周蔓蘭 施慧倫

(1.山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中 030619; 2.山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院,山東 淄博 255000)

在現(xiàn)代化社會(huì)建設(shè)過程中，混凝土越來越成為重要的建筑材料，但混凝土較弱的延性性能導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中受到很大的限制。如何提高混凝土的延性性能已成為一項(xiàng)亟待解決的問題。20世紀(jì)90年代，由美國的Shuaib Ahmad最先提出了橡膠混凝土這一概念，他發(fā)現(xiàn)在混凝土中加入橡膠顆粒雖然會(huì)降低其強(qiáng)度但延性和抗沖切性能得到極大提升。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，輪胎的產(chǎn)量呈現(xiàn)大幅上升的趨勢，相應(yīng)廢舊輪胎產(chǎn)量也逐年增多，預(yù)計(jì)到2020年，我國廢舊橡膠輪胎的產(chǎn)量能達(dá)到600多萬噸，這給橡膠顆?；炷恋陌l(fā)展提供了良好的前景。本文運(yùn)用控制變量和正交試驗(yàn)法，就橡膠顆粒粒徑與橡膠顆粒摻量選取不同水平形成多組實(shí)驗(yàn)，從力學(xué)角度闡述橡膠顆粒對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和延性性能的影響，并作出變化規(guī)律分析。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)采用42.5普通硅酸鹽級(jí)水泥，表觀密度為2 600 kg/m3，細(xì)度模數(shù)為2.47的黃砂；Dmax為25 mm的級(jí)配良好的碎石；20%的UNF-1型萘系高效減水劑，自來水，50目～90目，1 mm～3 mm，2 mm～4 mm三種規(guī)格的廢舊輪胎橡膠顆粒。

1.2 試驗(yàn)配合比

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用三種橡膠粒徑與四種橡膠摻量，研究不同橡膠粒徑和摻量對(duì)混凝土性能的影響?；鶞?zhǔn)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C45，實(shí)驗(yàn)中各粒徑橡膠顆粒分別按照5%,10%,20%等體積取代砂。減水劑用量為水泥用量的0.75%，具體配合比見表1。

表1 試驗(yàn)混凝土配合比 kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

根據(jù)試驗(yàn)需求準(zhǔn)備試驗(yàn)材料，按照配合比稱量出各材料用量，將減水劑在水中攪拌混合，將砂、石、70%摻有減水劑的水及橡膠顆粒放入攪拌機(jī)中，攪拌30 s，使材料混合均勻，加入水泥，攪拌30 s，最后加入剩余的30%摻有減水劑的水，攪拌60 s，倒出拌合物，進(jìn)行和易性檢測后制成標(biāo)準(zhǔn)試件，采用標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。共制作試塊84個(gè)，養(yǎng)護(hù)到測試時(shí)間后，取試塊在試件兩側(cè)粘貼應(yīng)變片，然后放在萬能應(yīng)變機(jī)上進(jìn)行加載，加載速度為0.1 MPa/s，并通過動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和數(shù)據(jù)采集分析儀記錄數(shù)據(jù)，見表2。

表2 立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 MPa

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

如圖1所示，橡膠混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度受橡膠顆粒摻量與橡膠顆粒粒徑的影響顯著。橡膠顆粒摻量越大，混凝土抗壓強(qiáng)度下降越多，由圖1可知，當(dāng)橡膠顆粒的摻量達(dá)到10%時(shí)，各粒徑的橡膠均使混凝土強(qiáng)度降低接近30%，而當(dāng)摻量達(dá)到20%時(shí)，其強(qiáng)度下降均超過50%。

而且比較圖2～圖4可以發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒粒徑越大，混凝土的抗壓強(qiáng)度下降越多，而且橡膠顆粒粒徑越大，混凝土強(qiáng)度增長速度越慢，早期具有的強(qiáng)度越低。

分析原因：混凝土強(qiáng)度下降的原因主要有3個(gè)：1)摻入的橡膠顆粒由于自身的強(qiáng)度低，導(dǎo)致加入橡膠顆粒的混凝土強(qiáng)度下降。2)加入橡膠顆粒使得混凝土的和易性變差，造成橡膠混凝土強(qiáng)度降低。3)橡膠顆粒的摻入削弱了水泥與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度，使混凝土強(qiáng)度降低。橡膠混凝土強(qiáng)度下降趨勢隨橡膠顆粒粒徑增大而增大的原因：橡膠顆粒越小，在水化作用下越容易產(chǎn)生聚團(tuán)現(xiàn)象，使得混凝土強(qiáng)度降低少，顆粒粒徑越大則不容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象；橡膠顆粒粒徑越大，對(duì)混凝土的和易性影響越大，混凝土強(qiáng)度下降越明顯。橡膠混凝土早期強(qiáng)度低的原因：摻入的大粒徑橡膠顆粒較小粒徑橡膠顆粒更能影響混凝土和易性，減弱了早期強(qiáng)度的形成。

2.2 應(yīng)力—應(yīng)變

2.2.1混凝土應(yīng)力—應(yīng)變的影響

由圖5～圖7可知，三種顆粒粒徑的橡膠混凝土應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系與普通混凝土類似，應(yīng)變上升階段經(jīng)歷了彈性階段、塑形階段、內(nèi)部裂縫形成階段[3]。與普通混凝土相比，橡膠顆?；炷恋膹椥詷O限和內(nèi)部裂縫開展點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變較小，橡膠混凝土的峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變也較小，應(yīng)力增長平緩，應(yīng)變?cè)鲩L顯著。

隨著橡膠顆粒摻量的不斷增加，橡膠顆?；炷恋膹椥阅Ａ恐饾u減小(混凝土試塊的應(yīng)變值不斷加大)，在不同的粒徑中，摻量對(duì)應(yīng)力—應(yīng)變的影響也不同[4]。在50目～90目和2 mm～4 mm橡膠顆?；炷林?，隨著橡膠顆粒摻量的不斷增加，混凝土的應(yīng)變值呈現(xiàn)小幅度增長，而在1 mm～2 mm橡膠顆?；炷林袘?yīng)變的增長速度很快。且50目～90目和2 mm～4 mm橡膠顆?；炷恋膽?yīng)變?cè)谛搅繒r(shí)小于正?；炷?，而1 mm～2 mm橡膠顆?；炷恋膽?yīng)變則始終大于正常混凝土。

2.2.2混凝土彈性模量的影響

由圖8可知，橡膠顆?；炷翉椥阅Ａ康臏p小與橡膠顆粒粒徑有關(guān)，摻入1 mm～2 mm橡膠顆粒時(shí)，橡膠混凝土彈性模量隨橡膠摻量的增加而減小，摻入50目～90目與2 mm～4 mm橡膠顆粒的混凝土彈性模量雖然隨橡膠摻量的增加而下降，但其彈性模量表現(xiàn)出離散型，其主要是由于大橡膠顆粒與橡膠粉在混凝土中的不均勻分布引起的。分析橡膠顆粒的摻入降低混凝土彈性模量的原因：橡膠顆粒在外力作用下產(chǎn)生的形變較大，橡膠顆粒的摻入使得混凝土在外力作用下產(chǎn)生更大的形變，彈性模量就隨著橡膠顆粒的增加逐漸減小了。

而且在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，不摻加橡膠顆粒的混凝土在受壓破壞時(shí)，呈現(xiàn)脆斷崩裂現(xiàn)象，而摻加橡膠顆粒的混凝土試件則表現(xiàn)出明顯的延性破壞，這個(gè)現(xiàn)象也很好的證實(shí)了橡膠顆粒的摻入能有效改善混凝土的延性性能。

3 結(jié)語

本次試驗(yàn)研究了橡膠顆粒粒徑與摻量對(duì)橡膠顆?；炷恋男阅苡绊?，通過對(duì)比分析可以得到以下結(jié)論：

1)橡膠顆粒摻量相同時(shí)，顆粒粒徑越大，早期強(qiáng)度越低，混凝土的強(qiáng)度下降越多；橡膠顆粒粒徑相同時(shí)，隨橡膠顆粒摻量增加，混凝土強(qiáng)度明顯下降。

2)與普通混凝土相比，橡膠混凝土的彈性極限、內(nèi)部裂縫開展點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變、峰值應(yīng)力和應(yīng)變均較小。

3)摻入橡膠顆粒以后，試驗(yàn)得到的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線與普通混凝土類似，混凝土的彈性模量變小，且無規(guī)律性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張 鵬.塑性混凝土材料性能試驗(yàn)研究及其應(yīng)用[D].鄭州：鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005.

[2] 張振利.碾壓橡膠混凝土變形性能研究[D].天津：天津大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008.

[3] 喬衛(wèi)國,王立華，林登閣，等.橡膠顆?；炷磷顑?yōu)配合比正交試驗(yàn)研究[J].混凝土，2014(10)：89-92.

[4] 路沙沙,麻鳳海，鄧 飛.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)，2014,33(10)：2477-2483.