新型橡膠混凝土磚與粉煤灰磚的對比研究

白 濤，宋 巖，王鳳池

(1.沈陽建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院，遼寧 沈陽110168;2.沈陽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽110168)

墻體材料是建筑材料的主流，是建筑性能的主要載體。非黏土、節(jié)能、利廢、改善建筑功能、減少環(huán)境污染和原料采掘不破壞生態(tài)環(huán)境的各類墻體材料稱為新型墻體材料[1－3]。我國墻體材料工藝技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量與使用功能等方面，均大大落后于工業(yè)發(fā)達(dá)國家。發(fā)展新型墻體材料，利廢是關(guān)鍵。

目前，廢棄橡膠已經(jīng)成為主要工業(yè)廢棄物之一。如何處置廢棄橡膠輪胎，各國根據(jù)自己的國情有著不同的處理方法。橡膠粉有“黑色黃金”之稱，是通過物理法或化學(xué)法將廢舊輪胎粉碎或研磨成不同粒徑的顆粒。橡膠粉用量最大的是作為改性瀝青的原材料之一，應(yīng)用在公路工程和公用工程方面。要提高我國廢舊輪胎的回收利用率，需進(jìn)一步提高橡膠粉在建筑工程上的應(yīng)用潛力。將橡膠粉摻加到混凝土中，制成一種新型的混凝土——橡膠混凝土，它在動力性能、耐久性能、隔熱、隔聲性能等方面表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，更能適應(yīng)建筑工程市場的需要。近年來，橡膠混凝土已逐漸在公路、鐵路、民用建筑等應(yīng)用中取得開拓性進(jìn)展[4－12]。

本文提出了大摻量橡膠混凝土磚的研究構(gòu)想，旨在通過大摻量橡膠混凝土磚的性能研究對比，既能大量使用廢棄橡膠，提高廢橡膠的使用率，又能得出橡膠混凝土磚的優(yōu)良性能，滿足人們對建筑的更高要求。

1 橡膠混凝土磚的制備

1.1 橡膠混凝土磚的材料

大摻量橡膠混凝土磚的原材料包括橡膠、砂子、水泥、外加劑等。試驗中所用的膠粉是用汽車廢舊輪胎胎面橡膠作原料生產(chǎn)的硫化膠粉(沈陽市宏玉盛橡膠材料廠生產(chǎn))，橡膠粉顆粒目數(shù)為28目。

試驗所用砂子為普通河砂(中砂)，密度2.65 g/cm3，細(xì)度模數(shù)2.4。水泥為遼寧山水公源水泥有限公司制造的32.5級P.O硅酸鹽水泥。

試驗所用外加劑為沈陽市萬龍防水材料廠生產(chǎn)的801多功能建筑速溶膠粉，以天然高分子制成，是無毒、無味、無刺激的綠色產(chǎn)品，能迅速溶解于冷水，形成乳膠型黏稠膠水。使用時1 g膠粉需要兌100 g水，直接在桶內(nèi)加冷水快速攪拌，攪拌30 s左右，即可使用。

1.2 橡膠粉的取代方法及配合比

試驗采用的基準(zhǔn)配合比為水泥∶石子∶砂子∶水 =1∶ 1.35∶ 2.87∶ 0.43。用橡膠等體積替代細(xì)骨料、粗骨料。試驗中考慮了3種橡膠粉替代率，所采用的配合比如下:

(1)A磚配合比(文中代號為A)

橡膠粉∶水泥∶水∶砂子=142∶646∶278∶1852

(2)B磚配合比(文中代號為B)

橡膠粉∶水泥∶水∶砂子=368∶646∶278∶436

(3)C磚配合比(文中代號為C)

橡膠粉∶水泥∶水∶砂子=439∶646∶278∶0

經(jīng)過試配計算，A、B、C三種配比的磚在橡膠混凝土拌和過程中都需要摻加65 g濃度為10%的成型劑，以使得橡膠粉和水泥、砂子更好的粘結(jié)成型。

1.3 體積密度

本試驗對比磚采用普通蒸壓粉煤灰磚(文中代號為 D)，磚試驗按照《粉煤灰磚》[13](JC239 －2001)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。四種磚的體積密度如圖1所示。

圖1 磚的密度對比圖

A、B、C、D四種磚的密度由大到小排列依次為D、A、B、C，蒸壓粉煤灰磚 D的密度最大，而橡膠粉等體積替代部分砂子、石子后的A、B、C三種磚的密度都變小，并且隨著橡膠摻量的增加，密度越來越小。C種磚的密度降低達(dá)27%，這是由于相同體積狀態(tài)下，橡膠粉的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比砂子、石子輕得多。橡膠粉替換越多，磚的質(zhì)量就越輕，在強度滿足要求的情況下，可以方便施工、搬運，用作隔墻砌體使用有更多的優(yōu)點。

2 強度對比

2.1 試驗方法

A、B、C、D四種磚均為非燒結(jié)磚，應(yīng)放在溫度為(20±5)℃的水中浸泡24 h后取出，拭去表面水分再進(jìn)行磚試樣的抗折強度試驗。采用三點加載。

磚試件的抗折強度按式(1)計算:

式中:Rc為抗折強度;P1為最大破壞荷載;L為跨距;B為磚試件寬度;H為磚試件高度。

由于是非燒結(jié)磚試件，可直接進(jìn)行抗壓強度試驗。每塊磚的抗壓強度RP按式(2)計算:

式中:RP為抗壓強度;P2為最大的破壞荷載;L為磚受壓面(連接面)的長度;B為磚受壓面(連接面)的寬度。

2.2 對比分析

磚的抗折強度、抗壓強度見圖2、圖3。

圖2 抗折強度

圖3 抗壓強度變化圖

A、B、C三種磚的抗折強度都符合M10的標(biāo)準(zhǔn)，而D種磚符合M7.5的標(biāo)準(zhǔn)，本試驗研究的三種磚A、B、C在抗折強度上都比蒸壓粉煤灰磚 D要好。從圖3可以看出，A、B、C三種磚的抗折強度依次從大到小遞減，說明橡膠摻量越多的抗折強度越小。對比說明，橡膠粉的摻入對抗折強度的影響較大，但是新型橡膠混凝土磚高于蒸壓粉煤灰D種磚。

抗壓強度中，橡膠混凝土A種磚和蒸壓粉煤灰D種磚符合M7.5中的要求。橡膠替換較多的B、C兩種磚則基本符合M5的要求。試驗用磚的要求是用來作隔墻，不承受較大荷載，所以對抗壓強度要求較低[14－15]。與蒸壓粉煤灰 D種磚相比，試驗用 A、B、C三種磚的抗壓強度全部降低，并且依次隨著橡膠粉摻量的增加遞減，但是有一個量的限制，A種磚中橡膠粉摻量最少抗壓強度最高，而B、C磚中摻量依次增多，可是抗壓強度C磚比B磚要高，這說明，橡膠粉的摻入并非無限使抗壓強度降低，達(dá)到一個量后，抗壓強度開始變化不大，甚至略有回升。

通過橡膠混凝土A磚、B磚、C磚和蒸壓粉煤灰D磚的對比可知，A、B、C磚的抗折強度都比蒸壓粉煤灰D磚有所提高，而抗壓強度都不如D磚高，但是作為隔墻使用，強度還是可以達(dá)到要求的。

3 吸水率及飽和系數(shù)的試驗對比

3.1 試驗方法

將試樣磚放入105℃ ～110℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥，采用電子稱(精確到0.1 g)每隔2 h稱一次重量，直至兩次重量差在0.2%之內(nèi)可以停止干燥，認(rèn)為試樣磚重量已至恒重，記其質(zhì)量G0。將干燥后的試樣磚浸入水溫10℃ ～30℃的水中24 h。浸泡24 h后，將磚取出，用抹布拭去表面水分，將磚放入干燥的盆中，去皮稱重，稱量時磚試樣毛細(xì)孔滲到盆中的水分質(zhì)量也計入吸水質(zhì)量中，稱重質(zhì)量即為浸泡24 h后的濕質(zhì)量G24。將稱重后的濕試樣側(cè)立放入加熱容器中，然后注入清水，鍋內(nèi)水面高度應(yīng)高于磚表面50 mm，將水加熱至沸騰，煮沸3 h后，將磚試樣取出，稱重質(zhì)量即為試件煮沸3 h的濕質(zhì)量 G3。將磚試樣繼續(xù)煮沸2 h后稱重質(zhì)量即為試件煮沸5 h的濕質(zhì)量G5。

浸泡1 d(24 h)后磚吸水率w24按式(3)計算:

煮沸3 h的磚試樣吸水率按下式(4)計算:

每塊磚試樣的飽和系數(shù)K按下式(5)計算:

3.2 對比分析

不同配比磚的吸水率、飽和系數(shù)對比如圖4、圖5所示。試驗中A、B、C三種橡膠混凝土磚的吸水率均比蒸壓粉煤灰D磚小很多，A、B、C三磚吸水率僅為D磚的20%左右。A、B、C三磚之中，A和B相差不大，C明顯減小很多，減小幅度可達(dá) A和B的20%左右。橡膠粉摻量越多，吸水率越低。蒸壓粉煤灰D磚的飽和系數(shù)比橡膠混凝土A、B、C磚大很多，幾乎是A、C的兩倍，B的三倍。

圖4 磚的吸水率對比

圖5 磚的飽和系數(shù)對比

橡膠混凝土A、B、C磚比蒸壓粉煤灰D磚的吸水率和飽和系數(shù)都低很多，說明A、B、C三磚的吸水性能方面優(yōu)于D磚，使得A、B、C三種橡膠混凝土磚在作為隔墻使用時比蒸壓粉煤灰D磚更加具有優(yōu)勢。

4 結(jié)論

(1)橡膠粉的摻入提高了磚的抗折強度，即A、B、C三種磚的抗折強度都比D種磚有所提升，而抗壓強度卻都有所降低。橡膠混凝土磚A、B、C用作隔墻，強度符合要求。

(2)隨著橡膠摻量的增加，橡膠混凝土磚密度越來越小。

(3)橡膠混凝土A、B、C磚比蒸壓粉煤灰 D磚的吸水率和飽和系數(shù)都有所降低，使得A、B、C三種橡膠混凝土磚在作為隔墻使用時比蒸壓粉煤灰D磚更加具有優(yōu)勢。

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