廢膠粉改善水泥混凝土早期抗裂性能的試驗研究★

崔志浩 盧發強 黃凱杰 陸永陽

(南京交通職業技術學院，江蘇 南京 211188)

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·建筑材料及應用·

廢膠粉改善水泥混凝土早期抗裂性能的試驗研究★

崔志浩 盧發強 黃凱杰 陸永陽

(南京交通職業技術學院，江蘇 南京 211188)

以80目廢膠粉和水泥砂漿為原材料，采用通用的新型平板試件試驗方法，對混凝土摻入橡膠粉前后的早期抗裂性進行了對比試驗，統計了兩個試件的主要裂縫數量、長度、寬度、面積等數據，并進行了計算對比和影響因素分析，得出了一些有意義的結論。

膠粉，水泥混凝土，抗裂性能，收縮裂縫

0 引言

我國是車輛輪胎產量和消費量最大的國家，每年約產生2.6億條廢棄輪胎，近950萬t廢舊橡膠材料。據估計，到2020年中國廢舊輪胎數量將達到2 000萬t，廢橡膠輪胎的二次利用刻不容緩，這些廢舊輪胎如果不能得到妥善的處理和二次加工利用，大量的“黑色垃圾”將會造成廢棄橡膠材料的浪費并對我們的自然生態環境造成難以估量的破壞[1]。

廢舊輪胎橡膠粉材料的二次利用經過大量的工程實踐已經取得了較好的應用效果，特別是在公路建筑材料中的橡膠瀝青技術已經非常成熟，但是橡膠水泥混凝土技術的開發利用還處于起步階段，無論是其性能研究還是工程應用都還處于探索階段。將廢舊橡膠輪胎制成的橡膠粉按照一定比例摻入到水泥混凝土中，可以充分發揮橡膠低彈高韌的特性以及良好的抗滲、溫保效果,可以在一定程度上改善水泥混凝土的韌性，調節彈性模量從而降低脆性破壞的發生概率，減少橡膠類產品的廢棄污染[2]。橡膠混凝土也被稱為“彈性混凝土”，是被看好的未來建筑市場最具研發潛力的新型綠色環保材料，有潛力成為一種能較好地適應建筑市場需要的新的綠色建筑材料。從現有的階段性研究成果中可以發現，膠粉顆粒摻入混凝土材料中會不均勻的降低材料的抗壓、抗折強度，但目前行業內大部分的研究人員在進行相關研究時依

舊是將實際強度作為橡膠混凝土的一項最重要的技術指標，而較少關注于橡膠混凝土的抗裂性能尤其是早期抗裂性能[3，4]。

1 材料及試驗設計

試驗方法以中國土木工程學會標準CCES 01—2004混凝土結構耐久性設計與施工指南附錄A中的平板試件試驗方法為依據來開展相關試驗研究。

1.1 試驗模具

試驗模具由鋼制材料加工而成，用于澆填級配混凝土，試模結構主要包括四個平面邊和一個固定底板，四個平面邊由10/6.3號的不等邊角鋼焊接形成正方形鋼框架，試模底板采用低模阻高強度乙烯板材料，平面尺寸為60 cm×60 cm，高度為63 mm，各邊與底板通過14 個φ10×100 mm螺栓分兩排交錯布置來進行固定，同時各邊通過在外側焊接四條加勁肋而得以進一步加強，如圖1所示。

1.2 原材料

水泥采用的是南京中聯水泥有限公司生產的PC32.5R型水泥，細集料為河沙，拌和水為普通自來水，橡膠粉為山東路克復合材料有限公司生產的80目廢舊輪胎膠粉。

1.3 混凝土配合比

混凝土配合比設計見表1。

表1 混凝土配合比

1.4 試驗設計

先把水泥混凝土填入四個角，用插搗棒插搗，然后混凝土均勻填入試件，填至一半，插搗振實，繼續填筑至試件平整，明顯凹陷處繼續填料并搗平，混凝土澆筑結束后以采用覆蓋濕養，以塑料薄膜覆蓋于試件表面，在30 ℃和60%的相對濕度條件下養護2 h，揭去薄膜后以風扇持續加速試件表面干燥，風速控制在8 m/s，同時每小時觀察一次試件表面情況，實時記錄試件開裂情況并計算相關參數，見下文[5]。

2 試驗結果與分析

2.1 評價參數

1)裂縫的平均開裂面積：

2)單位面積的開裂裂縫數目：

3)單位面積上的總裂開面積：

C=a×b。

其中，Wi為第i根裂縫的最大寬度，mm；Li為第i根裂縫的長度，mm；N為總裂縫數目，根；A為平板的面積，0.36m2。

2.2 早期抗裂性評價準則

1)僅有非常細的裂紋；

2)平均裂開面積小于10mm2；

3)單位面積開裂裂縫數目小于10 根/m2；

4)單位面積上的總裂開面積小于100mm2/m2。

按照上述4個準則，將抗裂性劃分為5個等級：Ⅰ級：全部滿足上述4個條件；Ⅱ級：滿足上述4個條件中的3 個；Ⅲ級：滿足上述4個條件中的2 個；Ⅳ級：滿足1/4個；Ⅴ級：1個也不滿足。

2.3 試驗結果分析

從試驗結果可以看出，RC-0試件的抗裂性為Ⅲ級，其最大裂縫長度為83.7mm，最大裂縫寬度為0.49mm，加入80目的橡膠粉后，抗裂性提高到了Ⅰ級，其最大裂縫長度為35.8mm，最大裂縫寬度為0.28mm，具體試驗結果見表2。如圖2和圖3對比所示，摻入橡膠粉后，試件的裂縫寬度和裂縫長度均有了明顯的減小，早期開裂性能得到一定程度的改善，混凝土的抗開裂抵抗力得以提高，說明橡膠粉的彈性體特性在混凝土中發揮了作用，吸收并緩解了部分收縮應力，同時也降低了自由水的蒸發[5]。由于混凝土早期的收縮裂縫影響因素較多，如果調整試驗相關參數或者改變試驗方法都有可能影響試驗結果，特別是延長覆蓋濕養時間，這時的裂縫可能會更多地反映干燥收縮和自收縮的影響。

表2 試件早期開裂情況對比

編號裂縫數目/條最大裂縫寬度/mm最大裂縫長度/mmC/mm2·m-2評價等級RC-060.4983.7195.6ⅢRC-120.2835.819.0Ⅰ

3 結語

采用通用的新型平板試件試驗方法，對混凝土摻入橡膠粉前后的早期抗裂性進行了對比試驗，結果表明在外摻廢舊橡膠粉的情況下，試件混凝土開裂的寬度、長度、數量就有所減少，抗裂等級也由Ⅲ級提升為Ⅰ級。但本文的研究尚未涉及早期開裂時間、橡膠粉目數及其他級配類型等問題，還有待于開展進一步的試驗研究。

[1] 中國智能化廢輪胎粉碎裝備獲突破[J].橡塑技術與裝備，2016(9)：73-74.

[2] 王寶民，劉 偉.國外摻廢舊橡膠顆粒水泥混凝土研究進展[J].混凝土，2010(4)：97-99.

[3] 亢景付，張平祖.廢舊輪胎橡膠顆粒對水泥漿和砂漿抗裂性能的影響[J].天津大學學報，2006,39(9)：111-113.

[4] Wang Baomin，Tu Ni.Experimental Study on Cracking-Resistance Property of Cement Concrete Containing Scrap Rubber[A].2011 International Conference on Machine Intelligence (ICMI 2011)，Lecture Notes in Information Technology[C].2011.

[5] 趙麗妍.摻廢舊輪胎橡膠粉改性水泥混凝土試驗研究[D].大連：大連理工大學，2009.

Experimental research of waste rubber powder improving early anti-cracking performance of cement concrete★

Cui Zhihao Lu Faqiang Huang Kaijie Lu Yongyang

(NanjingVocationalCollegeofTraffic,Nanjing211188,China)

Taking 80 waste rubber power and cement mortar as raw materials, applying common new flat-board testing methods, the paper carries out comparative test of early anti-cracking performance of concrete before and after mixing rubber powder, makes a statistics of major cracking quantity, length, width and area of two testing pieces, carries out computation comparison and influencing factors analysis, and finally draws some meaningful conclusions.

rubber powder, cement concrete, anti-cracking performance, shrinkage crack

1009-6825(2016)22-0109-03

2016-05-28★:南京交通職業技術學院大學生實踐創新訓練計劃項目(項目編號：CXS0457973218)

崔志浩(1992- )，男，在讀專科生

TU528

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