齡期對橡膠混凝土的強度的影響研究

李磊，李曉明

（1.華電國際十里泉發電廠，山東 棗莊 230009；2.棗莊學院城市與建筑工程學院，山東 棗莊 230009）

1 概 述

橡膠混凝土是將橡膠粉摻入到混凝土中而形成的復合材料[1]，它不僅可以消耗大量廢棄輪胎，而且具有重量輕、彈性大、抗沖擊性強、柔韌性和隔音性好等優點，但其抗壓強度和抗拉強度卻明顯下降。與普通混凝土相比,橡膠混凝土具有質量小及耐久性能、減震性能、抗沖擊性能、抗爆裂性能、隔熱性能和隔聲性能好等特點,已逐漸在公路、橋梁、鐵路、民用建筑和軍事建筑等中應用[2]。目前橡膠混凝土的研究主要集中于使用性能方面[3]。建立完善的理論體系和試驗研究方法將有力推動橡膠混凝土的廣泛應用。

本課題主要研究齡期對橡膠混凝土抗壓強度的影響，從而分析橡膠混凝土在實際工程中應用的可行性與可靠性。不僅可以消耗緩解廢舊輪胎帶來的環境壓力，而且能增加混凝土的韌性，改善其抗沖擊性和抗震性能，對實際工程有著較大的意義。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

本次試驗使用由棗莊中聯水泥有限公司制造的42.5級復合硅酸鹽水泥，粗骨料采用粒徑為9.5mm～19mm的碎石，細骨料采用細度模數為2.6的中砂，表觀密度為2703kg/m3。橡膠粉為江陰市眾晨橡塑有限公司生產的60目橡膠，表觀密度為1119kg/m3。

2.2 橡膠混凝土試塊配合比

試驗過程中使用C30強度的混凝土，試樣共分為3大組：第一組為100mm3橡膠摻量5%和10%的2小組；第二組為150mm3橡膠摻量5%和10%的2小組；第3組為對照組。

對于1m3的混凝土，初步配合比：混凝土：沙子：石子=1：1.74：3.10，水灰比W/C=0.56，采用60目橡膠粉，橡膠粉等體積取代細骨料計算見表1。

橡膠粉等體積取代細骨料計算 表1

試塊分組和養護時間 表2

2.3 試件制作及其養護

參照《水工混凝土試驗規程》[4]（DL/T 5150—2001），制作試件尺寸為邊長100mm和150mm的立方體試塊，按照規定方法成型并進行標準養護（在溫度20℃±3℃，相對濕度為90%的潮濕條件養護），養護期間，試件彼此間隔不小于10mm，在試塊上進行覆蓋，防止有水滴在試件上。分別在8個齡期下測定其實驗抗壓強度。在進行干燥處理后進行編號，并使用電子天平對試塊質量進行稱重。本次試驗使用的電子天平結果精確值0.01g[5]。本次試驗標準養護采用無錫市錫東建材設備廠生產的型號為BYS-60型的全自動控溫控濕設備。

2.4 試驗方法

試驗采用了C30強度的混凝土，分為100mm3和150mm32大組，每一組又分為橡膠摻量為5%和10%2小組，同時設置不摻加橡膠的100mm3和150mm3兩組作為對比組。每組制作3塊試塊，分別測定其強度，再取平均值，增加了數據的準確性。通過測定試塊在3d、7d、10d、14d、17d、20d、24d、28d下的強度，并和不同含量、尺寸的橡膠混凝土作比較，來得到齡期對混凝土強度的影響。試塊的分組和養護時間見表2。

3 試驗結果與分析

試驗結果 表3

3.1 不同齡期橡膠混凝土強度描述

隨著齡期的增加，試塊的抗壓強度普遍增加，但是由于橡膠摻量和尺寸不同，抗壓強度的大小增加的速有所不同。隨著齡期的增加，橡膠混凝土的強度逐漸增加，在3d、7d、10d內，橡膠混凝土試塊的抗壓強度增加最大，后期增加速率逐漸變慢。對于同尺寸的不同橡膠摻量的橡膠混凝土，10%橡膠摻量的試塊相對于5%橡膠摻量的試塊，在3d～10d齡期內抗壓強度較小，但是隨著齡期的繼續增加，10%橡膠摻量的試塊抗壓強度相對于5%橡膠摻量的試塊較大。與相同尺寸的普通混凝土相比，摻加橡膠的混凝土抗壓強度比普通混凝土強度小，這是橡膠混凝土與普通混凝土抗壓強度的差別。實驗數據見表3。

3.2 橡膠混凝土抗壓強度分析

為了更好的分析試驗結果，得到齡期對橡膠混凝土抗壓強度的影響，制作了相同尺寸不同橡膠含量、不同尺寸相同橡膠含量的3個折線圖，見圖1、2、3。

圖1 100mm3 試塊抗壓強度

由圖1可以得出，對于100mm3的試塊，普通混凝土的抗壓強度比橡膠混凝土的抗壓強度大[6]。在初期橡膠混凝土抗壓強度增長中，5%橡膠摻量的橡膠混凝土比10%橡膠摻量的抗壓強度增長速率大。當齡期達到14d時，兩者趨于相同，隨著齡期繼續增加，10%橡膠摻量的試塊抗壓強度逐漸超過5%橡膠摻量的試塊，并且在最后28d齡期時，10%橡膠摻量的試塊抗壓強度大于5%橡膠摻量的試塊。

當試塊的尺寸均為100mm3時，對照組的普通混凝土的抗壓強度大于橡膠摻量為5%和10%的橡膠混凝土。對于橡膠摻量為5%和10%的橡膠混凝土，在3d、7d、10d、14d的齡期內，5%橡膠摻量的橡膠混凝土的抗壓強度一直大于10%橡膠摻量的抗壓強度，并在14d時，兩者相等。在17d～28d的齡期內，10%橡膠摻量的橡膠混凝土抗壓強度大于5%橡膠摻量的抗壓強度，并且兩者的增加速率是相同的。

由圖2可以得出，對于尺寸為150mm3的試塊，在齡期未達到20d之前，橡膠混凝土強度一直增長，而且增長的速率由于橡膠摻量的不同而有所差異。5%橡膠摻量的混凝土抗壓強度增長速率最快，對照組次之，10%橡膠摻量的混凝土增長最慢。由此可見，添加適量的橡膠會增加混凝土抗壓強度的增長速[7]率。當齡期達到20d以后，3種混凝土的抗壓強度逐漸趨于相同，并以相同的速率緩慢增長。

圖2 150mm3 試塊抗壓強度

當試塊的尺寸為150mm3時，在3d～20d的齡期內，5%橡膠摻量的橡膠混凝土抗壓強度大于10%橡膠摻量的橡膠混凝土和對照組的普通混凝土的抗壓強度。在3d～10d齡期內，普通橡膠混凝土的抗壓強度大于10%橡膠摻量的橡膠混凝土，并且在10d時兩者相等，在隨后的14d～20d齡期內，兩者的抗壓強度一直相等。在20d時，三者的抗壓強度趨于一致，并且在后來的齡期內抗壓強度增長速率基本相同[8]。

由圖3可以得出，當橡膠摻量為10%時，在3d、7d、10d的齡期內，尺寸為100mm3的橡膠混凝土強度和150mm3的橡膠混凝土強度趨于相同，增長速率也基本一致。在10d～17d的齡期內，150mm3的橡膠混凝土抗壓強度增長速率超過了100mm3的橡膠混凝土，在17d的時候，兩者的強度相等；在17d以后，150mm3的橡膠混凝土抗壓強度增長速率一直超過100mm3的橡膠混凝土。

當試塊的橡膠摻量為10%時，在3d、7d齡期時，150mm3尺寸橡膠混凝土強度和100mm3的是幾乎相同的，在7d、10d、14d時，150mm3尺寸的橡膠混凝土抗壓強度大于100mm3的抗壓強度，并在17d齡期時兩者又相等。在17d齡期以后，150mm3的橡膠混凝土抗壓強度一直比100mm3試塊的抗壓強度大。

在上述的試驗結果中，由于橡膠混凝土時導熱的不良導體[9]，因此在一定的程度上降低了橡膠混凝土的熱傳遞性能，且摻量越大，其影響程度越大，從而對橡膠混凝土的抗壓強度造成了一定的影響，所以橡膠摻量為5%的橡膠混凝土強度在剛開始的一段時間內均大于10%橡膠摻量的橡膠混凝土。由于橡膠顆粒具有良好的彈性，橡膠混凝土破壞時，橡膠顆粒可以減緩裂縫的發展速度，從而能提高橡膠混凝土的抗壓強度[10]。引入膠粒，相當于在混凝土內部增加了軟點[11]，故抗壓強度隨著摻量增加而降低。由于顆粒越細，表面積越大，含氣量越大，同時橡膠與水泥漿的粘結面也越大，而作為有機材料的橡膠與水泥漿的粘結性能比粗、細骨料等無機材料均差[12]，故在含氣量增多和粘結面增大的共同影響下，顆粒越細，橡膠混凝土的抗壓強度越低。

4 試驗結果

圖3 10%橡膠摻量試塊抗壓強度

①橡膠摻量為5%、尺寸為150mm3的橡膠混凝土強度最大，在3d、7d、10d、14d、17d、20d的齡期內一直大于其他橡膠摻量和尺寸的混凝土。

②當試塊的橡膠摻量為5%、尺寸為150mm3時，橡膠對橡膠混凝土抗壓強度的提高較為明顯，并且在3d～20d的齡期內，抗壓強度均大于普通混凝土的抗壓強度。

③當橡膠摻量為10%時，不管尺寸為100mm3還是150mm3，抗壓強度均小于普通混凝土的抗壓強度。

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