橡膠集料混凝土橡膠基粉細(xì)度研究

李建舉+唐兵+白洪濤+朱涵

摘 要：橡膠集料混凝土是在普通水泥混凝土中加入一定數(shù)量的橡膠集料，通過配合比優(yōu)化設(shè)計，可滿足機(jī)場道面性能指標(biāo)要求的一種特殊材料。橡膠集料尺寸可以達(dá)到20～40目或更細(xì)。橡膠集料摻量可為每立方米混凝土中加入幾公斤到幾十公斤甚至更多。針對高摻量（90 kg或更高）和目數(shù)為45～80目的細(xì)集料設(shè)計理念，橡膠水泥基粉的規(guī)格（目數(shù)、嵌入料）對橡膠集料混凝土的強(qiáng)度和抗變形能力有較大的影響。通過對3種不同水泥用量和橡膠水泥基粉摻量，共24組標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂抗折試件的測試和試驗數(shù)據(jù)分析，最終確定用80目的橡膠水泥基粉配制橡膠集料混凝土。

關(guān)鍵詞：橡膠混凝土；橡膠集料細(xì)度；機(jī)場道面；變形能力

中圖分類號：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.071

將橡膠微粒摻入混凝土中制成橡膠集料混凝土，一方面可以改善混凝土的脆性、增加混凝土的變形能力；另一方面，可以解決廢舊輪胎的處理問題，改善環(huán)境。目前，橡膠集料混凝土是一種備受關(guān)注的新型混凝土材料。已有大量文獻(xiàn)論證，橡膠集料除了可以改善混凝土的脆性，還可以提高混凝土材料的抗開裂性能、抗凍性、低溫工作性能、抗疲勞性能、抗沖擊性能。因此，不少學(xué)者指出橡膠集料混凝土最有前景用途之一是作為道面材料。

本文的重點(diǎn)是在研發(fā)高摻量橡膠細(xì)集料混凝土的過程中，發(fā)現(xiàn)不同規(guī)格（細(xì)目）的橡膠水泥基粉對橡膠集料混凝土抗折強(qiáng)度的影響。為了保證橡膠集料混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求，需對橡膠水泥基粉的規(guī)格予以確定。橡膠水泥基粉是指橡膠微粒的目數(shù)處于45～80目，并經(jīng)過了特殊表面處理。以機(jī)場道面應(yīng)用為目的，提出了多種橡膠水泥基粉的規(guī)格（目數(shù)、嵌入料），并進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂抗折試驗。經(jīng)由對比和篩選，確定了橡膠水泥基粉的規(guī)格。本文提出的試驗是為了給橡膠集料混凝土在高原高寒機(jī)場道面的應(yīng)用提供技術(shù)準(zhǔn)備，其內(nèi)容尚未見有國內(nèi)外文獻(xiàn)報道。

在高原高寒地區(qū)機(jī)場道面橡膠集料混凝土的研制過程中，在進(jìn)行橡膠集料混凝土配合比設(shè)計研究時發(fā)現(xiàn)，橡膠水泥基粉的規(guī)格和摻入量對混凝土試件的抗折強(qiáng)度有直接影響。通過對試件斷面的分析，不同規(guī)格的橡膠水泥基粉在試件中的分布是不同的，有的基粉分層現(xiàn)象比較明顯，有的基粉上浮現(xiàn)象比較明顯、有的試件表面橡膠水泥基粉相對集中。上述現(xiàn)象對抗折試件強(qiáng)度的影響都是不利的。要想達(dá)到較好的強(qiáng)度，增加其抗形變性能，就要求橡膠水泥基粉在混凝土中分布是均勻的。同時，由于橡膠水泥基粉自身的物理性質(zhì)，摻入混凝土后，可能導(dǎo)致混凝土的耐磨性能變差。其原因是混凝土表面存在的橡膠基粉過多，導(dǎo)致混凝土表面的耐磨性變差。造成上述現(xiàn)象的原因是橡膠基粉本身的比例較小，且在混凝土中分布不均勻，經(jīng)過振搗后上浮情況加劇。

為了解決橡膠水泥基粉比例較小、易上浮的問題，我們對橡膠水泥基粉的生產(chǎn)進(jìn)行了優(yōu)化，摻入了不同細(xì)度和嵌入料的橡膠水泥基粉進(jìn)行試驗。根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備和前期試驗成果，橡膠水泥基粉的細(xì)度確定在30～80目。在橡膠基粉上嵌入不同嵌入料的目的是增加基粉的比例和與砂漿的咬合力。為此，選用了鐵礦粉和剛玉粉分別進(jìn)行嵌入。共生產(chǎn)了8種不同細(xì)度和嵌入料的橡膠水泥基粉，采用標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度試驗方法進(jìn)行了抗折強(qiáng)度的對比，以確定適用于橡膠集料混凝土的橡膠水泥基粉的細(xì)度和選定合適的嵌入料。

1 試驗材料

配合比試驗所使用材料均滿足《民用機(jī)場飛行區(qū)水泥混凝土道面面層施工技術(shù)規(guī)范》（MH5006—2002）和《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30—2005）的有關(guān)要求。水泥采用天山牌42.5普通硅酸鹽水泥，砂采用標(biāo)準(zhǔn)砂，橡膠水泥基粉由四川金摩爾環(huán)保新材料有限責(zé)任公司提供，細(xì)度為45～80目，容重為450～550 kg/m3，表面處理方法參照發(fā)明專利ZL 2014 1 0051736.1，外加劑采用AJF聚羧酸高性能減水劑，由北京安建世紀(jì)科技發(fā)展有限公司提供，水為自來水。橡膠水泥基粉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。2 試件制作

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30—2005）中“水泥膠砂強(qiáng)度檢驗辦法（ISO法）”規(guī)定，制作標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂試件作為參照組，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法，根據(jù)混凝土配合比中水泥摻量分別為410 kg/m3和385 kg/m3的基礎(chǔ)上，添加不同規(guī)格和摻量的橡膠水泥基粉，制作不同的水泥膠砂試件。

3 試驗結(jié)果

上述膠砂試件成型后，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下分別養(yǎng)護(hù)7 d和28 d，測試其抗折強(qiáng)度。試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表6所示。通過上述試驗數(shù)據(jù)分析和直觀觀察發(fā)現(xiàn)，嵌入鐵粉或剛玉粉后，橡膠水泥基粉的占比由480 kg/m3上升到550 kg/m3，細(xì)度越粗的橡膠基粉分層和上浮現(xiàn)象越明顯；相反，細(xì)度越細(xì)的橡膠基粉的分層和上浮現(xiàn)象有明顯緩解。

根據(jù)試驗結(jié)果、施工性能等綜合分析，45目和80目的橡膠水泥基粉所制作的水泥膠砂試件抗折強(qiáng)度較高。通過對試件斷面的觀察發(fā)現(xiàn)，45目基粉試件的斷面的基粉分層上浮現(xiàn)象比其他目數(shù)的基粉試件更加嚴(yán)重。分析其原因，主要是因基粉顆粒較大、浮力大，在振搗過程中上浮嚴(yán)重，導(dǎo)致面層集中了更多的橡膠基粉，使試件斷面橡膠基粉分布不均，占50%以上的斷面橡膠集料含量偏低。雖然其抗折強(qiáng)度較高，但抗變形能力明顯下降，造成了橡膠集料混凝土特有性能優(yōu)勢喪失。

對于80目的基粉而言，上浮相對較少，分布均勻，可滿足橡膠集料混凝土的配制要求。通過對鐵粉和剛玉粉兩種嵌入料試件強(qiáng)度的分析，嵌入鐵粉的基粉優(yōu)于嵌入剛玉粉的基粉。同時，根據(jù)試驗室的檢測和電鏡觀察，添加剛玉粉的基粉中其游離態(tài)剛玉粉較多，而嵌入鐵粉的基粉無此現(xiàn)象，與膠砂試件斷面反應(yīng)的情況相吻合。

綜合上述，選定橡膠水泥基粉為80/F（即細(xì)度為80目、嵌入料為鐵粉）作為研制橡膠集料混凝土的摻入料較為理想。

4 結(jié)論

根據(jù)本文的研究，可得到以下結(jié)論：80/F型橡膠水泥基粉可滿足研制機(jī)場道面橡膠集料混凝土的性能要求，不僅抗折強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，其抗開裂性、抗變形性、抗凍性等指標(biāo)也可滿足要求，摻量可選擇90～100 kg/m3，其特有的特性更加明顯，對研制高原高寒地區(qū)機(jī)場道面橡膠集料混凝土具有很好的指導(dǎo)和參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]朱涵.新型橡膠集料混凝土的研究綜述[J].天津建設(shè)科技，2004，14（02）.

[2]Zhu Han Adding Crumb Rubber into Exterior Wall Materials. Waste Management and Research.2003（20）.

[3]胡佳山，李仕群.環(huán)氧樹脂混凝土阻尼性能的研究[J].中國建材科技，1994（08）.

[4]梁乃興，韓森，屠書榮.現(xiàn)代路面與材料[M].北京：人民交通出版社，2003.

[5]Zhu H.Rubber Concrete：A Preliminary Engineering and Business Prospective.Scrap Tire News，2001（07）.

[6]陳振富，柯國軍.鋼筋混凝土小變形阻尼研究[J].四川建筑科學(xué)究，2004，30（02）.

[7]MALEX K B，IQBAL M，IBRAHIM A.Promoting the use of crumb rubber concrete in developing countries.Waste Management，2008，28（01）.

[8]柯國軍，郭長青.輕骨料混凝土阻尼比研究[J].混凝土，2002（10）.

[9]王佶，李躍.路用橡膠輕集料混凝土的抗沖擊性能及機(jī)理研究[J].湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2008，30（04）.

[10]R.Siddique，T. R. Naik. Properties of concrete containing scrap-tire rubber-an overview.Waste Manag， 2004，24（06）.

[11]薛凱，朱涵，李浩然，等.橡膠膨脹混凝土抗裂性能和力學(xué)性能研究[J].混凝土與水泥制品， 2014（01）.

[12]郝迎軍，朱涵.廢舊橡膠集料對水泥基材料抗開裂性能的影響[J].混凝土，2014（12）.

[13]Lin-hu Yang，Zhu Han，Cheng-fang Li. Strengths and flexural strain of CRC specimens at low temperature. Construction and Building Materials，2011，25（02）.

[14]Feng Liu，Liang-yu Meng，Guo-Fang Ning.Fatigue performance of rubber-modified recycled aggregate concrete （RRAC）for pavement.Construction and Building Materials，2015（95）.

[15]Feng Liu，Guixuan Chen，Lijuan Li.Study of impact performance of rubber reinforced concrete[J]. Construction and Building Materials，2012（36）.

[16]楊林虎，朱涵，王慶余.路面橡膠集料混凝土抗折強(qiáng)度的試驗研究[J].工業(yè)建筑，2007（09）.

[17]周梅，趙華民，徐秒，等.橡膠顆粒摻量及粗細(xì)對水泥混凝土路面抗?jié)B及抗凍影響[J].公路交通科技， 2015（04）.

[18]?lker Bekir Top?u，Turhan Bilir. Experimental investigation of some fresh and hardened properties of rubberized self-compacting concrete.Materials & Design，2009，30（08）.

[19]F. Hernández-Olivares，G. Barluenga，B. Parga-Landa.Fatigue behaviour of recycled tyre rubber-filled concrete and its implications in the design of rigid pavements.Construction and Building Materials，2007， 21（10）.

〔編輯：張思楠〕