河北工程大学学报自然科学版
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橡胶混凝土的性能研究

  摘 要:橡胶混凝土的研究应用不但可以回收利用废旧轮胎,有益环境,还可以改善普通混凝土的性能缺陷,因此,具有广阔的应用前景。

  关键词:橡胶混凝土;性能

  自20世纪90年代初,美国北卡罗来纳州立大学土木工程学院Shuaih Ahm acl教授制成“橡胶混凝土”以来,橡胶胶粒(粉)与世界上应用最广泛的建筑材料之一混凝土(砂浆)的结合逐渐受到国内外研究者的关注。已有研究工作主要集中于橡胶混凝土的强度、耐久性能、韧性和抗冲击性能等方面。

  1 强度

  目前已开展的研究结果表明,胶粉作为一种轻质骨料掺入到混凝土中,混凝土的力学性能包括抗压强度、抗折强度都会产生显著的下降,下降的幅度取决于混凝土中橡胶颗粒或橡胶碎片的含量以及粉碎橡胶的形状。Eldin和Topcu(1995)[1]等报道,含条状和碎橡胶骨料的砼的抗压强度和劈裂抗拉强度要比普通的砼低。如果用粗橡胶粉全部替代砼中的粗骨料,抗压强度和劈裂抗拉强度大约下降85%和50%,而用细橡胶粉全部替代细骨料时,二者下降的比例是65%和接近50%。

  2 耐久性

  Paine K A等对掺用不同粒径胶粉的混凝土抗冻融性能进行了研究,试验结果表明,胶粉能大幅度提高混凝土的抗冻融性能,掺入胶粉的混凝土抗冻融性能与掺入引气剂的混凝土相当。Savas等将粒径为2~6mm的胶粉掺入混凝土中,试验结果表明,胶粉质量为水泥质量的10%~15%时,混凝土的抗冻融性能较好。陈波等[2]的研究还表明,胶粉粒径小的橡胶混凝土抗冻融性能比胶粉粒径大的橡胶混凝土好;掺用的胶粉质量为水泥质量的10%以下时,随着胶粉用量的增大,混凝土的抗渗性能提高;掺用的胶粉质量超过水泥质量的10%后,随着胶粉用量的增大,混凝土的抗渗性能降低;胶粉粒径对混凝土的抗渗性能影响不大。

  3 韧性和抗冲击性

  Khatib等报道了随着橡胶混凝土中橡胶含量的增加,试件的破坏变缓,而且破坏面的形状为圆锥形或圆柱形;当橡胶含量达总骨料的60%时,试样表现出弹性变形,即卸除荷载试样仍保持原样。Eldin等阐明含橡胶颗粒试样的破坏形式是缓慢的而不是脆断,宋少民等研究表明,胶粉掺量为3%时,混凝土的抗压、抗折强度变化不大,但冲击功可以提高70%。Segre的研究表明无论胶粉是否经过改性,都会显著提高混凝土的韧性。他们的工作都说明掺橡胶的混凝土具有较为明显的韧性。

  4 抗冻性能

  橡胶粉在混凝土中作为弹性体由于其本身的弹性行为,阻止了混凝土已有微裂纹的继续扩展,并且橡胶在混凝土中占据一定的空间,阻碍水分进入混凝土的通道,进而可以延缓混凝土试件的冻融破坏,提高混凝土的抗冻融循环能力。橡胶粉掺量和颗粒尺寸显著影响橡胶混凝土的抗冻性。文献比较了普通混凝土和橡胶混凝土的抗冻性,结果表明:对于改善混凝土抗冻性的效果,140μm橡胶粉好于引气剂,3~4mm橡胶颗粒与引气剂效果相当。Savas等人按水泥重量百分比的10%、15%、20%和30%加入细橡胶粉(2~6mm)配制混凝土,通过快速冻融循环试验,得出以下结论:(1)经过300次的冻融循环后,掺10%和15%橡胶掺合料的混凝土耐久性指标要高于标准60%,而掺20%和30%的混凝土耐久性指标却达不到ASTM标准要求;(2)引气剂对含10%、20%和30%细橡胶粉的混凝土的冻融稳定性没有促进作用;(3)橡胶粉表面越粗糙,冻融循环的次数越多。Paine等人把橡胶粉掺入混凝土中,作为固体引气剂来提高混凝土的抗冻性能。

  5 抗渗透性能

  混凝土的渗透有外部原因和内部原因,外因包括水压、离子扩散等,内因主要是自身构造缺陷造成的。混凝土是一种多相非匀质人造石材,从微观上看属于多孔材料,混凝土内部的凝胶孔、毛细孔、沉降缝隙、接触孔及余留孔(比毛细孔大)给混凝土的渗透留下了隐患。孔隙和裂缝是造成混凝土渗漏的主要因素。因此,抑制孔隙、减少裂缝,增加混凝土的密实度,是提高混凝土抗渗性的重要关键。试验结果表明,橡胶粉能在一定程度改善混凝土的氯离子渗透性,且导电量随橡胶掺量增加而降低。这主要是因为,一方面从微观上看混凝土属于多孔材料,橡胶粉的加入,填充了这些孔隙,提高了密实度。另一方面,橡胶粉与水泥砂浆界面处存在的大量密闭、互不连通的微型空气泡群起到了切断毛细孔连续性的作用,使毛细管变得细小、曲折、分散,从而减少了渗透通道,阻碍了氯离子在混凝土中的扩散,使混凝土的密实性和抗渗性得到提高。

  参考文献

  [1]L.Zheng. Experimental investigation on dynamic properties of rubberized concrete. Construction and Building Materials.2008,25(2)。

  [2]陈波,张亚梅,陈胜霞,等。 橡胶混凝土性能的初步研究。混凝土,2004(12)。

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