改性橡膠混凝土的物理力學(xué)性能實踐探究

范春雷

（嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 嘉興 314003）

隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人們對汽車的需求量逐漸加大，雖然促進(jìn)了汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，但也產(chǎn)生了大量的廢棄橡膠輪胎。橡膠不易降解，埋在地下會污染環(huán)境，焚燒又會產(chǎn)生大量的污染氣體，那么怎樣處理這些廢棄的橡膠，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用是值得探討的問題。將橡膠和混凝土結(jié)合在一起，合理的利用廢棄的橡膠無疑是非?？茖W(xué)有效的方法。對改性橡膠混凝土的物理力學(xué)性能的探究就變得意義重大[1]。

1 改性方式對橡膠混凝土力學(xué)性能的影響

橡膠混凝土是一種新型的復(fù)合材料，制作過程非常簡單，把廢舊的橡膠制成不同粒徑摻入到一般的混凝土中即可。其生產(chǎn)提高了混凝土的綜合性能，又將廢舊橡膠進(jìn)行了循環(huán)利用，節(jié)約了橡膠資源，減輕對環(huán)境的污染。橡膠混凝土與普通的混凝土相比，具有韌性高、抗沖擊性強(qiáng)、抗壓性強(qiáng)等特點(diǎn)，但是也有不足之處便是其強(qiáng)度不如一般混凝土。為了避免橡膠混凝土的強(qiáng)度降低，學(xué)者們通過實踐研究，得出了改性方式不同對橡膠混凝土力學(xué)性能影響就不同的結(jié)論。

2 橡膠混凝土的性能特點(diǎn)

2.1 橡膠混凝土的抗裂性

經(jīng)過相關(guān)實踐探究表明：摻入橡膠顆粒的混凝土比之原先的混凝土，橡膠混凝土的開裂時間明顯有所延遲，實踐也表明普通的混凝土試件在此過程中的破壞形式為脆性破壞，而摻雜有橡膠顆粒的混凝土卻是產(chǎn)生的形變，呈現(xiàn)的是延性破壞，普通的混凝土試件在破壞前沒有預(yù)兆，但是摻入橡膠顆粒的混凝土試件在破壞前有明顯的變化。所以摻入橡膠顆粒的混凝土延展性和韌性都有所提高，抗裂性比普通的混凝土要強(qiáng)。

2.2 橡膠混凝土的抗折強(qiáng)度

摻入橡膠顆粒的混凝土比之原先的混凝土抗折強(qiáng)度有明顯的提高。一方面的原因是由橡膠本身的性質(zhì)決定的，橡膠的彈性模量比混凝土的橡膠模量要低，在產(chǎn)生形變時橡膠顆粒承受的壓力要比其它顆粒承受的壓力小，導(dǎo)致應(yīng)力集中。但是降低的幅度并不是受橡膠顆粒摻入量的多少影響，橡膠顆粒摻入的量直接影響了混凝土的抗折性，加入橡膠顆粒能夠很好的提高混凝土的抗折能力。

2.3 橡膠混凝土的抗沖擊能力

大多數(shù)的實踐研究表明，加入了橡膠粉的混凝土的抗沖擊能力比普通混凝土強(qiáng)，在混凝土中加入橡膠粉填入混凝土的縫隙中，增加了混凝土的密度，并且在水泥的混合下形成了具有一定強(qiáng)度的變形中心，可以制約裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。增加混凝土的熱韌性，降低混凝土的剛性，在混凝土受到?jīng)_擊時，能夠吸收震動力，減少沖擊的作用力。增強(qiáng)了混凝土的抗沖擊能力[2]。

2.4 橡膠混凝土的氯離子滲透性

氯離子在混凝土中的遷移方式有三種，毛細(xì)吸附、滲透和擴(kuò)散。一般情況下氯離子的擴(kuò)散是最主要的遷移方式?；炷恋目紫堵屎推鋵β入x子的固化能力，影響著混凝土對氯離子的擴(kuò)散阻礙能力。橡膠集料的摻入能提高混凝土的氯離子滲透性。

3 改性混凝土的物理學(xué)力學(xué)性能實踐研究

3.1 實驗材料

水泥采用廣州石井水泥公司生產(chǎn)的P·O 42.5R水泥；細(xì)集料采用普通河砂；粗集料為5～30㎜連續(xù)級配碎石；采用浙江綠環(huán)橡膠粉體工程有限公司生產(chǎn)的橡膠顆粒，粒徑分別為5～8目（4 ～2.36㎜,1級），8～12目（2.36～1.4㎜,2級），12～16目（1.4～1㎜,3級），40目（0.38㎜,4級），減水劑是廣東江門強(qiáng)力建材有限公司生產(chǎn)的強(qiáng)力牌萘系高效減水劑，改性劑為常用的鎂水泥外加劑。

3.2 試驗方法

依據(jù)普通混凝土的試驗方法，以普通水泥的配比為基準(zhǔn)，將橡膠顆粒按等體積代替砂的方式摻入。基準(zhǔn)混凝土（C35）的配比為m（水泥）：m（砂）：m（石）：m（水）：m（減水劑）=1:1.74:3.11:0.55：0.0055，基準(zhǔn)橡膠混凝土的配比與基準(zhǔn)混凝土一致，其中的橡膠顆粒摻量按替代35%體積的砂子后換算得出，配比為1:1.21:3.09:0.23:0.55:0.0055，改性橡膠混凝土的配比和基準(zhǔn)橡膠混凝土相一致，在具有流動性的情況下采用0.45的水灰比，測試內(nèi)容有：橡膠混凝土的變形的性能和抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度?？拐邸⒖箟簭?qiáng)度的測試可以參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》來進(jìn)行。抗壓試件尺寸為100㎜*100㎜*100㎜，修正系數(shù)為0.95?？拐墼嚰某叽鐬?00㎜*100㎜*515㎜，采用四點(diǎn)加載，支座之間的距離為450修正系數(shù)為0.75。變形性能的測定過程可以通過測定混凝土小梁試件受彎的荷載來完成。試件尺寸和加載位置與抗折試件一樣，運(yùn)用位移控制，加載速度為0.1㎜/m in。

3.3 試驗結(jié)果及討論

橡膠顆粒和水泥基材的粘結(jié)界面是橡膠混凝土最脆弱的地方，要提高橡膠混凝土的強(qiáng)度，就需要用改性劑對橡膠顆粒的表面進(jìn)行處理[3]。

3.3.1 橡膠摻量的影響

橡膠粒度為1級摻量分別為15%,30%,45%,60%,改性劑的用量為橡膠的2.3%，參照相關(guān)的成型試件，可以測定其表觀密度、和強(qiáng)度以及坍落度，通過實驗可知，橡膠混凝土的表觀密度與橡膠顆粒的摻量成反比例關(guān)系，用改性劑處理并減水20%后，表觀密度有少許增大；另外橡膠摻量和混凝土的坍落度關(guān)系不大，但是經(jīng)過改性劑處理并減水20%后，混凝土的坍塌度明顯有了變化，與之前的180㎜略小為150㎜。橡膠摻量與混凝土的抗折、抗壓強(qiáng)度呈反比例關(guān)系，抗折、抗壓強(qiáng)的都隨著摻量的增大而減小，抗折強(qiáng)度的下降幅度明顯小于抗壓強(qiáng)度，經(jīng)由改性劑的處理后，橡膠混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度明顯增大。

3.3.2 橡膠粒徑的影響

試驗選用了4種粒徑的橡膠，粒度分別是1,2,3,4級，以及根據(jù)砂的顆粒配比結(jié)果配置的橡膠，基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度為C30，橡膠摻量為30%，用改性劑處理后，其用量為水泥質(zhì)量的0.5%。

在實驗中，采用1、2級橡膠配置的混凝土密度高，改性處理后表觀密度繼續(xù)提高；用3、4級細(xì)橡膠配置的混凝土表觀密度不如前者，尤其是改性后，表觀密度不增反降，造成這一現(xiàn)象的原因與橡膠自身的性質(zhì)有關(guān)，橡膠是彈性材料，在受力的過程中會產(chǎn)生形變，周圍的水泥基材不夠密實，橡膠顆粒越細(xì)表面積反而越大，使得成型后的橡膠混凝土更加稀松。因此，經(jīng)過改性后1、2級的橡膠混凝土強(qiáng)度和抗折度比之前都有提高。3、4級橡膠混凝土強(qiáng)度幾乎沒有提高，抗折強(qiáng)度較之前沒有任何變化。

3.3 橡膠混凝土的變形能力

橡膠混凝土的變形測試結(jié)果由下圖表1可知。基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度為C35，橡膠粒度為1級，摻量為30%，改性劑是水泥質(zhì)量的0.5%。由表1可知，在外荷載的作用下，混凝土在開裂前，隨著荷載的增加，混凝土試件撓度曲線也呈線性增加[4]。并且橡膠混凝土、改性橡膠混凝土以及普通的橡膠混凝土曲線上升階段斜率都不一樣，摻入橡膠的混凝土曲線上升段斜率比普通混凝土小，進(jìn)行改性處理后，雖然上升段斜率有增大，但是仍然不及普通的混凝土。

表1 橡膠混凝土的變形測試結(jié)果

混凝土開裂后，3種混凝土試件開裂時的撓度曲線基本保持一致，但是較之普通混凝土，橡膠混凝土的韌性呈下降趨勢，究其原因是摻入橡膠后混凝土的強(qiáng)度不如之前。但是也可以看到改性后的橡膠混凝土韌性明顯比之前有提高，雖然和普通的混凝土相比提高的百分比不是很高，但是和未改性的橡膠混凝土比較提高的幅度相對較大。從實驗過程來看，改性橡膠混凝土開裂后的曲線下降的幅度不多，速度也比較緩慢，能夠承受的荷載大于普通的混凝土，其曲線的上方為呈下降趨勢，所以在相同荷載的情況下其產(chǎn)生的形變最大。

3.4 改性劑對橡膠混凝土性能作用的分析

筆者指出，改性劑中的成分可以和無機(jī)材料相結(jié)合，其有機(jī)基團(tuán)會在水泥石的作用下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或物理結(jié)合，將水泥石和集料聯(lián)系起來，改善界面的粘結(jié)性能。由于本文主要研究的是改性相加顆粒和水泥之間的粘結(jié)界面，采用的改性劑對有機(jī)材料表面有較強(qiáng)的親和力，所以得出研究中采用的改性劑中一端能夠與橡膠顆粒結(jié)合，另一端有可能與水泥石產(chǎn)生化學(xué)或物理的結(jié)合，使得橡膠顆粒和水泥石之間的界面粘結(jié)性加強(qiáng)，改善橡膠混凝土力學(xué)性狀的結(jié)論[5]。因而改性劑的改性作用既能夠加強(qiáng)界面的粘結(jié)，又能潤滑橡膠顆粒。

4 結(jié)束語

本文通過對改性橡膠混凝土物理力學(xué)性能的分析研究，得出了改性后的橡膠混凝土在橡膠粒徑和摻量的作用下，較之普通的混凝土其抗折性、抗壓性，韌性及變形性能都有了明顯的強(qiáng)化。由此可見改性橡膠混凝土的實用性比普通混凝土要高，可將改性橡膠混凝土大量的運(yùn)用到工程項目中，既能發(fā)揮改性橡膠的本職作用，又能節(jié)約資源，實現(xiàn)橡膠資源的可持續(xù)發(fā)展。

[1]李慶來,王美華,陳龍珠等.乳化瀝青改性橡膠混凝土試驗研究[J].混凝土,2014(03).

[2]朱江,李旭東,張東升.不同分布的鋼纖維改性橡膠混凝土性能研究[J].混凝土,2013(03).

[3]曾夢瀾,黃海龍,彭良清等.沖擊荷載下橡膠改性瀝青混凝土的動力學(xué)性質(zhì)[J].湖南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2011,38(12).

[4]楊長輝,劉保全,鄭亞楠.橡膠顆粒改性對橡膠集料混凝土強(qiáng)度的影響[J].材料導(dǎo)報,2013,27(24).

[5]曹宏亮,史長城,袁群等.橡膠顆粒表面形態(tài)對橡膠混凝土強(qiáng)度的影響研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2014,36(06).