NaOH預處理橡膠顆粒對橡膠混凝土耐久性的影響

摘 要：為了研究NaOH預處理的橡膠顆粒對橡膠混凝土耐久性的影響，以不含橡膠顆粒的砂漿和混凝土作為對照組，細骨料替代率為15%的未處理橡膠、細骨料替代率為15%和30%的NaOH預處理橡膠制備砂漿和混凝土試件。試驗結果表明，混凝土的電阻率隨著橡膠含量的增加而降低，NaOH預處理的橡膠混凝土吸水率最低；橡膠顆粒的摻入提高了混凝土的抗凍融性能；NaOH預處理的橡膠顆粒對混凝土的抗凍融性能影響更顯著；橡膠顆粒的摻入降低了砂漿的膨脹率，摻入15%的預處理橡膠顆粒，砂漿的膨脹率最低。砂漿中橡膠顆粒含量越高，干燥收縮率越高。

關鍵詞：橡膠顆粒；電阻率；吸水率；干縮率；堿硅酸反應

中圖分類號：TQ177.6+7；TU528" " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " "文章編號：1001-5922（2024）07-0039-04

Effect of NaOH pretreatment of rubber particles

on durability of rubber concrete

KOU Dalun

（Yunnan Official Housing Construction Group Co.， Ltd.，Kunming 650220，China）

Abstract： In order to study the effect of rubber particles pre?treated with NaOH on the durability of rubber concrete， mortar and concrete without rubber particles were used as the control group. Mortar and concrete samples were prepared from untreated rubber with 15% fine aggregate replacement rate and NaOH pretreatment rubber with 15% fine aggregate replacement rate and 30% NAOH pretreatment. The test results showed that the resistivity of concrete decreased with the increase of rubber content， and the water absorption of rubber concrete treated with NaOH was the lowest. The incorporation of rubber particles improved the freeze?thaw resistance of concrete. Rubber particles treated with NaOH had more significant effects on the freeze?thaw resistance of concrete. The addition of rubber particles reduced the expansion rate of mortar， and the addition of 15% pre?treated rubber particles had the lowest expansion rate of mortar. The higher the content of rubber particles in mortar， the higher the drying shrinkage rate.

Key words： rubber particles；resistivity；water absorption rate；dry shrinkage rate；alkali silicic acid reaction

混凝土的耐久性是指混凝土在不同環(huán)境條件下保持其初始質量、形狀和可使用性的能力［1］。混凝土中使用的材料是影響混凝土結構耐久性的重要因素之一。一些學者認為將廢橡膠摻入混凝土中可提高混凝土的耐久性［2］。廢橡膠在混凝土中的應用為廢橡膠的環(huán)?；厥仗峁┝?條途徑。橡膠自身的疏水特性導致橡膠顆粒表面與水泥漿體之間的粘接強度較弱。因此，橡膠顆粒的添加會降低混凝土的力學性能。相關文獻表明，橡膠顆粒體積替代率每增加1%，會導致混凝土抗壓強度降低4.5%［3］。為了減少添加橡膠對混凝土性能產生的負面影響，可以對橡膠進行改性，增強橡膠與水泥漿體的粘結力。許多研究已證明［4］，用NaOH處理橡膠顆?？梢蕴岣呦鹉z顆粒與水泥漿體的粘接力。因此，利用NaOH對橡膠顆粒進行預處理可以緩解橡膠混凝土強度的降低，從而改善橡膠混凝土的力學性能。另一方面，許多研究表明在混凝土中添加未經處理的橡膠顆粒可提高混凝土的耐久性，特別是抗凍融性［5］。但對NaOH預處理橡膠顆粒的混凝土耐久性研究較少。為了研制高耐久性橡膠混凝土，研究在混凝土中加入NaOH預處理的橡膠顆粒，增強橡膠與水泥的粘接。通過對預改性橡膠混凝土的電阻率、吸水率、凍融循環(huán)、干縮率和堿硅酸反應進行測試，評價了預改性橡膠混凝土的耐久性。

1" "試驗材料和方法

1.1" "試驗材料

試驗采用符合GB175—2007（《通用硅酸鹽水泥》）標準的普通硅酸鹽水泥（P·O42.5R）作為膠凝材料。水泥的主要物理特性和化學成分如表1和表2所示。

試件制備采用連續(xù)級配為2.82～22.35 mm的碎石灰石作為粗骨料，采用連續(xù)級配為0.14～4.75 mm的河砂作為細骨料。橡膠顆粒、河砂和碎石灰石的粒徑分布如圖1所示。

骨料的級配影響著顆粒在混凝土中的填充效果。合理的級配可以提高混凝土配合比中骨料的配比，從而降低水泥用量，降低混凝土成本。本研究使用良好的骨料級配來控制混凝土的價格。采用市售木質素磺酸鹽作為減水劑，可以在不增加混凝土混合物含水量的情況下提高和易性。采用引氣劑來提高混凝土的含氣量，優(yōu)化混凝土的孔隙系統(tǒng)。采用NaOH溶液（化學純度為95%?98%）對橡膠顆粒進行預處理。

1.2" "橡膠顆粒的預處理

NaOH預處理可使橡膠顆粒周圍處于弱堿狀態(tài)，將處理后的橡膠顆粒摻入混凝土中可改善橡膠顆粒周圍的水泥水化效果。此外，NaOH處理提高了橡膠顆粒的親水性，減少橡膠顆粒與水泥漿體之間的空隙。因此，橡膠顆粒與水泥漿體之間的粘接力得以增強。

在本研究中，在室溫下，橡膠顆粒在1 N的NaOH溶液中浸泡40 min作為預改性。用NaOH溶液處理后，用自來水沖洗橡膠顆粒，直到沖洗水的pH值接近中性。最后將處理后的橡膠顆粒在常溫下風干。

1.3" "混合料配合比

試驗制備了2組水泥混合料。字母“C”和“M”分別代表混凝土組和砂漿組?；炷两M用于電阻率、吸水率和凍融循環(huán)的測試。在混凝土試件制備中，將混凝土的細骨料（河砂）按總細骨料體積的比例分別替換為0%（C0）、15%（C-15）未處理橡膠顆粒、15%（C-OH-15）和30%（C-OH-30）NaOH預處理橡膠顆粒。混凝土的配合比如表3所示。

砂漿組用于干縮率和堿硅酸反應的測試。在砂漿試件制備中，將砂漿的細骨料（河砂）按總細骨料體積的比例分別替換為0%（M-0）、15%（M-15）未處理橡膠顆粒、15%（M-OH-15）和30%（M-OH-30）NaOH預處理橡膠顆粒。砂漿的配合比如表4所示。

1.4" "試驗方法

1.4.1" "電阻率測量

采用單軸法測量混凝土的電阻率。每種混凝土澆鑄3個圓柱體試樣進行電阻率測試。試樣24 h后脫模，放入清水浸泡。在第28 d齡期進行電阻率試驗。

1.4.2" "吸水率測量

制備尺寸為Φ100 mm×50 mm的混凝土圓柱體試樣用于吸水率測試。將試樣放置在110 °C的烘箱中干燥24 h，測量試樣的質量（W1）。試樣經烘箱干燥后，在水中浸泡48 h，取出并擦去試樣表面的水，測量試樣的飽和面干質量（W2）。吸水率的計算公式：

[吸水率=W2-W1W1×100%]

1.4.3" "凍融循環(huán)試驗

為了準備凍融試驗的試樣，每種類型的混凝土制備了3個尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的立方體試樣并進行養(yǎng)護，測試前經過28 d的養(yǎng)護。凍融室中試樣的溫度為-20 ～20 °C。

1.4.4" "干燥收縮率測試

制備尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的砂漿棱柱試樣進行干燥收縮率測試，每種砂漿都制備了3個棱柱試樣。24 h后從模具中取出砂漿試樣，在飽和石灰水中養(yǎng)護48 h，然后測量砂漿棱柱的長度。試樣被放置在相對濕度為（60±5）%，溫度為（20±2）°C的空氣中。在第3、7、14、21和28 d測量砂漿棱柱的長度。

1.4.5" "堿硅酸反應（ASR）試驗

在ASR膨脹試驗中，每種砂漿制備了3個尺寸為25 mm×25 mm×285 mm的砂漿棱柱試樣。砂漿棱柱在模具中保持24 h，然后在水中養(yǎng)護24 h，測量并記錄棱柱的長度。然后將試樣浸泡在80°C的NaOH（1N）溶液中28 d。分別在第7、14、21和28 d測量并記錄棱柱的長度。

2" "結果和討論

2.1" "混凝土的電阻率

通過測定試樣的電阻率以評價混凝土的耐久性。混凝土試樣在第28 d的電阻率結果如圖2所示。

由圖2可知，橡膠混凝土的電阻率高于普通混凝土。這表明橡膠混凝土比普通混凝土具有更好的耐久性。本研究中用于替代河砂的橡膠顆粒的平均粒徑為2.32 mm，而河砂的平均粒徑為0.63 mm。由于尺寸較大的橡膠顆粒替代了混凝土中等體積的砂，因此橡膠顆粒的數(shù)量會小于混凝土中同等體積的砂。細骨料數(shù)量的減少，會減小細骨料與水泥漿體之間的界面過渡區(qū)，從而減少了混凝土內部的傳輸連接。此外，與砂相比，橡膠是一種無孔的固體。因此，橡膠混凝土的電阻率增加。

2.2" "混凝土的吸水率

不同類型的混凝土浸泡48 h后的吸水率如圖3所示。

由圖3可知，在混凝土中摻入橡膠顆粒后混凝土的吸水率明顯降低，隨著橡膠顆粒替代率的增加，混凝土的吸水率逐漸減小。C-OH-15的吸水率小于C-15，說明NaOH預處理的橡膠混凝土滲透性較低，且處理后的橡膠顆粒與水泥漿體的粘接力較好。

2.3凍融循環(huán)試驗

凍融循環(huán)試驗過程中各組混凝土的質量變化如圖4所示。

由圖4可知，在前130次循環(huán)中，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土試樣的質量有增加的趨勢。其原因可能是凍融循環(huán)過程中，試樣吸水導致的。C-15的質量增加比C0低0.05%。這是因為橡膠顆粒的摻入降低了混凝土的吸水率。

在橡膠顆粒替代率相同時，C-OH-15的質量增加比C-15降低了0.18%。表明預處理橡膠顆粒與水泥漿體之間的界面過渡區(qū)孔隙率較低。隨著混凝土試樣中橡膠含量的增加，混凝土的質量增加量在前130個循環(huán)中總體減小。

在130～300次循環(huán)中，混凝土試樣的質量從第130次循環(huán)開始下降。C-0和C-15試樣的質量損失分別為0.78%和0.71%。在混凝土中添加橡膠可以減小質量損失。與C-15試樣相比，C-OH-15的質量損失較小。NaOH預處理后的橡膠顆粒與水泥漿體之間具有更高的粘接強度，防止了試樣在凍融循環(huán)過程中的質量損失。C-OH-15和C-OH-30試樣的質量損失分別為0.56%和0.57%。可以看出，隨著混凝土中橡膠含量的增加，混凝土的質量損失變化不大。這表明混凝土中較低的橡膠替代率不會增加橡膠混凝土在凍融循環(huán)過程中的質量損失。

2.4" "砂漿的干燥收縮率

砂漿試樣的干燥收縮率如圖5所示。

由圖5可知，在28 d時，M-15、M-OH-15和M-OH-30的長度比對照組M-0高出0.003 5%、0.002 5%和0.008 5%。由于橡膠顆粒的剛度較低，導致橡膠砂漿的內部約束比普通砂漿低。橡膠砂漿干燥收縮率增大是由于結構內部約束的較小導致的。M-OH-15的平均長度變化比M-15小0.001%。這是由于NaOH預處理增強了橡膠顆粒與水泥漿體之間的粘接力，從而增加了砂漿的內部約束。因此，在相同的橡膠替代率下，預處理的橡膠砂漿的收縮率低于未處理的橡膠砂漿的收縮率。隨著砂漿中橡膠含量的增加，橡膠砂漿的干燥收縮率逐漸增大。但所有橡膠砂漿試件的長度變化幅度都很小，不會造成收縮破壞。所有試樣在28 d的長度變化均小于0.03%，表明干燥收縮造成破壞的潛力較小。

2.5" "堿硅酸反應（ASR）試驗

圖6顯示了由堿硅酸反應引起的砂漿試樣膨脹結果。

由圖6可知，所有含橡膠顆粒的砂漿試樣膨脹率均小于對照組。第28 d齡期，對照組M-0和橡膠砂漿M-15、M-OH-15和M-OH-30的膨脹率分別為0.24%、0.21%、0.19%和0.20%。這是由于柔性的橡膠顆粒能夠吸收砂漿內部的膨脹應力，從而降低砂漿的膨脹率。在橡膠含量相同時，預處理的橡膠砂漿性能優(yōu)于未處理的橡膠砂漿，M-OH-15的膨脹率比M-15低0.02%。橡膠含量方面，21 d前隨著橡膠含量增加，砂漿的膨脹率逐漸降低；但是在21 d后，M-OH-30的膨脹率超過了M-OH-15。這是由于砂漿中橡膠含量的增加，試樣的剛度降低而導致的。

3" 結語

（1）混凝土的電阻率隨著橡膠含量的增加而降低。橡膠顆粒替代率相同時，NaOH預處理的橡膠混凝土比未處理的橡膠混凝土的電阻率更高；

（2）隨著橡膠顆粒替代率的增加，混凝土的吸水率逐漸減小。NaOH預處理的橡膠混凝土比未處理的橡膠混凝土的吸水率更低；

（3）凍融循環(huán)試驗中，摻入橡膠顆粒可以減小混凝土的質量損失。NaOH預處理的橡膠混凝土抗凍融性能最佳；

（4）橡膠砂漿的干燥收縮率比普通砂漿略高，橡膠顆粒的增加會導致砂漿的收縮率增加。當橡膠替代率小于30%時，收縮率的增加不足以造成收縮破壞；

（5）在砂漿中加入橡膠可以減小堿硅酸反應引起的膨脹，NaOH預處理橡膠可以進一步減小砂漿的膨脹率。橡膠含量過高，會導致試樣剛性降低，從而使砂漿的膨脹率增加。

【參考文獻】

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