付建，張茜，吳峰，史新君

(攀枝花學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，四川 攀枝花 617000)

目前，橡膠廢棄物在世界范圍內(nèi)的數(shù)量均在顯著增長。廢棄輪胎是廢棄橡膠的重要來源之一[1]。由于汽車工業(yè)的盛行，發(fā)達(dá)國家廢棄輪胎的產(chǎn)生率幾乎人均一個。每年廢棄輪胎數(shù)量達(dá)到10億個，其中超過50%的廢棄輪胎未經(jīng)過任何處理。預(yù)計到2030年，廢棄輪胎產(chǎn)生量將達(dá)到12億。這造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，阻礙了社會的可持續(xù)發(fā)展[2]。

將廢棄橡膠輪胎用于建筑材料是處理和利用這一廢棄物的較好方法。利用橡膠的特性，制成橡膠顆?；蚍勰瑩饺牖炷林?，可得到橡膠混凝土,國內(nèi)外學(xué)者對其的性能進(jìn)行了廣泛研究[3]。

本文研究不同摻量的廢棄橡膠顆粒對普通混凝土的疲勞壽命、疲勞強(qiáng)度及疲勞變形的影響，為今后廢棄橡膠混凝土應(yīng)用提供參考[4-5]。

1 實(shí)驗部分

1.1 材料與儀器

P·O42.5水泥；河砂(平均粒徑0.5 mm以上，粗砂，含水率為5%)；石子(粒徑5～ 31.5 mm)；萘系高效減水劑，工業(yè)級；40目橡膠粉。

SC6000型液壓伺服實(shí)驗機(jī)。

1.2 實(shí)驗方法

混凝土的設(shè)計強(qiáng)度為 C35，混凝土配合比計算依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ 55—2000)(J 64—2000)以及《建筑施工計算手冊》。橡膠粉摻量為替代15%，45%體積的粗骨料，為了保證相同的水灰比，所有橡膠混凝土配合比要求骨料總體體積不變，只改變粗骨料和橡膠粉摻量，其它成分摻量均應(yīng)保持相同。具體的橡膠混凝土配合比見表1。

表1 不同配比橡膠粉摻量比下的混凝土配方比

混凝土采用二次投料法，控制相同攪拌時間及加水方法等攪拌制度進(jìn)行攪拌機(jī)拌合。振動臺離心脫水密實(shí)成型振動成型，不超過40 ℃下靜止硬化，24 h后脫模。在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，確保試件處于同一條件下，確定符合實(shí)驗條件后進(jìn)行測試。每組配合比按有關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、三點(diǎn)彎曲實(shí)驗、疲勞壽命測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 橡膠粉摻量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

表2為橡膠粉摻入量不同時混凝土的表觀密度、抗壓強(qiáng)度。

表2 不同配比橡膠粉摻量下橡膠混凝土表觀密度及抗壓強(qiáng)度

由表2可知，普通混凝土的表觀密度最大，隨橡膠粉摻量的增加，混凝土表觀密度顯著下降。摻量越大，降幅越大，當(dāng)摻量達(dá)到45%時，降幅達(dá)到13.5%。普通混凝土的抗壓強(qiáng)度也是最大的，橡膠粉增加越多，抗壓強(qiáng)度降低越多，降幅達(dá)到53.1%。橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度下降的主要原因可能是由于橡膠的彈性模量限制，其彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)比混凝土低；另一方面，橡膠表面為疏水性[6]，不利于混凝土內(nèi)部界面的黏接。因此，硬化后的混凝土內(nèi)部，橡膠顆粒與水泥漿之間可能存在細(xì)微裂縫，可承受負(fù)載的實(shí)際面積減小，削弱了水泥混凝土的負(fù)載能力。

2.2 橡膠粉摻量對彎曲負(fù)載實(shí)驗的影響

表3為不同配比橡膠粉摻量下橡膠混凝土三點(diǎn)彎曲負(fù)載實(shí)驗結(jié)果。

表3 不同配比橡膠粉摻量下橡膠混凝土三點(diǎn)彎曲實(shí)驗結(jié)果

由表3可知，橡膠粉摻量的增加會導(dǎo)致橡膠混凝土的峰值負(fù)載下降，卻會使混凝土的峰值撓度上升，表明橡膠粉的加入提高了混凝土的峰值撓度。另外，橡膠混凝土的峰值拉伸應(yīng)變也隨著橡膠粉摻入量增加而升高，當(dāng)摻量為45%時，增幅可達(dá)到253.4%，其極限拉應(yīng)變同樣升高，在摻量為45%時達(dá)到最大，增幅可達(dá)到180.0%。以上數(shù)據(jù)表明，橡膠粉的摻入可以增強(qiáng)混凝土的負(fù)載能力。這一主要原因可能是，橡膠粉能有效吸收或消耗裂縫擴(kuò)展時釋放的能量，抑制了裂縫產(chǎn)生以及避免擴(kuò)大。這一特性增強(qiáng)混凝土韌性，減輕脆性，使橡膠混凝土趨于延性破壞[7]。

2.3 橡膠粉摻量對不同應(yīng)力水平下疲勞壽命的影響

表4為不同配比橡膠粉摻量下混凝土的應(yīng)力水平-疲勞壽命。

表4 不同配比下橡膠粉摻量橡膠混凝土疲勞壽命

由表4可知，摻入橡膠粉后，混凝土的疲勞壽命在同一應(yīng)力水平下可顯著提高，最高可達(dá)2倍多。這主要是因為橡膠可變形性，變形同時吸收能量，避免裂縫產(chǎn)生以及擴(kuò)大。

圖1 不同配比下橡膠混凝土疲勞壽命

由圖1可知，橡膠混凝土的疲勞壽命具有離散性的特點(diǎn)，且有一定的統(tǒng)計分布規(guī)律。這主要是因為疲勞壽命的數(shù)據(jù)通常是在指定應(yīng)力水平下測試得出。該測試過程中數(shù)據(jù)反應(yīng)較為敏感，容易受許多隨機(jī)因素影響，比如所受應(yīng)力強(qiáng)度水平，給予應(yīng)力的系統(tǒng)加載應(yīng)力不穩(wěn)定、試件尺寸的些許差別、測量系統(tǒng)的測量誤差、實(shí)驗操作誤差等。以上原因都可能導(dǎo)致混凝土疲勞壽命離散性偏大[8]。

本文主要對不同摻量橡膠混凝土的疲勞性能開展研究。將廢棄輪胎粉碎，得到橡膠粉，以一定比例摻入混凝土中[9]，一方面大量的廢棄輪胎可以得到回收利用，避免資源，同時又可以有效減輕對環(huán)境的污染；另一方面，橡膠是一種彈性材料，其良好的變形能力及韌性，廢棄后依然可以加以利用，這一性質(zhì)使其成為改善混凝土的韌性，減輕脆性的絕佳材料。因此，橡膠混凝土不失為一種新型的環(huán)保綠色建筑材料，可廣泛應(yīng)用于建筑、公路修筑等領(lǐng)域[10]。

3 結(jié)論

(1)橡膠顆粒的滲入，降低了橡膠混凝土的表觀密度及抗壓強(qiáng)度。表觀密度隨橡膠粉摻量的增加顯著下降，摻量越大，降幅越大，當(dāng)摻量達(dá)到45%時，降幅達(dá)到13.5%?？箟簭?qiáng)度也是隨著橡膠增加越多，抗壓強(qiáng)度逐漸降低，降幅達(dá)到53.1%。

(2)橡膠顆粒的增加，使混凝土的拉伸應(yīng)變顯著增高。另外，橡膠混凝土的峰值撓度、極限應(yīng)變在靜態(tài)作用下也相對普通混凝土高：橡膠混凝土最高峰值拉伸應(yīng)變相比于普通混凝土漲幅可達(dá)到253.4%，其極限拉伸應(yīng)變最高時相比于普通混凝土漲幅可達(dá)到180.0%。

(3)疲勞壽命實(shí)驗數(shù)據(jù)具有一定離散性，但不影響實(shí)驗結(jié)果。橡膠粉的摻入能顯著提高混凝土的疲勞壽命，與橡膠粉摻入量成正比。不同應(yīng)力水平下的橡膠混凝土疲勞壽命也不同，其與應(yīng)力水平成反比。這表明橡膠混凝土具有優(yōu)于普通混凝土的抗疲勞開裂性能