徐 輝，張 成，劉佳鈺，周揚(yáng)鋒，榮 彬

（1.華北中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津市300000；2.天津大學(xué)，天津市300072）

0 引 言

橡膠集料混凝土是近幾年來(lái)研究比較多的新型混凝土。橡膠集料混凝土是將橡膠顆粒作為混凝土的粗骨料或者細(xì)骨料，按照一定比例配制而成的混凝土，用以改善傳統(tǒng)混凝土的性能。但由于混凝土中的粗骨料和細(xì)骨料與橡膠顆粒的粘結(jié)程度不夠牢固，導(dǎo)致橡膠集料混凝土的抗壓和抗折性能有不同程度的降低。

針對(duì)新拌橡膠集料混凝土的物理性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，得到了具有實(shí)際意義的結(jié)論。Khatib 和Bayomy[1]則對(duì)新拌橡膠集料混凝土的坍落度進(jìn)行了研究;通過(guò)在混凝土中加入粒徑不同的橡膠顆粒代替粗骨料或者細(xì)骨料，研究橡膠顆粒作為混凝土不同組分時(shí)對(duì)于坍落度的影響。通過(guò)試驗(yàn)研究表明，當(dāng)橡膠顆粒作為粗骨料加入混凝土?xí)r，得到的新拌混凝土的坍落度與普通混凝土相比基本沒(méi)有降低或者降低很少;而將橡膠顆粒作為細(xì)骨料加入到混凝土當(dāng)中時(shí)，新拌混凝土的坍落度則下降得較多，如果橡膠顆粒作為細(xì)骨料的比例達(dá)到40%的時(shí)候，制作的混凝土己經(jīng)失去了工作性。

將混凝土顆粒作為混凝土骨料代替一定的傳統(tǒng)砂石骨料可以有效改善混凝土構(gòu)件的延性，提高其抗裂性能；但是其抗壓強(qiáng)度會(huì)有一定的降低，為了補(bǔ)償這種效應(yīng)，可以加入適量的混凝土膨脹劑來(lái)提高混凝土強(qiáng)度。本文研究了膨脹劑種類(lèi)以及膨脹劑摻量，橡膠顆粒摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，并篩選出最適合的膨脹劑摻量，橡膠摻量混凝土配合比。

1 原材料與配合比

1.1 原材料

此次試驗(yàn)采用的水泥為P.042.5 型號(hào)普通硅酸鹽水泥；使用的粗骨料為石灰質(zhì)巖的碎石，粒徑為5～20 mm，表觀密度為2.6 g/cm3；細(xì)骨料為天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.45，表觀密度為3.5 g/cm3；橡膠顆粒集料密度為1.09 g/cm3，平均粒徑為1.2 mm。

1.2 配合比

試驗(yàn)配合比見(jiàn)表1、表2。其中CHA4CR0 代表4%摻量硫鋁酸鈣類(lèi)膨脹劑，0%摻量橡膠顆粒，其他以此類(lèi)推。本試驗(yàn)試件混凝土混合不同比例橡膠顆粒及不同比例不同種類(lèi)的膨脹劑。本試驗(yàn)試件混凝土采用C35 混凝土配合比。水灰比0. 44，膨脹劑摻入法采用外摻法，膨脹劑比例為水泥摻量的百分比。本次試驗(yàn)采用4%、8%、12%、15%摻量膨脹劑，以便盡可能大范圍考慮膨脹劑摻量對(duì)混凝土試件強(qiáng)度的影響，采用0%、2%、4%、6%、8%摻量橡膠顆粒，根據(jù)已有研究[9]中橡膠摻量8%以上對(duì)于混凝土試件的強(qiáng)度影響較大，因而未選取大于8%摻量橡膠顆粒，其中膨脹劑摻量為0%時(shí)為對(duì)比組。

2 試驗(yàn)方法

2.1 膨脹劑種類(lèi)摻量改變情況下的混凝土抗壓強(qiáng)度

此次試驗(yàn)中共有54 組試件，分別對(duì)應(yīng)不摻入膨脹劑6 組，摻入CHA 膨脹劑24 組，摻入CSA 膨脹劑24 組，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，試驗(yàn)試件強(qiáng)度要乘以尺寸折減系數(shù)0.95。

表1 膨脹劑摻量不同的配合比表 單位：kg/m3

表2 膨脹劑橡膠顆粒摻量不同的配合比表 單位：kg/m3

2.2 膨脹劑種類(lèi)摻量和橡膠顆粒摻量同時(shí)改變情況下的混凝土抗壓抗折強(qiáng)度

（1）此次試驗(yàn)中有30 組試驗(yàn)，膨脹劑摻量為8%、10%、12%，膨脹劑種類(lèi)為CSA 和CHA，橡膠摻量為0%、2%、4%、8%。立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行，每組有三個(gè)試件，所有試件均在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)成型，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，試驗(yàn)試件強(qiáng)度要乘以尺寸折減系數(shù)0.95。

（2）抗折強(qiáng)度試驗(yàn)按GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》試驗(yàn)方法進(jìn)行，膨脹劑摻量，種類(lèi)，橡膠摻量與混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)均相同。試件為100 mm×100 mm×400 mm 的棱柱體混凝土試件，試驗(yàn)試件強(qiáng)度應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)0.85。

（3）混凝土抗折強(qiáng)度計(jì)算按式（1）計(jì)算：

式中：Ff為混凝土抗折強(qiáng)度，MPa；F 為試件被破壞荷載，N；L 為支座間跨度，mm；H 為試件截面高度，mm；B 為試件截面寬度，mm。

混凝土抗折強(qiáng)度計(jì)算精確至0.1 MPa。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 膨脹劑種類(lèi)摻量改變情況下的混凝土抗壓強(qiáng)度

對(duì)54 組試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試件破壞見(jiàn)圖1。未添加膨脹劑的試塊在試驗(yàn)過(guò)程中外表剝落較為明顯，添加膨脹劑的試塊多為只出現(xiàn)裂縫，而外表混凝土仍然較為完好，但膨脹劑添加量達(dá)到15%的試塊試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)在發(fā)出“嘭”的清脆響聲同時(shí)，試塊開(kāi)裂。

不同種類(lèi)，不同摻量的膨脹劑的混凝土抗壓強(qiáng)度見(jiàn)圖2。

圖1 強(qiáng)度試驗(yàn)試件

圖2 膨脹劑及其摻量變化時(shí)的抗壓強(qiáng)度變化曲線

由圖2 可知可以看出各試件組的抗壓強(qiáng)度曲線呈現(xiàn)波浪形，相對(duì)于普通混凝土的構(gòu)件組，摻入膨脹劑的構(gòu)件組抗壓強(qiáng)度都有不同程度的提高。摻入量越高強(qiáng)度提高的越多，且CSA 與CHA 膨脹劑摻量相同情況下對(duì)抗壓強(qiáng)度的提高差別不大，膨脹劑添加4%硫鋁酸鈣類(lèi)（CHA）膨脹劑的相對(duì)抗壓強(qiáng)度提高最少，添加8%、12%、15%的膨脹劑強(qiáng)度提高較明顯，但對(duì)于添加量為15%的構(gòu)件強(qiáng)度提高與添加量8%和12%相比提高不夠明顯，后期雙摻試驗(yàn)考慮添加量8%～12%范圍進(jìn)行后期試驗(yàn)。

3.2 膨脹劑種類(lèi)摻量和橡膠顆粒摻量同時(shí)改變情況下的混凝土抗壓強(qiáng)度

對(duì)90 組試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試件破壞見(jiàn)圖3。同時(shí)添加膨脹劑和橡膠顆粒的試塊多為只出現(xiàn)裂縫，而外表混凝土仍然較為完好，但橡膠顆粒添加量達(dá)到8%的試塊試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)輕微剝落。

膨脹劑種類(lèi)摻量和橡膠顆粒摻量同時(shí)改變情況下的混凝土抗壓強(qiáng)度見(jiàn)圖4、圖5。

由圖4 可知各試件組的抗壓強(qiáng)度曲線隨橡膠顆粒添加量的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，相對(duì)于只添加膨脹劑的混凝土構(gòu)件組，摻入橡膠顆粒的構(gòu)件組抗壓強(qiáng)度都有不同程度的降低；相對(duì)于兩者都不摻的素混凝土試塊，添加8%、10%硫鋁酸鈣類(lèi)（CHA）膨脹劑的混凝土試塊在添加橡膠顆粒量達(dá)到4%之前，抗壓強(qiáng)度均大于素混凝土試塊抗壓強(qiáng)度，橡膠顆粒摻量增加，CHA8 混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度降低較為明顯。對(duì)于混凝土試件，橡膠顆粒摻入量越高強(qiáng)度越低，添加12%硫鋁酸鈣類(lèi)（CHA）膨脹劑的混凝土試塊與添加10%硫鋁酸鈣類(lèi)（CHA）膨脹劑的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度變化不大，在添加橡膠顆粒量達(dá)到6%時(shí)抗壓強(qiáng)度與素混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度基本一致，而抗裂性能得到較大提高。橡膠顆粒添加量達(dá)到8%時(shí)，強(qiáng)度降低明顯。

圖3 強(qiáng)度試驗(yàn)試件

圖4 CHA 中橡膠摻量變化的抗壓強(qiáng)度

圖5 CS A 中橡膠摻量變化的抗壓強(qiáng)度

由圖5 可知，添加12%氧化鈣類(lèi)（CSA）膨脹劑的混凝土試塊與添加8%、10%氧化鈣類(lèi)（CSA）膨脹劑的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度變化不大，橡膠顆粒含量增加混凝土試件強(qiáng)度明顯降低，混凝土試塊在添加橡膠顆粒量達(dá)到6%之前，雙摻的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度是大于素混凝土試件的抗壓強(qiáng)度的。混凝土試塊在添加橡膠顆粒量達(dá)到8%時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降達(dá)30%以上。

綜合圖4、圖5 可知，添加氧化鈣類(lèi)（CSA）膨脹劑的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度比添加同等摻量是硫鋁酸鈣類(lèi)（CHA）膨脹劑的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度大。相對(duì)于普通混凝土的構(gòu)件組，摻入膨脹劑的構(gòu)件組抗壓強(qiáng)度都有不同程度的提高。摻入量越高強(qiáng)度提高的越多，添加4%硫鋁酸鈣類(lèi)（CHA）膨脹劑的相對(duì)抗壓強(qiáng)度提高最少，添加8%、12%、15%的膨脹劑強(qiáng)度提高較明顯，但對(duì)于添加量為15%的構(gòu)件強(qiáng)度提高與添加量8%和12%相比提高不夠明顯，后期雙摻試驗(yàn)考慮添加量8%～12%范圍進(jìn)行后期試驗(yàn)。

3.3 膨脹劑種類(lèi)摻量和橡膠顆粒摻量同時(shí)改變情況下的混凝土抗折強(qiáng)度

對(duì)90 組試件進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。試件破壞見(jiàn)圖6。試驗(yàn)中構(gòu)件僅出現(xiàn)一條裂縫未有其他變化。

圖6 抗折試驗(yàn)試件

由圖7、圖8 可知各試件組的抗折強(qiáng)度曲線隨橡膠顆粒添加量的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖7 CHA 中橡膠摻量變化時(shí)的抗折強(qiáng)度

圖8 CS A 中橡膠摻量變化時(shí)的抗折強(qiáng)度

由圖7 可知，CHA 膨脹劑摻量越多，混凝土試件抗折強(qiáng)度提高越明顯。橡膠摻量越多，混凝土試件抗折強(qiáng)度下降的越明顯，其中橡膠摻量起到主要控制作用。當(dāng)橡膠摻量達(dá)到6%之后，混凝土試件抗折強(qiáng)度下降的十分明顯，當(dāng)橡膠摻量到8%時(shí)，CHA5混凝土試件抗折強(qiáng)度下降達(dá)20%以上。考慮到經(jīng)濟(jì)效益，CHA10 混凝土試件的抗折強(qiáng)度表現(xiàn)較好。

由圖8 可知，總體上，隨著橡膠顆粒摻量的增加，混凝土的抗折強(qiáng)度是逐步降低的，CSA 的摻量在8%～12%變化時(shí)對(duì)于混凝土試件抗折強(qiáng)度的提升區(qū)別不大，橡膠顆粒對(duì)試件的抗折強(qiáng)度起到控制作用。在橡膠摻量達(dá)到6%之前，CSA10 試件與CSA12試件隨著橡膠顆粒摻量抗折強(qiáng)度的變化趨勢(shì)基本一致，數(shù)據(jù)相差不大。考慮到經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，CSA10 為最優(yōu)的選擇。

綜合圖6、圖7 來(lái)看，兩種膨脹劑對(duì)于試件的抗折強(qiáng)度的影響差別不大。

4 結(jié) 論

（1）在混凝土中摻入膨脹劑對(duì)混凝土的強(qiáng)度的較為明顯的提高，4%～12%膨脹劑摻量時(shí)，混凝土試件的強(qiáng)度提高的較為明顯，12%～15%膨脹劑摻量時(shí)，混凝土試件的強(qiáng)度提高的不多。

（2）橡膠的摻入有利于混凝土試件的延性破壞，相應(yīng)的橡膠摻量的增加使得混凝土試件的強(qiáng)度降低，8%橡膠摻量時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度下降達(dá)30%以上。

（3）加入膨脹劑可以使混凝土更加密實(shí)，膨脹劑的摻入一定程度上補(bǔ)償了橡膠混凝土強(qiáng)度的損失。在抗壓強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度中橡膠摻量起主要因素，膨脹劑摻量起次要因素，且在6%橡膠摻量與10%膨脹劑摻量的配合比下的混凝土試件力學(xué)性能優(yōu)于其他復(fù)摻的試件。