再生輪胎橡膠混凝土及其徐變性能研究

劉松岸 劉亞飛

摘 要：文章主要通過實驗研究的方法，對再生輪胎橡膠混凝土的壓縮強度、彎曲強度、軸心壓縮強度、彈性模量及其徐變性能進行分析。實驗結(jié)果表明，當橡膠顆粒摻量和再生粗骨料不斷增加時，混凝土的壓縮強度、彎曲強度、軸心壓縮強度和彈性模量均處于不斷下降趨勢，徐變表現(xiàn)為增加趨勢;當橡膠顆粒摻量大于10%之后，前四項力學性能下降速率加快;當橡膠摻量和環(huán)境相對濕度降低時，混凝土的徐變速率不斷增加。

關鍵詞：再生輪胎橡膠混凝土;力學性能;徐變性能

中圖分類號：TQ335 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）07-0017-04

Research on Recycled Tire Rubber Concrete and Its Creep Performance

Liu Songan， Liu Yafei

（The Engineering&Technical College of Chengdu University of Technology， Leshan 614000， China）

Abstract：This paper mainly analyzes the compressive strength， flexural strength， axial compressive strength， elastic modulus and creep properties of recycled tire rubber concrete through experimental research methods. The experimental results show that when the content of rubber particles and recycled coarse aggregates continue to increase， the compressive strength， flexural strength， axial compressive strength and elastic modulus of concrete are all in a downward trend， and creep shows an increasing trend; when the amount of rubber particles is greater than 10%， the first four mechanical properties decrease at a faster rate; when the amount of rubber and the relative humidity of the environment decrease， the creep rate of concrete increases continuously.

Key words：recycled tire rubber concrete; mechanical properties; creep properties

混凝土作為建筑工程中的主要材料，發(fā)揮極為重要的作用，并且隨著社會發(fā)展其使用量不斷增加[1]。加工混凝土需要大量的沙石粗料，往往會以破壞生態(tài)環(huán)境大量開采這些原材料，如今提倡節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展，必須減少這些不可再生能源的使用[2-3]。為了解決這個問題，使用綠色環(huán)?？稍偕奶娲牧嫌糜诨炷林谱髦?，能夠在一定程度降低沙石的使用量[4-5]。于是發(fā)現(xiàn)再生輪胎橡膠能夠作為細骨料替代沙石，但是在使用該材料的同時，不能降低混凝土的使用性能[6-8]。于是文章對再生輪胎橡膠混凝土及其徐變性能進行研究，從而更加深入了解再生輪胎橡膠混凝土的性能。

1 實驗過程

1.1 實驗材料

實驗需要的主要材料有：水泥、水、C30混凝土、天然石子、粗骨料、細骨料等，其中細骨料主要包含天然河沙和橡膠顆粒，橡膠顆粒主要使用的回收廢舊輪胎進行加工，使之成為顆粒狀態(tài)。

1.2 再生輪胎橡膠混凝土配合比

再生輪胎橡膠混凝土配合比如表1所示。

1.3 試樣制作過程

試樣制作前的準備工作：按照表1中混凝土的配比準好相關材料，由于在制作過程中會存在材料損耗，于是在稱取過程中將富余系數(shù)設置為1.2。將試樣制作過程中需要使用的攪拌機和試模等進行清理干凈，并在試模上涂抹潤滑油，然后將相關工具進行預濕處理，并將現(xiàn)場積水清理干凈。

試樣制作時的攪拌過程：在攪拌機中放入配置好的水泥漿，對其進行充分掛漿處理，然后將剩余的漿倒出;在攪拌機中加入粗骨料和附加水后開啟攪拌機15s，然后靜置10min;在攪拌機中加入石子、沙子、橡膠顆粒進行攪拌20s，然后再加入水泥、水進行混合攪拌2min即可。

混凝土成型處理：將攪拌好的混凝土裝模，然后對其進行振搗處理，保持水泥砂漿形成平整的表面;對試樣進行標注，然后當混凝土快要達到初凝時對其進行抹面處理，并用塑料薄膜覆蓋，成型之后將試樣進行養(yǎng)護。

1.4 再生輪胎橡膠混凝土性能測試方法

1.4.1 壓縮強度實驗方法

使用萬能試驗機對試樣進行壓縮強度測試。將試樣的尺寸設置為長度為100mm的正立方體，為了保證實驗的準確度，將每組實驗設置3個試樣，然后取平均值作為最終的壓縮強度。將萬能試驗機的加載速度控制在0.3～0.5MPa/s，對試樣進行均勻連續(xù)的施壓，當發(fā)現(xiàn)再生輪胎橡膠混凝土表面有細微裂紋后立即停止送油，使用當前的壓力作用于試樣上，直至試樣破碎為止，然后打開回油閥，記錄荷載數(shù)據(jù)。最后按照下面公式即可獲得試樣的壓縮強度。

1.4.2 彎曲強度實驗方法

使用SANS萬能試驗機進行彎曲強度測試。將試件的尺寸設置為100mm×100mm×400mm。將萬能試驗機的加載速度設置為0.08MPa/s，在加載過程中，如果發(fā)現(xiàn)試件出現(xiàn)細微裂紋，立即關閉送油閥，直至試樣破碎為止，然后記錄荷載數(shù)據(jù)。最后按照以下公式計算出混凝土的彎曲強度。

1.4.3 軸心壓縮強度和彈性模量實驗方法

將試件放入到如圖1所示的儀器中，進行均勻穩(wěn)定的加荷速度，當試件出現(xiàn)輕微破壞之后，關閉送油閥，使用當前壓力直至試件破壞為止，然后記錄此時的荷載。試件的軸心壓縮強度即可按照壓縮強度實驗方法中的公式計算。

試件彈性模量實驗的方式：計算彈性模量，需要測量試件的變形，于是需要在儀器中安裝變形測量儀，并且固定好千分表;將試件固定在儀器上之后，打開送油閥，設備的加壓速度均勻增加到0.5MPa/s之后，將此時的荷載作為基準力F0，然后關閉送油閥，保持此時的壓力作用于試件1min，然后讀取此時千分表的讀數(shù)ε0;然后再對試件進行加壓，直至軸心壓縮強度的? ? ?為止，并記錄此時的荷載Fa;最后保持此壓力作用于試件1min之后，讀取千分表讀數(shù)ε0。記錄好相關數(shù)據(jù)之后，即可按照下述公式計算出試件的彈性模量Ec。

1.4.4 再生輪胎橡膠混凝土的徐變性能實驗方法

再生輪胎橡膠混凝土都到荷載作用之后，會出現(xiàn)不同程度的變形，這種現(xiàn)象就稱之為徐變。如果混凝土的徐變性能比較差，就會影響到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，所以有必要對再生輪胎橡膠混凝土的徐變性能進行分析。

（1）徐變計算模型。對于混凝土的徐變性能研究，已經(jīng)積累了比較多的經(jīng)驗和理論，在其計算模型上已經(jīng)有了突出成果，形成了幾種不同的徐變計算模型，我國研究院朱伯芳提出了一種冪指數(shù)函數(shù)式，由于其模型相對來講比較簡單，而且該公式適用于LC30以下的輕骨料混凝土和強度等級C40以下的普通混凝土，正好可以滿足與本文的研究的要求，于是本文將選擇該徐變計算模型進行混凝土徐變性能研究。朱伯芳提出的冪指數(shù)函數(shù)式如下所示[9]：

其中，t表示的為觀測時間，τ表示的是加荷齡期，其余參數(shù)均表示的常數(shù)。

（2）實驗方法。進行徐變性能測試時，選擇長度為150mm的正立方體，并且選擇表1混凝土配比中編號為1、2、3、5的試樣作為研究對象。分析再生細骨料對混凝土徐變性能的影響。徐變實驗參照標準實驗方法進行[10]。在實驗之前首選需要對應變儀和傳感器進行標定，圖2為徐變加載和測量裝置。

2 實驗結(jié)果

2.1 混凝土壓縮強度

混凝土的壓縮強度結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出，當輪胎橡膠顆粒不斷增加時，再生輪胎橡膠混凝土的壓縮強度不斷降低;增加再生粗骨料的含量，就會降低混凝土的壓縮強度，所以普通混凝土的壓縮強度最大。另外，單獨對再生輪胎橡膠普通混凝土進行分析，從圖中的斜率可以看出，當橡膠顆粒摻量大于15%時，混凝土的壓縮強度下降趨勢變得更加明顯、更快。從圖中還可以看出，加入再生粗骨料之后，隨著橡膠顆粒摻量的不斷增加，混凝土的壓縮強度降低趨勢明顯比沒有加入粗骨料的橡膠混凝土低;對于40%再生粗骨料橡膠混凝土，當橡膠顆粒摻量大于10%之后，混凝土的壓縮強度具有更加明顯的降低趨勢，而對于70%再生粗骨料橡膠混凝土，當橡膠顆粒摻量大于5%之后，混凝土的壓縮強度具有更加明顯的降低趨勢。于是在實際的應用過程中，再生粗骨料替代率為0%、40%、70%時，再生輪胎橡膠混凝土為了得到更好的壓縮強度，應該將其橡膠摻量分別設置為小于15%、10%、5%。

2.2 混凝土彎曲強度

再生輪胎橡膠混凝土的彎曲強度實驗結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看出，當橡膠顆粒摻量不斷增加時，混凝土的彎曲強度隨之不斷降低;且再生粗骨料替代率越來越大時，混凝土的彎曲強度也不斷降低。然后再分析圖中的降幅幅度可知，普通橡膠混凝土隨著橡膠顆粒摻量的增加，其彎曲強度下降速度比另外兩種混凝土的快;對于40%再生粗骨料橡膠再生混凝土，其彎曲強度基本上呈現(xiàn)線性變化的趨勢。

2.3 軸心壓縮強度和彈性模量

再生輪胎橡膠混凝土的軸心壓縮強度和彈性模量結(jié)果如圖5和圖6所示。從圖中可以看出，當增加橡膠顆粒摻量時，混凝土的軸心壓縮強度和彈性模量都處于不斷降低的趨勢;而且增加再生粗骨料的含量，同樣會降低混凝土軸心壓縮強度和彈性模量。另外，對軸心壓縮強度和彈性模量的下降程度進行分析，普通橡膠混凝土和40%再生粗骨料橡膠混凝土的彈性模量比較接近，當繼續(xù)增加粗骨料之后就會使得彈性模量降低幅度變得更加明顯。

通過上述對3種不同粗骨料含量的再生輪胎橡膠混凝土進行分析，得到其壓縮強度、彎曲強度、軸心壓縮強度和彈性模量的變化結(jié)果。結(jié)果表明，當橡膠顆粒摻量和再生粗骨料不斷增加時，所研究的4個力學性能指標均隨之不斷降低，并且從總體上可知，當橡膠摻量大于10%之后，再生輪胎橡膠混凝土的各個力學性能指標下降的程度更加明顯。所以在實際的配比過程中，再生輪胎橡膠混凝土中的橡膠摻量不能大于10%。

2.4 徐變性能

本文主要研究再生細骨料對混凝土徐變性能的影響，橡膠顆粒摻量分別為0%、5%、10%、20%，徐變結(jié)果如圖7所示。

從圖7中可以看出，再生輪胎橡膠混凝土在早期時，其徐變變化比較大，隨著持荷時間的增加，徐變處于不斷增加趨勢，而在后期時，隨著持荷時間的增加，混凝土的徐變雖然也處于增長狀態(tài)，但是其增長速率比較慢，曲線趨于收斂。剛開始時的0～90d之間，此時的混凝土的環(huán)境相對濕度比較大，當增加橡膠顆粒參數(shù)之后，混凝土孔隙率增加，就會增加微裂縫含量，于是就會增加混凝土的徐變性能。90～120d之間，此時環(huán)境相對濕度降低，當橡膠顆粒不斷增加之后，混凝土徐變速率有所降低，所以此環(huán)境下不添加橡膠顆粒的混凝土徐變最大。出現(xiàn)此現(xiàn)象主要原因在于相對濕度降低，會產(chǎn)生附加干燥徐變，混凝土中的需水量會越來越多，附加干燥徐變就會越來越少，于是就會降低徐變速率。持荷時間大于120d之后，此時的環(huán)境相對濕度比較趨于穩(wěn)定，基本上沒有濕度交換，于是此時的徐變就不會產(chǎn)生干燥徐變，或者是干燥徐變比較少，所以最后的徐變速率變化非常小，基本上保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

3 結(jié)語

通過對再生輪胎橡膠混凝土的性能研究可知，使用廢舊輪胎替代混凝土中的原材料，雖然增加橡膠顆粒摻量，再生混凝土的綜合力學性能會隨之不斷降低。但只需要保證輪胎橡膠加入的量合理，并不會對混凝土的綜合性能造成嚴重影響，而且還可以節(jié)約不可再生資源，有利于生態(tài)環(huán)境的保護。

參考文獻

[1]劉師喆.纖維混凝土綜述[J].土木工程，2019，08（02）：442-446.

[2]吳中偉.高性能混凝土——綠色混凝土[J].混凝土與水泥制品，2000（1）：3-6.

[3]華家杰.關于現(xiàn)代混凝土綠色環(huán)保的探究[J].建筑工人，2018，39（09）：18-22.

[4]盧海東.沿海地區(qū)利用可再生資源生產(chǎn)高耐久性混凝土的研究[J].混凝土，2013（12）：128-130.

[5]陳清.人工砂在預拌混凝土中的應用研究[D].泉州：華僑大學，2014.

[6]趙麗妍.摻廢舊輪胎橡膠粉改性水泥混凝土試驗研究[D].大連：大連理工大學，2009.

[7]張昊，張小亮，樂金朝.廢舊輪胎橡膠改性混凝土材料性能試驗研究[J].浙江水利水電學院學報，2008，020（01）：39-41.

[8]劉方，王寶民，袁曉灑，等.摻加廢舊橡膠顆?；炷恋捻g性試驗研究[J].混凝土，2019（003）：78-81+85.

[9]惠榮炎.混凝土的徐變[M].北京：中國鐵道出版社，1988.

[10]GBJ82-85.普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1985.