橡膠改性預(yù)拌混凝土制備、性能檢測

陳欣美

摘 要：為提高預(yù)拌混凝土的力學性能，在采用尾礦微粉替代部分粉煤灰和礦渣的前提下，采用橡膠對預(yù)拌混凝土進行改性，并對改性后的預(yù)拌混凝土性能進行檢測。結(jié)果表明，尾礦微粉預(yù)拌混凝土橡膠最佳摻量為10%;加入30 kg尾礦微粉后，養(yǎng)護齡期60 d，混凝抗壓強度比基準混凝土增加了1.65 MPa;凍融循環(huán)試驗表明，在同等養(yǎng)護齡期的條件下，普通混凝土的抗凍融性能循環(huán)次數(shù)為25次，橡膠尾礦微粉混凝土的抗凍融性能循環(huán)次數(shù)為125次;橡膠尾礦混凝土收縮率僅提高了0.88×10-4;將該混凝土用于實際工程中時，混凝土表面平整光滑，無明顯缺陷，使用情況良好。

關(guān)鍵詞：釩鈦鐵尾礦;預(yù)拌混凝土;水化機理;力學性能

中圖分類號：TQ178 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1001-5922（2021）11-0124-04

Preparation， Performance test and Application of Rubber Modified Ready Mixed Concrete

Chen Xinmei

（Urumqi Vocational University， Urumqi 830057， China）

Abstract：In order to improve the mechanical properties of ready-mixed concrete， rubber is used to modify the ready-mixed concrete under the premise of replacing some tailings fly ash and slag， and the modified properties of ready-mixed concrete are tested. The results show that the best mixing amount of tailings micropowder ready-mixed concrete rubber is 10%. After adding 30 kg of tailings micropowder， the maintenance age was 60 d， and the coagulation compressive strength increased by 1.65 MPa over the base concrete. The freeze-thaw cycle test shows that under the condition of equal maintenance age， the freeze-thaw resistance cycle number of ordinary concrete is 25 times， and the cycle number of rubber tailings micropowder concrete is 125 times; the shrinkage rate of rubber tailings concrete is only increased by 0.88×10-4. When using the concrete in practical works， the concrete surface is smooth without obvious defects and can be used well.

Key words：vanadium iron titanium tailings; ready-mixed concrete; hydration mechanism; mechanical properties

隨著我國建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對建筑材料的要求也是越來越高?；炷磷鳛樽畛Ｓ玫囊环N建筑材料，自然也得到了很多關(guān)注。相比普通混凝土而言，預(yù)拌混凝土因為其施工速度快、節(jié)約場地、提高勞動效率、改善施工環(huán)境等特點得到了廣泛使用。但我國預(yù)拌混凝土的制備還停留在初級階段，存在強度等級不夠、配套設(shè)備不成熟、污染大、產(chǎn)品單一等問題。增加預(yù)拌混凝土強度，減輕環(huán)境污染是現(xiàn)在比較重要的研究方向。郭偉等（2019）采用微波法測試預(yù)拌混凝土的水膠比，建立了微波法測試水膠比和混凝土強度之間的相關(guān)關(guān)系，對預(yù)拌混凝土抗壓強度進行預(yù)測[1]。李辛庚等（2020）則嘗試用陶粒替代一部分骨料制備混凝土，證實了陶粒對混凝土的力學性能、保溫性能、抗凍性能皆能產(chǎn)生積極作用[2]。以上學者對增強預(yù)拌混凝土強度研究提供了方法，所用成本相對較高，因此在實際運用中還存在一定局域性?；诖?，本文以廉價的尾礦微粉替代部分粉煤灰和礦渣粉，并通過摻加橡膠對預(yù)拌混凝土進行改性研究，以增強預(yù)拌混凝土的強度，提高尾礦的利用率，在降低成本的同時減少污染。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

本試驗主要材料為：水泥（華宇大地水泥;P.O 42.5）、粉煤灰（恒鑫礦產(chǎn)品加工，二級）、礦渣粉（騰川礦產(chǎn)，S95）、減水劑（華京新型建材;優(yōu)級品）、普通砂（恒碩硅石，細度模數(shù)2.75）、石子（綠貝建材科技，5～20 mm）、釩鈦鐵尾礦微粉（建龍礦業(yè)，表觀密度3.3×103 kg/m3）、橡膠顆粒（匯德利礦產(chǎn)，粒徑3～6 mm）。

本試驗主要設(shè)備為：350型混凝土攪拌機（寶正機械）、ZHJ-1混凝土振動臺（傲晨建筑）、YRTF倒置坍落度筒（亞凱儀器）、YAW混凝土壓力試驗機（文騰試驗儀器）、TDR-1混凝土快速凍融試驗箱（天健儀器）、BCL-355混凝土收縮儀（科碩建筑儀器）。

1.2 試驗步驟

本試驗用尾礦微粉分別替代部分粉煤灰和礦渣粉制備C30混凝土，具體配合比設(shè)計如表1所示。

試驗步驟為：

（1）將干物料和橡膠顆粒倒入350型混凝土攪拌機中攪拌均勻，攪拌時間為5 min。加入實際用水量的一半，繼續(xù)攪拌。

（2）用剩下的一半水將減水劑沖進攪拌機，攪拌均勻后進行塌落度試驗。

（3）準備100 mm×100 mm×100 mm 規(guī)格的試驗?zāi)＞?，提前刷好脫模劑。將混凝土倒入模具后置于ZHJ-1型混凝土振動臺上振搗至表面有水析出。

（4）用抹灰刀將混凝土表面刮平整后蓋上塑料保濕膜。在實驗室中養(yǎng)護24 h后脫模，實驗室養(yǎng)護溫度為：（20±2）℃。

（5）將脫模后的混凝土試件移至標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護至指定齡期。

1.3 性能測試

1.3.1 橡膠混凝土和易性測試

摻入1%、3%、5%、7%、10%和15%的橡膠顆粒，將制備的混凝土分3層裝入YRTF型倒置坍落度筒中。每裝1層，需用搗棒從外向里均勻插搗25次，重復(fù)步驟3次。待混凝土完全裝入坍落度筒后，用抹灰刀將筒口刮平。將坍落度筒垂直提起，觀察混凝土的塌落度和保水性。用搗棒從側(cè)面輕輕敲打混凝土，觀察混凝土的粘聚性。

1.3.2 養(yǎng)護齡期對橡膠混凝土力學性能影響

參照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》中的相關(guān)方法測定不同齡期混凝土的抗壓強度[3]。具體步驟為：

（1）將養(yǎng)護至3、7、28、60 d齡期的混凝土試件從標準養(yǎng)護室取出，并將混凝土表面擦拭干凈。

（2）將試件置于YAW型混凝土壓力試驗機的軸心位置。

（3）開啟試驗機，以0.6 MPa/s的速率對試件施加荷載，直至試件破壞，記錄試件破壞時的荷載。

1.3.3 混凝土收縮性能測試

（1）在標準養(yǎng)護室取出3 d齡期混凝土試件，置于恒溫恒濕室內(nèi)不吸水的擱架上。試件底面架空，試件間應(yīng)間隔30 mm。

（2）按規(guī)定時間間隔用BCL-355型混凝土收縮儀對其變形讀數(shù)進行測量，測定初始長度。

（2）為保持試件在收縮儀上放置位置方向一致，應(yīng)在時間上標明相應(yīng)記號。每次測量時，儀器和儀表保持同樣的方向性，每次讀數(shù)重復(fù)3次，取3次讀數(shù)的平均值作為最終結(jié)果?；炷潦湛s率表達式為[4]：

式（1）中：L0表示試件長度初始讀數(shù);Lt表示試件在t試驗期時測量的長度讀數(shù);εst表示試驗期為t天時，混凝土的收縮率。

2 結(jié)果與討論

2.1 橡膠摻量對預(yù)拌混凝土性能的影響

圖1為不同橡膠摻入量對混凝土坍落度的影響。從圖1可知，隨橡膠摻入量的增加，混凝土的坍落度表現(xiàn)出波浪上升的趨勢。在橡膠摻入量為15%時，坍落度達到最高值，但此時混凝土表現(xiàn)出較大流動性，不適宜建筑使用[5]。綜合考慮，當橡膠摻入量為10%時，坍落度適中，混凝土和易性良好。因此選擇10%為橡膠的最佳摻入量。

表2為新拌混凝土和易性測試結(jié)果。從表2可知，每組新拌混凝土塌落度差異不大，尾礦微粉替代粉煤灰和礦渣粉對混凝土工作性能影響不明顯[6]。各組混凝土的粘聚性和保水性表現(xiàn)良好，即基礎(chǔ)力學性能良好。

2.2 養(yǎng)護齡期對橡膠改性預(yù)拌混凝土力學性能的影響

圖2為不同養(yǎng)護齡期混凝土抗壓試驗結(jié)果。由圖2可知，各組混凝土強度皆達到了C30混凝土強度水平。與基準混凝土相比，水膠比為0.48，尾礦微粉摻量為30、45 kg的混凝土，3～28 d的抗壓強度表現(xiàn)出緩慢降低的趨勢。當養(yǎng)護齡期為60 d時，30 kg尾礦微粉混凝土比基準混凝的抗壓強度高出1.65 MPa;45 kg尾礦微粉混凝土比基準混凝土的抗壓強度低0.73 MPa。說明摻入尾礦微粉后，利于長齡期試件強度值增進。

當尾礦混凝土水膠比為0.46，尾礦微粉摻量不超過45 kg時，各齡期混凝土試件抗壓強度均高于基準混凝土。此現(xiàn)象說明影響混凝土強度的主要因素是水膠比[7-8]。

當尾礦微粉摻量達到60 kg時，水膠比的改變對混凝土強度影響不大。此時尾礦混凝土的抗壓強度皆小于基準混凝土，但尾礦混凝土長齡期抗壓強度增進量較大。在養(yǎng)護齡期60 d時，抗壓強度比高達94%。

2.3 混凝土收縮性能測試

圖3為尾礦微粉混凝土收縮率變化曲線。從圖3可知，尾礦微粉摻量的增加，導致混凝土收縮率有所提高。當尾礦微粉摻量為45 kg時，尾礦混凝土收縮率比基準混凝土收縮率提高了0.45×10-4;當尾礦微粉摻量為60 kg時，尾礦混凝土收縮率比基準混凝土收縮率提高了0.88×10-4。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因為水泥水化作用與摻合料的二次水化作用同時發(fā)生，導致體系中固相的絕對體積不斷增加。因此固相和水相體積總和整體呈減小趨勢。在尾礦微粉混凝土中，尾礦微粉水化活性比粉煤灰和礦渣粉更低，故二次水化作用相對較弱，水化產(chǎn)物絕對體積也相對較低。經(jīng)過磁選后的尾礦微粉，鐵元素以硅酸鹽和鋁硅酸鹽的結(jié)合體存在，并不會對混凝土性能產(chǎn)生不利影響。隨化學收縮作用和干燥收縮作用的同時存在，導致尾礦微粉摻量較多的混凝土收縮率也相對較大。

3 應(yīng)用實例

為研究尾礦微粉混凝土在實際工程中的應(yīng)用，以某3 000 m2環(huán)形路面作為試驗對象，鋪設(shè)尾礦微粉混凝土，該路面厚度為20 cm，寬為6 m。采用混凝土運輸車將尾礦微粉混凝土運至現(xiàn)場進行澆筑施工，并對其工作性能和抗壓強度進行測定，測定結(jié)果如表3所示。從表3可知，尾礦微粉混凝土工作性能表現(xiàn)良好，在28 d時，抗壓強度即可超過45 MPa，滿足設(shè)計要求。尾礦微粉混凝土成型路面混凝土工作性能如表3所示，路面平整光滑，外觀無明顯缺陷，使用情況良好。

4 結(jié)語

本試驗在傳統(tǒng)的預(yù)拌混凝土中加入橡膠，并就摻入后的混凝土性能進行探討，得到以下結(jié)果：

（1）尾礦微粉混凝土中橡膠的適宜摻入量為10%，各組混凝土與基準混凝土的易性相差不大，基礎(chǔ)力學性能皆表現(xiàn)良好。

（2）抗壓強度試驗證實水膠比是影響混凝土強度的主要因素。尾礦微粉混凝土對長齡期試件強度值增進有利。在60 d時，尾礦微粉混凝土30 kg摻入量抗壓強度比基準混凝土高出1.65 MPa;45 kg摻入量抗壓強度則降低0.73 MPa。

（3）隨尾礦微粉摻入量的增加，混凝土收縮率也有所提高。摻入量為45 kg和60 kg的尾礦混凝土分別比基準混凝土收縮率提高了0.45×10-4、0.88×10-4。

（4）尾礦微粉混凝土在實際工程的運用中表現(xiàn)良好，在28 d時，抗壓強度即可超過45 MPa，滿足設(shè)計要求;路面鋪設(shè)平整，外觀無明顯缺陷。

參考文獻

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