楊海全

（喀左縣水利局，遼寧 朝陽 122300）

0 引言

廢舊輪胎是一種常見的固體廢棄物，是一種危害自然生態(tài)的垃圾[1]。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和汽車保有量的不斷攀升，必然產(chǎn)生大量的廢舊輪胎和橡膠制品。因此，如何對廢舊輪胎進(jìn)行處理和資源化利用就成為亟待解決的問題。目前，我國的廢舊輪胎回收利用主要以生產(chǎn)再生膠為主，而西方一些國家則主要以膠粉利用為主。將廢舊輪胎制成膠粉，可以直接用于生產(chǎn)橡膠制品、建筑材料；將橡膠顆粒摻入水工混凝土，可以有效改善混凝土的抗裂性能，提升其隔熱保溫和耐久性[2]。顯然，橡膠顆粒對水工混凝土性能的影響主要取決于橡膠顆粒的摻量和顆粒大小。目前的研究主要集中于橡膠顆粒摻量對混凝土性能的影響，針對橡膠顆粒大小對混凝土性能影響的研究不多，特別是缺少橡膠顆粒大小對水工混凝土抗凍性能的影響研究[3]。基于此，此次研究通過室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討不同目數(shù)廢舊輪胎橡膠粉對水工混凝土抗凍融性能的影響，以便為相關(guān)工程應(yīng)用提供支持和幫助。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中使用的水泥材料為P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，其主要物理性能如表1 所示。由表1 的數(shù)據(jù)可以看出，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)施工規(guī)范的要求，可以用于此次試驗(yàn)研究。

表1 水泥材料物理性能

試驗(yàn)用砂為天然砂，符合JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求，細(xì)度模數(shù)為2.7 的中砂，其堆積密度為2 350 kg/m3，含泥量不超過3.5%；試驗(yàn)中粗骨料為人工石灰?guī)r碎石，符合JGJ 52-2006 要求，其壓碎率為5.8%，堆積密度為2 430 kg/m3；試驗(yàn)用水為普通自來水；試驗(yàn)用減水劑為聚羥酸減水劑，其推薦摻量為2.7 kg/m3。

試驗(yàn)用廢輪胎橡膠顆粒目數(shù)為20～120 目。由于汽車輪胎在生產(chǎn)過程中需要使用硬脂酸鋅，橡膠顆粒中含有一定量的硬脂酸鋅，會導(dǎo)致橡膠顆粒與水泥砂漿黏結(jié)作用的下降[4]。因此，在橡膠混凝土制備之前首先利用氫氧化鈉溶液浸泡橡膠顆粒，再用清水清洗，以除去橡膠顆粒表面的硬脂酸鋅。

1.2 試驗(yàn)方案

鑒于橡膠顆粒摻量也是影響水工混凝土物理力學(xué)性能的重要因素，為保證試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性和有效性，在試驗(yàn)中選擇5%，10%和15%等3 種不同的體積取代率取代混凝土制作過程中的天然砂，制成廢舊橡膠顆?；炷羀5]。同時(shí)，結(jié)合此次研究的主要目的，每種不同的取代率再設(shè)計(jì)20，40，60，80，100 和 120 目等不同的細(xì)度等級進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的對比，獲得橡膠顆粒細(xì)度對混凝土抗凍融性能的影響。

1.3 試件制作

由于試驗(yàn)中使用的橡膠顆粒粒徑較小，在混凝土的制作過程中容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，從而對試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性造成影響[6]。為保證橡膠粉能夠均勻分散到混凝土拌合物中，需要將橡膠粉和水泥攪拌均勻。在混凝土制作過程中，先將砂子、石子倒入攪拌機(jī)攪拌60 s，然后加入水泥和橡膠粉的拌合物再攪拌30 s，最后加入水和減水劑攪拌120 s[7]。

試驗(yàn)中采用150 mm×150 mm×150 mm 的立方體試模，將攪拌好的混凝土材料裝入試模，然后在振動臺上振動20～30 s。將制作完成的試件在陰涼通風(fēng)處靜置24 h 后拆模并編號，然后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，在20 ℃和相對濕度為95%的條件下養(yǎng)護(hù)至標(biāo)準(zhǔn)齡期進(jìn)行抗凍性能測試。

1.4 試驗(yàn)方法

將養(yǎng)護(hù)至標(biāo)準(zhǔn)齡期的試件從養(yǎng)護(hù)室內(nèi)取出，在清水中浸泡4 d 后取出試件稱量其質(zhì)量，將其放入凍融試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行凍融試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中保持試驗(yàn)盒內(nèi)水面的高度始終高出試件頂面5 mm。試驗(yàn)中每個凍融循環(huán)持續(xù)4 h，其中冷凍溫度為-18 ℃，時(shí)間為3 h；融化溫度為5 ℃，時(shí)間為1 h。結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，此次研究進(jìn)行100 次凍融循環(huán)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)中獲取的數(shù)據(jù)，計(jì)算出試件的質(zhì)量損失率、相對動彈模量及抗壓強(qiáng)度損失率[8]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)試驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取不同試驗(yàn)方案下試件的質(zhì)量損失率、相對動彈模量、抗壓強(qiáng)度損失率。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制質(zhì)量損失率、相對動彈模量、抗壓強(qiáng)度損失率的變化曲線，如圖1-3所示。

圖1 質(zhì)量損失率變化曲線

由圖1-3 可以看出，橡膠粉取代率對質(zhì)量損失率、相對動彈模量、抗壓強(qiáng)度損失率均存在比較明顯的影響，過小和過大的取代率都不利于三者的控制，橡膠粉的細(xì)度對三者也存在比較顯著的影響，從圖1 可看出，隨著橡膠粉目數(shù)的增加，不同取代率方案下的試件的質(zhì)量損失率都呈現(xiàn)出先減小后增大的變化特點(diǎn)，當(dāng)橡膠粉為100 目時(shí)試件的質(zhì)量損失率最小。從圖2 可以看出，隨著橡膠粉目數(shù)的增加，不同取代率方案下的試件的相對動彈模量都呈現(xiàn)出先增大后減小的變化特點(diǎn)，當(dāng)橡膠粉為100 目時(shí)試件的相對動彈模量最大。究其原因，主要是橡膠粉為疏水性材料，在混凝土制備過程中其表面很容易攜帶氣泡，因此具有一定的引氣作用，從而有效提升混凝土的抗凍性能。同時(shí)，當(dāng)橡膠粉的粒徑越小，上述作用越明顯，因此試件的相對動彈模量增大。但是，過細(xì)的橡膠粉不利于混凝土整體性的提高，因此相對動彈模量有所增大。從圖3 可以看出，隨著橡膠粉目數(shù)的增加，不同取代率方案下的試件的抗壓強(qiáng)度損失率都呈現(xiàn)出先減小后增大的變化特點(diǎn)，當(dāng)橡膠粉為100 目時(shí)試件的抗壓強(qiáng)度損失率最小。總體來看，當(dāng)橡膠粉為100 目時(shí)可以獲得最佳的抗凍性能。

圖2 相對動彈模量變化曲線

圖3 抗壓強(qiáng)度損失率變化曲線

3 結(jié)語

將廢舊輪胎橡膠粉用于水工混凝土制作具有顯著的工程價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境價(jià)值，是學(xué)術(shù)界和工程界研究和關(guān)注的重要領(lǐng)域。此次研究通過室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討分析了廢舊輪胎橡膠粉細(xì)度對水工混凝土抗凍性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，橡膠粉為100 目時(shí)，水工混凝土的質(zhì)量損失率和抗壓強(qiáng)度損失率最小，相對動彈模量最大，為最佳摻量，建議在工程設(shè)計(jì)中采用。此次試驗(yàn)研究為基于室內(nèi)人工模擬環(huán)境所進(jìn)行的耐久性試驗(yàn)，在實(shí)際的環(huán)境中混凝土所服役的情況更為復(fù)雜，因此，可以考慮通過設(shè)置實(shí)驗(yàn)站等手段，在實(shí)際的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，探究實(shí)際服役過程中廢舊輪胎橡膠粉目數(shù)對水工混凝土抗凍性的影響，以保證研究結(jié)論的科學(xué)性和有效性。