混凝土。

由表3可以看出混凝土摻入橡膠粉后，其凝結(jié)時(shí)間得到較大的延長。試件RC-B1、RC-B2、RC-B3的凝結(jié)時(shí)間相比試件CC提高了72 %，87 %，93 %。隨著膠粉摻量的不斷提高，其延長程度有限，試件RC-B3僅比試件RC-B2的凝結(jié)時(shí)間延長了30 min。當(dāng)橡膠粉摻量相同時(shí)（20 kg/m3），隨著橡膠粉粒徑的減小，其初凝時(shí)間是逐步增加的，試件RC-A2、RC-B2、RC-C2的凝結(jié)時(shí)間相比試件CC提高了34 %，87 %,92 %。這是因?yàn)橐环矫嫦鹉z粉作為一種惰性材料加入到混凝土中，不僅不會(huì)與水泥發(fā)生水化反應(yīng)，還影響水泥顆粒和水之間的接觸[10]，另一方面橡膠粉在水泥水化過程中先吸水后釋水的特性，影響了水泥的水化速率，而橡膠粉摻量越多以及顆粒越細(xì)，上述阻礙影響作用越明顯，因此凝結(jié)時(shí)間越長。

2.3 橡膠粉摻量和粒徑對(duì)混凝土自收縮的影響

圖4 橡膠粉摻量對(duì)混凝土自收縮發(fā)展的影響

圖4、圖5分別為橡膠粉摻量和粒徑對(duì)混凝土自收縮發(fā)展的影響，可以看出混凝土加入橡膠粉后，自收縮值均變小了。本試驗(yàn)測得混凝土自收縮的發(fā)展變化主要發(fā)生在初凝后的30h內(nèi)，30h后自收縮值變化較平緩，這證實(shí)了測量和研究混凝土的早期自收縮值更為重要。這是因?yàn)檫@個(gè)階段水泥水化速率較快，水分消耗迅速，其內(nèi)部濕度開始下降，由于橡膠粉表面凹凸不平，其開口孔隙中的水可對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行濕度補(bǔ)償，產(chǎn)生一定的蓄水減縮效應(yīng)。同時(shí)橡膠粉作為一種彈性材料，可以緩解混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔負(fù)壓，減小自收縮應(yīng)力值。

圖5 橡膠粉粒徑對(duì)混凝土自收縮發(fā)展的影響

由圖4可看出隨著橡膠粉摻量的增加，混凝土的自收縮明顯減少。以初凝后的30h為例，試件CC、RCB1、RC-B2、RC-B3的自收縮值分別為302.03×10-6，175.05×10-6，102.51×10-6，87.36×10-6，可得到 RCB1、RC-B2、RC-B3相比試件CC的自收縮值降低了42 %，66 %，71 %。由圖5可見，隨著橡膠粉粒徑的減小，其自收縮反而增大，試件RC-A2、RC-B2、RC-C2在初凝后的30 h測得的自收縮值為64.9×10-6，102.51×10-6，144.45×10-6，比試件CC分別降低了79 %，66 %，48 %。這是因?yàn)橄鹉z粉的摻量越多和粒徑越細(xì)，膠粉粒子均會(huì)變多，這就會(huì)造成兩種不同的作用相互影響。一方面膠粉粒子變多，橡膠粉總表面積會(huì)增大，與砂漿之間的界面增大，橡膠粉的蓄水減縮以及彈性緩解負(fù)壓作用得以發(fā)揮，另一方面膠粉粒子變多，在攪拌過程中可能會(huì)產(chǎn)生團(tuán)聚及上浮現(xiàn)象，在混凝土內(nèi)部分布不均勻，影響了對(duì)毛細(xì)孔內(nèi)部負(fù)壓的緩解和內(nèi)部的濕度補(bǔ)償作用。

從上述分析中可以看出，試件RC-A2降低混凝土自收縮作用最顯著，降低程度可達(dá)到79 %，并且其抗壓強(qiáng)度仍可達(dá)到40MPa以上且工作性能良好，因此得出結(jié)論摻量為20 kg/m3，粒徑為20～40目的橡膠混凝土，混凝土綜合性能較優(yōu)。

3 結(jié) 語

1）混凝土自收縮主要發(fā)生在早期，本實(shí)驗(yàn)測得自收縮強(qiáng)烈發(fā)展階段約在初凝后的30 h內(nèi)，這證實(shí)了測量和研究混凝土的早期自收縮值更為重要。

2）當(dāng)混凝土中橡膠粉摻量從10 kg/m3增加到20 kg/m3和30 kg/m3時(shí)，混凝土的自收縮明顯減少。當(dāng)摻量固定為20kg/m3時(shí)，隨著橡膠粉粒徑從20～40目減小為60～80目和100～120目，其自收縮是逐步增大的。

3）從降低混凝土自收縮的角度出發(fā)，結(jié)合橡膠粉對(duì)抗壓強(qiáng)度、坍落度的影響，可以得出摻量為20kg/m3，粒徑為20～40目的橡膠混凝土綜合性能最優(yōu)。

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郜風(fēng)濤至中國建材總院檢查指導(dǎo)工作

12月15日，國有重點(diǎn)大型企業(yè)監(jiān)事會(huì)主席郜風(fēng)濤一行到中國建材總院檢查指導(dǎo)工作。中國建材集團(tuán)董事長、黨委書記宋志平，國有重點(diǎn)大型企業(yè)監(jiān)事會(huì)23辦主任武偉、副主任崔鵬等陪同檢查指導(dǎo)。

郜風(fēng)濤一行到中國建材總院光纖面板研發(fā)生產(chǎn)基地、新型示范房屋和綠色建材國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了實(shí)地檢查，聽取了集團(tuán)副董事長兼中國建材總院院長姚燕關(guān)于企業(yè)近年來經(jīng)濟(jì)效益、本年度生產(chǎn)經(jīng)營、科技創(chuàng)新、改革、黨建，以及近三年接受內(nèi)外部檢查、審計(jì)、巡視面臨的困難和問題等情況的詳細(xì)匯報(bào)。他對(duì)總院多年來致力于科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)科技進(jìn)步，服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)做出的貢獻(xiàn)，給予了充分肯定。對(duì)做好下一步工作，他提出了明確要求和殷切希望，一是繼續(xù)大力推進(jìn)科技創(chuàng)新。圍繞國家、行業(yè)、集團(tuán)的戰(zhàn)略需要，統(tǒng)籌科技資源，把牢制高點(diǎn)，切實(shí)履行國家、集團(tuán)賦予總院的光榮使命；二是繼續(xù)大力推進(jìn)產(chǎn)研融合。認(rèn)真研究產(chǎn)研關(guān)系、創(chuàng)新產(chǎn)研融合模式，服務(wù)國家、行業(yè)、集團(tuán)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，以增強(qiáng)集團(tuán)整體競爭優(yōu)勢；三是繼續(xù)深化改革，建立靈活高效的體制機(jī)制。要建立科學(xué)高效的總部管理模式，進(jìn)一步加強(qiáng)公司化管理和市場化經(jīng)營能力，推進(jìn)規(guī)范化的公司治理體系的建設(shè)；四是繼續(xù)加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)，提高隊(duì)伍素質(zhì)，尤其是要加強(qiáng)青年科技人才的培養(yǎng)，建立完善薪酬激勵(lì)機(jī)制，構(gòu)建良好的創(chuàng)新環(huán)境。

宋志平在聽取了總院工作匯報(bào)后，充分肯定了總院發(fā)展成績和班子建設(shè)。他表示，郜風(fēng)濤主席一行對(duì)總院的戰(zhàn)略和經(jīng)營業(yè)績、科技創(chuàng)新給予了誠懇的評(píng)價(jià)和充分肯定，對(duì)總院的未來發(fā)展也提出了期望和要求，要認(rèn)真抓好貫徹落實(shí)，努力實(shí)現(xiàn)好上加好。他強(qiáng)調(diào)總院是集團(tuán)的寶貴財(cái)富，在集團(tuán)科技轉(zhuǎn)型方面，沒有總院不行。在集團(tuán)“六大平臺(tái)”戰(zhàn)略規(guī)劃中，總院要進(jìn)一步做強(qiáng)、做優(yōu)、做大，補(bǔ)短板，找漏洞，防風(fēng)險(xiǎn)。要成為集團(tuán)做好科技創(chuàng)新的引擎與核心推動(dòng)力。

中國建材集團(tuán)辦公室主任張繼武、科技管理部總經(jīng)理郅曉，總院黨委書記王益民，總院副院長、總會(huì)計(jì)師朱全英，總院副院長顏碧蘭，總院副院長、瑞泰科技董事長曾大凡，總院黨委副書記、國檢集團(tuán)總經(jīng)理馬振珠，總院副院長、中國新材院院長程華，合肥院副院長朱兵等有關(guān)負(fù)責(zé)人陪同參加調(diào)研和匯報(bào)活動(dòng)。