廢棄玻璃和橡膠顆?；炷恋目箟簭?qiáng)度試驗(yàn)

闞義文，高 松，王洪濤，趙 朋，劉 琳，溫 帥

（遼寧科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

廢棄玻璃和橡膠顆粒混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

闞義文，高 松，王洪濤，趙 朋，劉 琳，溫 帥

（遼寧科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

為了充分利用廢棄固體材料減少環(huán)境污染，將廢玻璃和廢橡膠作為建筑材料摻入混凝土中制備混凝土構(gòu)件。為了確定適當(dāng)?shù)膹U棄固體顆?；炷恋呐浜媳?，本文按不同體積取代率制作了60個(gè)混凝土立方體標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。結(jié)果表明：廢橡膠摻量是影響廢棄固體顆?；炷量箟簭?qiáng)度的主要因素，兩種固體廢棄材料體積取代率為30%混凝土試件的抗壓強(qiáng)度較普通混凝土下降約30%。

廢棄固體顆粒；體積取代率；混凝土配合比；抗壓強(qiáng)度

我國是世界上廢橡膠產(chǎn)生量最大的國家之一，但廢橡膠的無害化回收率卻僅為60%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)國家。廢橡膠顆粒具有良好的粘彈性、韌性、隔熱隔聲、抗疲勞性等特點(diǎn)。若能將廢橡膠摻入混凝土中，不但可以改善混凝土的性能，還能夠處置大量的廢橡膠，促進(jìn)廢橡膠的資源化利用。劉超峰［1］等在瀝青混凝土里摻入膠粉以改善道路性能的研究已經(jīng)取得了較大的成果。國外學(xué)者研究粒徑分布為1～38mm橡膠混凝土的特性，認(rèn)為橡膠會使混凝土抗壓強(qiáng)度最大下降幅度達(dá)到85%［2］。國內(nèi)研究中，孫家英［3］等研究了橡膠對混凝土的延性、硬度、抗磨、抗老化等方面的性能的影響。宋少民［4］等人的研究表明橡膠粉混凝土的抗沖擊性能較普通混凝土有所提高。

將廢舊玻璃用于普通混凝土是廢舊玻璃的再利用的重要手段之一。自20世紀(jì)60年代開始，西方發(fā)達(dá)國家就有了用廢玻璃作混凝土骨料的研究，但是由于當(dāng)時(shí)的混凝土都出現(xiàn)了嚴(yán)重的堿骨料膨脹破壞反應(yīng)現(xiàn)象，這就導(dǎo)致廢玻璃應(yīng)用于水泥混凝土的試驗(yàn)全面告停［5］。而柯國軍［6］認(rèn)為廢玻璃摻入水泥混凝土中產(chǎn)生的ASR膨脹破壞受多種因素的影響，其中主要因素有混凝土中的堿含量、廢玻璃的摻量、活性骨料的含量、廢玻璃的粒徑大小和廢玻璃的成分等，并且需要這些因素中的一部分或者全部共同作用才會導(dǎo)致ASR膨脹危害。目前我國研究最多的就是廢玻璃的粒徑大小和摻量對于ASR膨脹反應(yīng)的影響，但是還沒有形成一種共識性、定量性的結(jié)論，關(guān)于ASR膨脹反應(yīng)，其涉及的因素有很多，所以這方面的研究還并不系統(tǒng)與全面。

已有的單一廢棄物替換試驗(yàn)表明，廢玻璃應(yīng)用于混凝土?xí)a(chǎn)生堿集料反應(yīng)，使混凝土或砂漿內(nèi)部因?yàn)榕蛎泝?nèi)力而開裂；而對于橡膠作為細(xì)骨料的混凝土，由于橡膠與水泥漿體之間相容性差，故難以形成有效地黏結(jié)，這使得橡膠混凝土的強(qiáng)度降低，但是橡膠本身的物理性質(zhì)卻使得混凝土獲得了很好的延性，能夠容許混凝土一定量的變形。本文將綜合不同配合比的兩種廢棄物含量對混凝土的抗壓強(qiáng)度影響進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 廢玻璃

廢玻璃分有色玻璃和無色玻璃，其中有色玻璃含雜質(zhì)較多，這種雜質(zhì)可能對混凝土的性能產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的影響。無色玻璃粒徑比較平均，且占有量比有色玻璃更大，經(jīng)過簡單物理加工即可得到。故本試驗(yàn)采用的是無色玻璃，其最大粒徑為28 mm。

圖1 廢玻璃顆粒Fig.1 Waste glass particles

1.2 廢橡膠

廢橡膠顆粒采用的則是普通黑色橡膠顆粒，粒徑為2～4 mm，級配系數(shù)為4.88。

圖2 廢橡膠顆粒Fig.2 Waste rubber particles

1.3 水泥標(biāo)號驗(yàn)證

本試驗(yàn)所有的試件均以C30為基準(zhǔn)混凝土，水泥采用32.5R普通硅酸鹽水泥。為了驗(yàn)證水泥的性能指標(biāo)，進(jìn)行了水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)。制作一組三個(gè)試件尺寸40 mm×40 mm×160 mm的棱狀體，試件用振動臺成型，脫模后將做好標(biāo)記的試件立即水平放在（20±1）℃水中養(yǎng)護(hù)28 d。試驗(yàn)時(shí)將試件的一個(gè)側(cè)面放在試驗(yàn)機(jī)支撐圓柱上，試件長軸垂直于支撐圓柱，通過加荷圓柱以（50±10）N/s的速率均勻地加在棱柱體的相對側(cè)面上，直至折斷。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，說明水泥膠砂強(qiáng)度與水泥標(biāo)號匹配。

水泥膠砂試驗(yàn)結(jié)果見表2。

1.4 其他材料

砂為河沙，級配系數(shù)為3.12；石子最大粒徑為31 mm。

基準(zhǔn)混凝土，水灰比w(w)/w(c)=0.43，砂率為33%。水泥、水、砂、石子、玻璃、橡膠的密度分別為3 150，1 000，2 648，2 807，2 497，1 158 kg/m3。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)中，水泥和水含量不變，將廢玻璃等體積替換粗骨料，廢橡膠等體積替換細(xì)骨料。橡膠替換率分別為0%、10%、20%、30%，廢玻璃替換率分別為0%、10%、20%、30%、40%，分組采取正交法，每組三個(gè)試件，試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。試件在（20±2）℃、相對濕度在95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28 d，詳見表3。

將養(yǎng)護(hù)到期的混凝土取出，并擦去其表面水分置于壓力機(jī)上，以成型時(shí)的側(cè)面為受壓面，將混凝土置于壓力機(jī)的中心并對中。如圖3所示。試件的加載方式參照GBT50081普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，其加載速率為0.4～0.5 MPa/s。

表1 砂漿抗折強(qiáng)度表Tab.1 Rupture strength of mortar

表2 砂漿抗壓強(qiáng)度表Tab.2 Compressive strength of mortar

表3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分組，%Tab.3 Expenmental design group，%

圖3 混凝土破壞形式Fig.3 Concrete’s destruction form

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

對于不同配合比的混凝土試件抗壓強(qiáng)度 fcu詳見表4。

3.2 結(jié)果分析

僅摻入廢玻璃時(shí)，抗壓強(qiáng)度成先降再升又降的波浪趨勢，但下降的幅度不大。因?yàn)椴Ａе谢钚远趸钑c水泥中的堿發(fā)生堿-硅酸反應(yīng)，導(dǎo)致廢玻璃混凝土膨脹開裂。但玻璃與混凝土的咬合力比石子更強(qiáng)，且與玻璃的含量有關(guān)，當(dāng)玻璃含量為20%時(shí)混凝土的強(qiáng)度最高。

僅摻入廢橡膠時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度下降趨勢先急后緩。因?yàn)閺U橡膠混凝土本身的孔隙率較普通混凝土大，而且橡膠顆粒本身具有一定的彈性，其變形大，與混凝土粘結(jié)性較差。當(dāng)下降到一定強(qiáng)度時(shí)，混凝土自身的粘結(jié)性和離散性對抗壓強(qiáng)度起決定性作用。

當(dāng)同時(shí)摻入廢玻璃和廢橡膠時(shí)，廢棄固體顆?；炷恋目箟簭?qiáng)度均低于基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度。但是當(dāng)廢橡膠取代率不變（10%，20%，30%），隨著廢玻璃取代率的不斷增加，廢棄固體顆?；炷恋目箟簭?qiáng)度呈先升后降的規(guī)律變化。當(dāng)廢橡膠混凝土摻入玻璃量低于20%時(shí)，引起堿骨料反應(yīng)，使得其體積膨脹，但體積膨脹效應(yīng)被橡膠的延性作用所抵消，且提高了廢橡膠混凝土的密實(shí)度，從而改善了廢橡膠混凝土的受力結(jié)構(gòu)，此時(shí)廢棄顆?；炷恋膹?qiáng)度隨著廢玻璃的摻量增加而增加。但是當(dāng)廢橡膠混凝土中摻入較多的廢玻璃（大于20%且小于30%）時(shí)，廢玻璃的堿骨料反應(yīng)加劇，超過橡膠的延性作用，導(dǎo)致廢橡膠混凝土最終抗壓強(qiáng)度降低。當(dāng)玻璃過多時(shí)（大于30%），廢玻璃的堿集料反應(yīng)達(dá)到頂峰，此時(shí)抗壓強(qiáng)度基本不隨玻璃含量變化。

表4 試件抗壓強(qiáng)度表，MPaTab.4 Compressive strength of test specimen，MPa

圖4 橡膠體積分?jǐn)?shù)不同時(shí)玻璃體積分?jǐn)?shù)對混凝土抗壓強(qiáng)度影響Fig.4 Influence of different glass content on compressive strength

圖5 玻璃體積分?jǐn)?shù)不同時(shí)橡膠體積分?jǐn)?shù)對混凝土抗壓強(qiáng)度影響Fig.5 Influence of different rubber content on compressive strength

當(dāng)玻璃取代率不變，隨著廢橡膠取代率的不斷增加，廢棄固體顆?；炷恋目箟簭?qiáng)度呈持續(xù)下降的趨勢，其中20%玻璃含量曲線在橡膠含量為10%到20%區(qū)段下降最緩，此時(shí)堿集料反應(yīng)延性作用契合度最高，故抗壓強(qiáng)度下降最緩慢。

4 結(jié)論

（1）僅摻入玻璃，且取代率為20%時(shí)，抗壓強(qiáng)度與普通混凝土強(qiáng)度持平，說明玻璃本身較高的硬度和顆粒間咬合力對混凝土影響最大。而僅摻入橡膠的混凝土的抗壓強(qiáng)度下降明顯。

（2）摻入兩種廢棄材料時(shí)，20%橡膠取代率與20%玻璃取代率的混凝土，能夠發(fā)揮玻璃顆粒間最大的咬合力，而且堿-硅酸反應(yīng)與橡膠變形的契合度最高，混凝土在獲得一部分延性、抗震性和抗沖擊性的同時(shí)，還能保持相對較高的抗壓強(qiáng)度。

（3）當(dāng)橡膠含量增加到30%時(shí)，橡膠與混凝土的粘結(jié)性不足和變形過大使混凝土抗壓強(qiáng)度下降30%左右，所以此時(shí)橡膠成為影響抗壓強(qiáng)度的主要因素。

［1］劉超峰.廢橡膠在水泥混凝土和瀝青混凝土改性中的應(yīng)用［J］.橡膠科技，2008，6（7）：11-13.

［2］熊杰，鄭磊，袁勇.廢橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究［J］.混凝土，2004（12）：40-42.

［3］孫家英.寶鋼鋼渣微粉用于水泥混凝土的安定性和相容性試驗(yàn)研究［C］//建筑新技術(shù)研討會論文集，上海，2005：195-199.

［4］宋少民，劉娟紅，金樹新.橡膠粉改性的高韌性混凝土研究［J］.混凝土與水泥制品，1997（1）：10-11.

［5］張霓.玻璃混凝土力學(xué)與耐久性能的試驗(yàn)研究［D］.沈陽：沈陽建筑大學(xué)，2011.

［6］柯國軍，楊卉.廢玻璃砂漿堿-硅酸反應(yīng)試驗(yàn)研究［D］.衡陽：南華大學(xué)，2012.

Experimental study on compressive strength of concrete mixed with waste solid particles

KAN Yiwen，GAO Song，WANG Hongtao，ZHAO Peng，LIU Lin，WEN Shuai

（School of Civil Engineering，University of Science and Technology of Liaoning，Anshan 114051，China）

In order to utilize the waste solid materials and reduce the environmental pollution,waste glass and rubber can be regarded as building materials and mixed into concrete during the fabrication of concrete members.It is necessary to determine a suitable proportion for concrete mixed with waste solid materials.In this experiment,sixty standard cubic samples are made and tested according to different volume replacement ratios of waste glass and waste rubber.Finally,it is shown that mixing proportion is the main factor of compressive strength for concrete.The compressive strength of mixed,with the volume replacement ratio of 30%,is reduced nearly 30%in the comparison of the normal concrete.

waste solid particles；volume replacement ratio；concrete proportion；compressive strength

March 3，2017）

TU502

A

1674-1048（2017）03-0233-04

10.13988/j.ustl.2017.03.014

2017-03-03。

2016年遼寧省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201610146020）。

闞義文（1996—），男，河北滄州人。

高松（1978—），遼寧岫巖人，講師。