摻不同粒徑廢舊橡膠混凝土耐磨性的研究

吳云根，何山青

(1.江西省公路橋梁工程局:2.江西省交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司)

0 引言

憑借其成本低、抗壓強度高等優(yōu)勢，混凝土成為了現(xiàn)代土木工程用量最大的建筑材料。隨著社會的不斷發(fā)展，土木建筑對于混凝土的耐久性要求急劇增加，其中由于摩擦而引起混凝土路面的破損是嚴重威脅混凝土耐久性的一個主要因素。目前關(guān)于混凝土耐磨性的研究已經(jīng)較為廣泛，成為了混凝土耐久性研究的重要組成部分。

廢舊橡膠粉具有良好的彈性，能夠有效的解決混凝土抗沖擊性差、脆性低、延性差的特點，同時橡膠粉不會與混凝土組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是通過物理作用改善混凝土的結(jié)構(gòu)和性能。目前國內(nèi)外已經(jīng)有較多對橡膠混凝土的研究。Paine等人研究了摻加不同粒徑廢舊橡膠粉混凝土的抗凍性，結(jié)果表明摻加橡膠粉后混凝土的抗凍性能得到了顯著改善。Khatib等人的研究結(jié)果表明摻加廢舊橡膠粉的橡膠混凝土抗沖擊性能夠有所提高。F Hernández-Olivares等人研究了不同摻量廢舊橡膠粉混凝土的路面耐久性。實驗結(jié)果表明在重載交通條件下橡膠混凝土路面的耐久性比空白樣混凝土耐久性有顯著提高。

通過摻加不同粒徑(50目、100目和150目)不同摻量(10 kg、15 kg、20 kg)的廢舊橡膠粉的橡膠混凝土的耐磨性分析，研究了水灰比、廢舊橡膠粉摻量以及橡膠粉粒徑對橡膠混凝土耐磨性的影響，最后對橡膠混凝土的耐磨性進行了研究和討論。

1 試驗

1.1 試驗原材料

水泥采用安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的PO 42.5R型水泥，水泥的基本參數(shù)如表1所示;粗集料采用級配良好(5～31.5 mm)的花崗巖碎石，針片度為4.5%，壓碎指標為3.6%，表觀密度為2 740 kg/m3。細集料采用細度模數(shù)為2.9，表觀密度為2 590 kg/m3的河砂;拌合水為飲用水;外加劑采用湖南金華達建材有限公司提供的復(fù)合型HDJS-I混凝土高效減水劑，減水率為18% ～28%;橡膠粉采用山東濱州瑞祥橡膠粉有限公司生產(chǎn)的50目、100目和150目的廢舊橡膠粉。所采用的混凝土配合比如表2所示。

表1 水泥基本物理參數(shù)

表2 混凝土配合比

1.2 測試方法

按照表2的配合比，制備出150 mm×150 mm×150 mm的混凝土試塊，每一組試樣成型3塊試件。在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28 d后將混凝土試塊取出。將試塊放入50℃的烘箱中直至恒重后進行混凝土耐磨性試驗。根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》JTGE30-2005和《水泥膠砂耐磨性試驗方法》JC/T 421-2004進行耐磨性試驗。將混凝土試塊放至耐磨試驗機的水平轉(zhuǎn)臺上，作好定位標記并用夾具固定。在200 N負荷下預(yù)磨30轉(zhuǎn)，取下試塊掃凈粉粒稱重，該稱重作為試塊的原始質(zhì)量G1。然后將試塊再次放至于耐磨試驗機并固定后，再次磨削40轉(zhuǎn)，取下試塊掃凈粉粒稱重為G2。整個磨損過程應(yīng)將吸塵器對準試塊磨損面，使磨下的粉塵及時從磨損面吸走。每一個試塊單位面積的磨損量按照式1計算，計算至0.01 kg/m2。其中，G為單位面積上的磨損量(kg/m2);0.0125為磨損面積(m2)。

2 試驗結(jié)果及其分析

2.1 橡膠摻量對廢舊橡膠混凝土耐磨性能的影響

廢舊橡膠混凝土磨損量的測試結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，空白樣混凝土試塊的磨損量為1.845 kg/m3。當混凝土中分別摻加10 kg/m3、15 kg/m3和20 kg/m3廢舊橡膠粉后，混凝土試塊的磨損量分別為0.660 kg/m3、0.984 kg/m3和1.496 kg/m3。相對磨損量分別降低了64.2%、46.7%和18.9%。橡膠粉的摻入對混凝土的耐磨性能起到了加強作用。橡膠混凝土的耐久性能均優(yōu)于空白樣混凝土。隨著廢舊橡膠粉的摻量不斷增加，混凝土試塊的磨損量不斷增加，混凝土中廢舊橡膠粉的最佳摻量為10 kg/m3。

作為一種彈性填充物，一定量橡膠粉的摻入能夠顯著降低混凝土的脆性，提高混凝土的變形能力，從而能夠降低混凝土在摩擦過程中的磨損。隨著廢舊橡膠粉摻量的不斷增加，橡膠混凝土的強度和孔隙率會增加，同時橡膠粉與混凝土基體的粘接能力不斷降低，最終降低了混凝土的性能。從而增加了廢舊橡膠混凝土的磨損量。

表3 廢舊橡膠混凝土的磨損量

2.2 水灰比對廢舊橡膠混凝土耐磨性的影響

由表3中試塊1，3，7，8的磨損量可知，當廢舊橡膠粉的摻量為15 kg/m3時，試塊1，3，7，8的磨損量和相對磨損量分別為1.845 kg/m3、0.984 kg/m3、1.491 kg/m3、1.193 kg/m3和 100%、53.3%、80.8%、108%。隨著水灰比的不斷增大，廢舊橡膠混凝土的耐磨性不斷降低。當水灰比達到0.65時，廢舊橡膠混凝土的磨損量大于空白樣混凝土的磨損量，大大降低了混凝土的耐磨性。水灰比與混凝土的耐磨性具有良好的線性關(guān)系。當水灰比增加時，混凝土的強度和彈模降低，孔隙率明顯升高，水化產(chǎn)物和晶體的尺寸明顯變大，不利于混凝土耐磨性的增強。為了保證膠凝材料完全水化的最低水分量和施工過程所需保證的混凝土和易性，水灰比對廢舊橡膠混凝土耐磨性的影響應(yīng)在一定的范圍內(nèi)。

2.3 廢舊橡膠顆粒尺寸對廢舊橡膠混凝土耐磨性的影響

由表3中試塊1，3，5，6的磨損量可知，廢舊橡膠混凝土的磨損量均小于空白樣混凝土的磨損量。試塊3，5，6中分別摻入50目、100目和150目的廢舊橡膠粉(15 kg)。試塊1，3，5，6 的磨損量和相對磨損量分別為 1.845 kg/m3、0.984 kg/m3、1.549 kg/m3、1.213 kg/m3和 100%、53.3%、84.0%、65.7%。在摻入這三種不同粒徑橡膠粉的廢舊橡膠混凝土中，摻加50目廢舊橡膠混凝土的耐磨性最佳。這主要是由于廢舊橡膠粉的顆粒尺寸小，能夠均勻分布于混凝土基體中，且比表面積最大，能夠與混凝土有更好的粘接，促進混凝土耐磨性的增強。

3 結(jié)論

研究摻加不同粒徑(50目、100目和150目)不同摻量(10 kg、15 kg、20 kg)的廢舊橡膠粉的橡膠混凝土的耐磨性能。當一定量的廢舊橡膠粉摻加到混凝土中能夠有效的改善混凝土的耐磨性能。隨著水灰比的不斷增大，橡膠混凝土的耐磨性也隨之降低。在給定水灰比的混凝土中摻加不同摻量的廢舊橡膠粉(10 kg、15 kg、20 kg)，當摻量為10 kg時，橡膠混凝土的耐磨性最好，其磨損量為空白樣混凝土試件磨損量的35.8%。在粒徑為50目、100目和150目的廢舊橡膠粉中，粒徑為50目的橡膠混凝土的耐磨性最好，比摻加100目和150目橡膠粉的橡膠混凝土的磨損量降低30.7%和12.4%。

作為一種彈性填充物，一定量橡膠粉的摻入能夠顯著降低混凝土的脆性，提高混凝土的變形能力，從而能夠降低混凝土在摩擦過程中的磨損。因此橡膠混凝土的耐磨性能夠得到有效的提高，繼而改善混凝土的耐久性。

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