橡膠碾壓混凝土力學(xué)性能研究

黃飛虎，張明堂，王云鵬 （華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450000）

1 引言

水泥混凝土作為主要的公路工程材料，在安全性、成本等方面優(yōu)勢(shì)明顯，可以預(yù)見(jiàn)仍將是未來(lái)中國(guó)公路建設(shè)的最主要形式。設(shè)想一下，混凝土中如果可以摻入橡膠，這會(huì)帶來(lái)十分可觀的效益，不僅能夠緩解相關(guān)資源匱乏的問(wèn)題，而且還能減少環(huán)境污染，其發(fā)展?jié)摿κ志薮?。近年?lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)一種坍落度為零的混凝土進(jìn)行了大量的研究，稱其為碾壓混凝土。它是一種超干硬的混凝土，其特點(diǎn)是粗集料用量大，膠凝材料（水泥等）較少。并且它具有施工作業(yè)面積大，施工作業(yè)速度快的優(yōu)點(diǎn)。碾壓混凝土其抗凍性能較好，強(qiáng)度較高，適用于公路工程。但美中不足的是，碾壓混凝土由于水和水泥用量較少，其適應(yīng)變形能力較差。通過(guò)對(duì)碾壓橡膠混凝土的研究，可以在保證原有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上提高其適應(yīng)變形能力，能夠更好地應(yīng)用于公路工程建設(shè)中。天津大學(xué)韓春翠等人發(fā)現(xiàn)：隨橡膠粉摻量的增加，碾壓橡膠混凝土的強(qiáng)度顯著降低，在同等抗壓強(qiáng)度條件下碾壓橡膠混凝土的抗彎強(qiáng)度，以及直接拉伸強(qiáng)度都隨橡膠顆粒的增加而增加，說(shuō)明橡膠顆粒的加入能有效改善橡膠碾壓混凝土的抗開(kāi)裂性；楊芳等人研究了橡膠粉粒徑對(duì)橡膠碾壓混凝土的力學(xué)性能影響，研究表明隨著橡膠粉粒徑減小，碾壓橡膠混凝土的力學(xué)性能變差。本文主要研究橡膠顆粒對(duì)碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度影響。

2 原材檢測(cè)

2.1 水泥原材檢測(cè)

水泥試驗(yàn)的依據(jù)是《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE30-2005），均設(shè)置兩組平行試驗(yàn)，取其平均值。本文試驗(yàn)采用T 0505-2005方法測(cè)定水泥凝結(jié)時(shí)間；采用T O502-2005方法測(cè)定水泥的細(xì)度；水泥的膠砂強(qiáng)度采用T 0506-2005測(cè)定。本文試驗(yàn)采用的水泥是新鄉(xiāng)原陽(yáng)“同力”牌普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)42.5，可用于三、四級(jí)公路面層設(shè)計(jì)。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2 粗集料原材檢測(cè)

粗集料試驗(yàn)的依據(jù)是《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）。本試驗(yàn)選用的粗集料是5～10mm和 10～20mm兩檔碎石，均設(shè)置兩組平行試驗(yàn)，取其平均值。測(cè)定粗集料的級(jí)配采用T 0302-2005篩分試驗(yàn)；粗集料的表觀密度及吸水率采用T 304-2005網(wǎng)籃法測(cè)定；壓碎值采用T 0316-2005方法測(cè)定；堆積密度采用T 309-2005方法測(cè)定；針、片狀顆粒含量采用T 312-2005方法測(cè)定；含泥量則采用T 0310-2005方法測(cè)定。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

2.3 細(xì)集料原材檢測(cè)

細(xì)集料試驗(yàn)的依據(jù)是《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）。本試驗(yàn)所用細(xì)集料為 0-5mm機(jī)制砂。采用T0327-2005篩分試驗(yàn)來(lái)測(cè)定細(xì)集料的級(jí)配。細(xì)集料的表觀密度及吸水率采用TO328-2005容量瓶法測(cè)定，堆積密度采用T 331-1994方法測(cè)定，含泥量則采用T0333-2000篩洗法測(cè)定，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

水泥原材檢測(cè)結(jié)果 表1

3 試驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試件的制備

①根據(jù)碾壓混凝土配合比,配制橡膠顆粒摻量不同的碾壓橡膠混凝土拌和物。

②成型試件：先擦拭試模，接著在試模內(nèi)部涂一層礦物油，將拌合均勻的混凝土分兩次裝入試模內(nèi)，將試模放在振動(dòng)機(jī)具上，壓重塊保持人工扶正，加壓成型后收漿抹面。

③成型24h后拆除試模，將制備好的試件放入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28d后在進(jìn)行試驗(yàn)。

3.2 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)前，從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中取出試件，并檢查外觀，將待測(cè)試件放在試驗(yàn)機(jī)的下壓板正中間，注意承壓面與混凝土成型時(shí)的頂面相互垂直。開(kāi)啟試驗(yàn)機(jī)保證試件均勻受壓，待連續(xù)均勻加載到試件破壞（0.3MPa/s～0.5MPa/s加荷速度），記錄試件的極限荷載值。

粗集料原材檢測(cè)結(jié)果 表2

細(xì)集料檢測(cè)結(jié)果 表3

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

見(jiàn)表4。

不同膠粉摻量下28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 表4

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

隨著橡膠顆粒用量的增加，摻加了橡膠顆粒的碾壓混凝土28d抗壓強(qiáng)度顯著降低，即在一定范圍內(nèi)，碾壓橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著橡膠用量的增加而降低，近似成線性關(guān)系。這是因?yàn)槟z粉的特質(zhì)，在試件受到外力作用時(shí)，膠粉顆粒會(huì)產(chǎn)生形變，不能給結(jié)構(gòu)提供足夠的支撐。

4 結(jié)論

摻加橡膠顆粒的碾壓混凝土混合料28d抗壓強(qiáng)度有所下降，并且橡膠顆粒的摻量越多，其力學(xué)性能越差。通過(guò)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)這是因?yàn)橄鹉z顆粒本身承受壓力的能力較差和結(jié)合能力弱的特點(diǎn)，不利于混合料的強(qiáng)度開(kāi)展和結(jié)合面的強(qiáng)度上升。