橡膠混凝土與普通混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度

，，， ，，

(1.河南省水利科學(xué)研究院 a.結(jié)構(gòu)材料所; b.河南省水利工程安全技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室,鄭州 450003； 2.鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002；3.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院 水利工程系，鄭州 450000；4.濟(jì)源市水土保持科學(xué)研究所 濟(jì)源市水土保持監(jiān)測(cè)站，河南 濟(jì)源 459000)

1 研究背景

自1993年美國(guó)Eldin教授提出橡膠混凝土以來，許多學(xué)者對(duì)橡膠混凝土的性能進(jìn)行了深入研究，因其具有良好的耐久性能、抗沖擊性能及抗震性能而在建筑工程中得到應(yīng)用。

如1999年，美國(guó)亞利桑那州北部建造了世界第1條橡膠混凝土路面道路[1]；2001年，在上海市外環(huán)道路、內(nèi)環(huán)線高架橋等工程中，橡膠混凝土作為韌性面層材料、橋梁伸縮縫及伸縮縫開裂修復(fù)彈性材料進(jìn)行使用[1]；2015年，在河南省河口村水庫(kù)泄洪洞工程中，橡膠混凝土的抗沖磨性能得到初步檢驗(yàn)[2]。由于橡膠混凝土的抗壓、抗拉強(qiáng)度較低，且材料價(jià)格相對(duì)較高，因此也限制了橡膠混凝土的使用范圍。一般情況下，橡膠混凝土僅作為面層或局部材料與普通混凝土配合使用，這就不可避免地涉及到橡膠混凝土與普通混凝土的粘結(jié)問題，但關(guān)于橡膠混凝土與普通混凝土粘結(jié)性能的研究卻鮮有報(bào)道。

目前，針對(duì)普通混凝土之間粘結(jié)性能的研究已有較長(zhǎng)歷史，在粘結(jié)的力學(xué)性能、耐久性能、微觀結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理等方面已取得了豐富成果[3-8]，這為研究橡膠混凝土與普通混凝土的粘結(jié)打下了基礎(chǔ)。與普通混凝土相比，橡膠顆粒的存在，已造成橡膠混凝土的微觀結(jié)構(gòu)及宏觀強(qiáng)度的較大改變[9-11]，當(dāng)將其與普通混凝土進(jìn)行粘結(jié)時(shí)，橡膠顆粒對(duì)粘結(jié)界面性能的影響將不容忽視。據(jù)此，本文將對(duì)新澆橡膠混凝土與普通老混凝土的粘結(jié)劈拉性能開展研究，分析橡膠顆粒粒徑、摻量和界面劑等因素對(duì)粘結(jié)劈拉強(qiáng)度的影響。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 原材料

水：城市自來水；水泥：河南省輝縣生產(chǎn)的天瑞牌普通硅酸鹽水泥P.O-42.5；粗骨料：石灰?guī)r碎石，二級(jí)配，即粒徑5～20 mm，20～40 mm兩種石子，兩者質(zhì)量比為4∶6，表觀密度為2 732 kg/m3；細(xì)骨料：河砂，細(xì)度模數(shù)2.70，表觀密度為2 703 kg/m3；橡膠顆粒：1～3 mm和3～6 mm兩種粒徑，表觀密度為1 119 kg/m3。

2.2 復(fù)合改性和界面劑

復(fù)合改性：橡膠顆粒經(jīng)1%質(zhì)量濃度的NaOH溶液浸泡24 h，之后用清水清洗橡膠顆粒直至呈中性，然后晾干，再稱取橡膠顆粒質(zhì)量1%的KH570溶液，用一定量的無水乙醇稀釋后倒入橡膠顆粒中，以橡膠顆粒恰好全部濕潤(rùn)為宜。

試驗(yàn)用新老混凝土粘結(jié)界面劑有2種：一種是目前工程常用的水泥凈漿界面劑，其水灰比與新混凝土相同；另一種是自行研發(fā)的新型改性環(huán)氧界面劑，主要成分有環(huán)氧、糠醛、丙酮和固化劑等，經(jīng)過一定的合成工序配制而成，液體呈淺黃色，可噴涂，施工方便。

2.3 配合比

老混凝土為普通混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C30，28 d抗壓強(qiáng)度為41.35 MPa。水灰比0.54，砂率0.37，配合比見表1。新澆混凝土為橡膠混凝土，橡膠顆粒摻量分別為5%，10%，15%，20%和30%(砂的體積分?jǐn)?shù))5種，橡膠顆粒摻加方式為等體積取代細(xì)骨料(砂)，配合比見表1。

表1 混凝土的配合比Table 1 Mixture proportions of concrete kg/m3

2.4 試驗(yàn)方法

混凝土的拌合與成型、養(yǎng)護(hù)和試驗(yàn)均參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL 352—2006)進(jìn)行，粘結(jié)劈拉試件成型試模采用標(biāo)準(zhǔn)的150 mm×150 mm×150 mm立方體試模。老混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后，再自然養(yǎng)護(hù)3個(gè)月。粘結(jié)劈拉試件的老混凝土界面采用自然劈拉面，即老混凝土試件在壓力試驗(yàn)機(jī)上從中間劈成兩半，去掉劈拉面上松動(dòng)的水泥石或石子，不做其它人工鑿毛處理，直接在劈拉面上澆筑新混凝土。對(duì)26塊隨機(jī)老混凝土試件的劈拉面采用灌砂法[2]測(cè)定其平均灌砂深度，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，平均灌砂深度值為1.11 cm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.238 cm，可以認(rèn)為，所有老混凝土試件的自然劈拉面的平均灌砂深度較一致，且滿足新老混凝土粘結(jié)質(zhì)量對(duì)粗糙度的要求。澆筑新混凝土前，將半個(gè)老混凝土試件放入水中浸泡1 d，取出擦干粘結(jié)面(劈拉面)明水，然后在粘結(jié)面上均勻涂抹界面劑，厚度為0.5～2.0 mm，最后將半個(gè)老混凝土試件豎立放置于立方體試模中，在一側(cè)澆筑新混凝土，并振搗成型[3]。試件成型24 h后拆模，放入養(yǎng)護(hù)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d。粘結(jié)劈拉試驗(yàn)按照混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行。

3 粘結(jié)劈拉強(qiáng)度影響因素

試驗(yàn)研究了橡膠顆粒粒徑、橡膠顆粒摻量、復(fù)合改性和界面劑對(duì)橡膠混凝土與普通混凝土粘結(jié)劈拉強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 混凝土整體及粘結(jié)試件的劈拉強(qiáng)度Table 2 Adhesive splitting tensile strength of concrete asa whole and bonding specimens

3.1 橡膠顆粒粒徑

當(dāng)橡膠摻量在5%，10%，15%和30%時(shí)，摻加1～3 mm橡膠顆粒的混凝土整體劈拉強(qiáng)度稍>摻加3～6 mm橡膠顆粒的混凝土整體劈拉強(qiáng)度(見圖1)，1～3 mm 橡膠顆粒粒徑時(shí)，劈拉強(qiáng)度的降低在橡膠摻量為 20%時(shí)達(dá)到最大，3～6 mm 橡膠顆粒粒徑時(shí)，劈拉強(qiáng)度的降低在橡膠摻量為 30%時(shí)達(dá)到最大。

當(dāng)橡膠混凝土與老混凝土粘結(jié)，不涂刷界面劑時(shí)，摻加3～6 mm橡膠顆粒橡膠混凝土與老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度略>摻加1～3 mm橡膠混凝土與老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度；涂刷水泥凈漿界面劑時(shí)，2種粘結(jié)劈拉強(qiáng)度相差不大，5%，10%和30%摻量時(shí)是摻加3～6 mm橡膠顆粒橡膠混凝土與老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度略>摻加1～3 mm橡膠混凝土與老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度，15%和20%摻量時(shí)則相反(見圖2(b))；涂刷新型改性環(huán)氧界面劑時(shí)，摻加1～3 mm橡膠顆粒橡膠混凝土與老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度>摻加3～6 mm橡膠混凝土與老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度。

圖1 橡膠混凝土整體劈拉強(qiáng)度Fig.1 Adhesive splitting tensile strength of rubber concrete

圖2 橡膠混凝土與老混凝土粘結(jié)劈拉強(qiáng)度Fig.2 Adhesive splitting tensile strength of RC-OC

3.2 橡膠顆粒摻量

新澆混凝土(橡膠顆粒摻量為0時(shí)是普通混凝土，其它摻量時(shí)是橡膠混凝土)的整體劈拉強(qiáng)度與新老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度隨橡膠摻量的變化規(guī)律較一致(見圖3)，說明新老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度與新混凝土整體的劈拉強(qiáng)度有一定相關(guān)性，這與普通新老混凝土粘結(jié)的結(jié)論[6]一致。新澆橡膠混凝土與老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度大多<新澆普通混凝土與老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度，但橡膠混凝土與老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度隨著橡膠摻量的增加呈現(xiàn)先升后降的起伏變化，在一定摻量下達(dá)到最大值，這個(gè)摻量在1～3 mm橡膠顆粒時(shí)為15%(見圖3(a))，在3～6 mm橡膠顆粒為10%(見圖3(b))。

圖3 橡膠混凝土劈拉強(qiáng)度與橡膠摻量的關(guān)系Fig.3 Relationship between splitting tensile strength of RC-OC and rubber content

3.3 界面劑

不論涂刷何種界面劑，新老混凝土粘結(jié)劈拉強(qiáng)度都<新澆混凝土整體劈拉強(qiáng)度，對(duì)普通混凝土是這樣，對(duì)橡膠混凝土也是這樣(見圖3)。而新老混凝土粘結(jié)試件相比，不論新澆混凝土是普通混凝土還是橡膠混凝土，橡膠混凝土是摻加1～3 mm橡膠顆粒(見圖3(a))還是摻加3～6 mm橡膠顆粒(見圖3(b))，涂刷新型改性環(huán)氧界面劑時(shí)粘結(jié)劈拉強(qiáng)度均最大；涂刷水泥凈漿界面劑與不涂刷界面劑對(duì)于普通新老混凝土粘結(jié)(橡膠摻量為0)劈拉強(qiáng)度有較大差別，但對(duì)于橡膠混凝土與老混凝土粘結(jié)劈拉強(qiáng)度相差不大。

3.4 復(fù)合改性

橡膠顆粒經(jīng)復(fù)合改性后，同摻量下橡膠混凝土的劈拉強(qiáng)度比改性前有所提高(見圖4，15%時(shí)數(shù)據(jù)異常，試驗(yàn)誤差造成)。當(dāng)復(fù)合改性橡膠混凝土作為新混凝土與普通混凝土粘結(jié)時(shí)，粘結(jié)劈拉強(qiáng)度也有所提高(見圖5)，且改性前后粘結(jié)劈拉強(qiáng)度隨橡膠顆粒摻量、橡膠顆粒粒徑的變化規(guī)律相似。

圖4 復(fù)合改性橡膠混凝土整體劈拉強(qiáng)度Fig.4 Adhesive splitting tensile strength of composite modified rubber concrete

圖5 橡膠顆粒復(fù)合改性前后粘結(jié)劈拉強(qiáng)度對(duì)比Fig.5 Comparison of adhesive splitting tensile strengthof rubber particles before and after compositemodification

5 結(jié) 語

(1)摻加1～3 mm和3～6 mm橡膠顆粒的橡膠混凝土與普通老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度大小因界面劑不同而有所不同：不涂刷界面劑時(shí)，摻加3～6 mm橡膠顆粒橡膠混凝土與普通混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度略大于摻加1～3 mm橡膠混凝土與普通混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度；涂刷水泥凈漿界面劑時(shí)，2種粘結(jié)劈拉強(qiáng)度相差不大；涂刷新型改性環(huán)氧界面劑時(shí)，摻加1～3 mm橡膠顆粒橡膠混凝土與普通混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度大于摻加3～6 mm橡膠混凝土與普通混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度。

(2)橡膠混凝土與普通混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度隨著橡膠摻量的增加呈現(xiàn)先升后降的起伏變化，不論有無界面劑，1～3 mm和3～6 mm橡膠顆粒分別對(duì)應(yīng)摻量為15%和10%時(shí)，其值達(dá)到最大。

(3)新老混凝土粘結(jié)劈拉強(qiáng)度都<新澆混凝土整體劈拉強(qiáng)度，涂刷水泥凈漿界面劑與不涂刷界面劑對(duì)于普通新老混凝土粘結(jié)時(shí)劈拉強(qiáng)度有較大差別，但對(duì)于橡膠混凝土與普通混凝土粘結(jié)時(shí)劈拉強(qiáng)度相差不大，涂刷新型改性環(huán)氧界面劑時(shí)粘結(jié)劈拉強(qiáng)度最大。

(4)橡膠顆粒經(jīng)復(fù)合改性后，復(fù)合改性橡膠混凝土與普通混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度較未改性前有所提高，且改性前后粘結(jié)劈拉強(qiáng)度隨橡膠顆粒摻量、橡膠顆粒粒徑的變化規(guī)律相似。