摻廢舊輪胎橡膠粉混凝土自收縮試驗研究

涂 妮 李志鵬 谷 鑫

（1武漢輕工大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430023；2保利地產大連分公司，遼寧 大連 116000）

自收縮通常被認為在密封恒溫及沒有外部因素干擾的情況下混凝土所發生的體積變化[1]，其產生原因是混凝土內部水分無法滿足水化需要，濕度降低引起的毛細張力作用導致的混凝土體積減少。隨著高性能混凝土的發展和應用，由于水灰比較低，人們發現其自收縮較普通混凝土大很多，對強度、早期的抗裂性以及抗滲性產生極大不利[2]。由自收縮引發的高性能混凝土性能劣化問題開始得到越來越多的學者關注，如何有效減少其自收縮，已成為當今研究的熱點問題。

將廢舊輪胎制得的橡膠粉應用到混凝土中，一方面可以改善混凝土的多種性能，如抗凍性[3-4]、韌性[5-6]及抗沖擊性能[7-8]等，另一方面也為大量廢舊橡膠的回收再利用提供一條解決途徑，保護環境。目前有關橡膠混凝土在自收縮方面的研究較少，為完善其耐久性能，拓寬其應用渠道，本文采用非接觸法對橡膠混凝土的自收縮變形進行了初步研究。

1 試驗

1.1 原材料

水泥采用華新水泥（鄂州）有限公司生產的PO42.5型水泥，其物理力學性能見表1；細骨料采用表觀密度為2680 kg/m3，細度模數為2.8的中砂；粗骨料采用表觀密度為2680 kg/m3,吸水率為0.65 %，5～25 mm連續級配的碎石；減水劑采用河北恒創建工有限公司生產的FDN奈系高效減水劑，黃褐色固態粉狀；橡膠粉為20～40 目、60～80 目、100～120 目三種粒徑，表面凹凸不平，呈毛刺撕裂狀。

1.2 試驗配合比

本文混凝土試件所采用的配合比如表2，為了統一減水劑對混凝土緩凝及收縮的影響，每組混凝土的減水劑用量固定在水泥用量的0.8 %。

表1 水泥的物理力學性能

表2 混凝土配合比設計

圖1 混凝土試件自收縮測定實驗裝置

1.3 試驗方法

1.3.1 混凝土自收縮試驗研究方法

本文按照標準GB/T50082-2009中的8.1非接觸法收縮試驗進行，自收縮值的采集使用北京耐久偉業科技有限公司生產的NJ-NES非接觸式混凝土收縮變形測定儀，如圖1所示。試件采用100 mmx100 mmx515 mm的棱柱體，每組為3個試件。試模內部需提前鋪設塑料薄膜，以便對澆筑振搗后的試件進行密封處理，防止與外界產生濕交換，測量混凝土從初凝到3 d齡期的自收縮變化值，數據采集的時間間隔為1 h。

1.3.2 混凝土凝結時間的確定

為確定混凝土自收縮零點，需對其初凝時間進行測定。混凝土的初凝時間按照標準GB/T50080-2016凝結時間試驗進行，在進行貫入試驗前2min，用吸管吸取試樣表面的泌水。

1.3.3 混凝土強度及坍落度的測定

本試驗除橡膠混凝土自收縮值外，還對其抗壓強度和坍落度進行了測定，為工程實際應用選定合理的摻量和粒徑提供參考。混凝土的抗壓強度和坍落度測定分別按照GB/T50081-2002和GB/T50080-2016進行。

2 試驗結果與分析

2.1 橡膠粉對混凝土強度的影響

圖2 橡膠混凝土的抗壓強度

測定表2中不同配合比澆筑成型的混凝土試件3 d和28 d抗壓強度，試驗結果見圖2。從圖2中可以看出摻入橡膠粉后，混凝土的3 d和28 d都有所降低，并隨著橡膠粉摻量的增加，3d和28d抗壓強度下降的程度增大。試件RC-B1、RC-B2、RC-B3比試件CC3 d的強度降低15.6 %，22.9 %，28.7 %；28d的強度降低6 %，14.2 %，27.5 %。隨著橡膠粉的粒徑越細，橡膠混凝土的抗壓強度也越小，試件RC-B1、RC-B2、RC-B3比試件CC3 d的強度降低20.4 %，22.9 %，32.7 %；28 d的強度降低8.5 %，14.2 %，18.8 %。

橡膠粉是一種抗壓強度較低的彈性材料，加入到混凝土中相當于軟弱部分，無法承擔荷載的作用，另外橡膠粉的彈性模量和混凝土砂漿相差較大，在荷載作用下橡膠粉與周邊砂漿體變形不同步，兩者界面間易引起較大應力集中而導致試件破壞，因此膠粉摻量愈多，應力集中現象越嚴重，混凝土強度也越低[9]。相同摻量下橡膠粉粒徑越細，比表面積越大，相當于增大了混凝土中的薄弱面，所以強度也就越低。

2.2 橡膠粉對混凝土坍落度及凝結時間的的影響

測定表2中不同配比的混凝土凝結時間和坍落度，試驗結果見表3。

表3 橡膠混凝土初凝時間及坍落度

圖3 混凝土測定初凝時間時的表面狀態

橡膠粉的摻入影響了混凝土的凝結時間，因此準確測量凝結時間是計算混凝土自收值的關鍵步驟。圖3為貫入阻力儀測定試件凝結時間前的表面狀態。從圖3a)中看到橡膠混凝土加水拌合后2h的時候表面基本沒有泌水，這是因為本文所采用橡膠粉粒徑較小，比表面積較大且表面凹凸不平，其開口孔隙能夠吸收混凝土拌合物中的自由水分，因此摻入橡膠粉后混凝土拌合物坍落度變小，飽水性較好。表3中看出試件RC-B3和RC-C2的坍落度僅有40 mm，35 mm，相比試件CC減少了78 %，81 %，實際拌合物干稠，流動性較低。隨著水泥水化的進行，拌合物中自由水分開始減少，橡膠粉吸收的水分開始釋放出來，如圖3b)所示混凝土加水拌合3 h橡膠混凝土表面出現泌水現象，其泌水時間要晚于基準混凝土。

由表3可以看出混凝土摻入橡膠粉后，其凝結時間得到較大的延長。試件RC-B1、RC-B2、RC-B3的凝結時間相比試件CC提高了72 %，87 %，93 %。隨著膠粉摻量的不斷提高，其延長程度有限，試件RC-B3僅比試件RC-B2的凝結時間延長了30 min。當橡膠粉摻量相同時（20 kg/m3），隨著橡膠粉粒徑的減小，其初凝時間是逐步增加的，試件RC-A2、RC-B2、RC-C2的凝結時間相比試件CC提高了34 %，87 %,92 %。這是因為一方面橡膠粉作為一種惰性材料加入到混凝土中，不僅不會與水泥發生水化反應，還影響水泥顆粒和水之間的接觸[10]，另一方面橡膠粉在水泥水化過程中先吸水后釋水的特性，影響了水泥的水化速率，而橡膠粉摻量越多以及顆粒越細，上述阻礙影響作用越明顯，因此凝結時間越長。

2.3 橡膠粉摻量和粒徑對混凝土自收縮的影響

圖4 橡膠粉摻量對混凝土自收縮發展的影響

圖4、圖5分別為橡膠粉摻量和粒徑對混凝土自收縮發展的影響，可以看出混凝土加入橡膠粉后，自收縮值均變小了。本試驗測得混凝土自收縮的發展變化主要發生在初凝后的30h內，30h后自收縮值變化較平緩，這證實了測量和研究混凝土的早期自收縮值更為重要。這是因為這個階段水泥水化速率較快，水分消耗迅速，其內部濕度開始下降，由于橡膠粉表面凹凸不平，其開口孔隙中的水可對混凝土內部進行濕度補償，產生一定的蓄水減縮效應。同時橡膠粉作為一種彈性材料，可以緩解混凝土內部毛細孔負壓，減小自收縮應力值。

圖5 橡膠粉粒徑對混凝土自收縮發展的影響

由圖4可看出隨著橡膠粉摻量的增加，混凝土的自收縮明顯減少。以初凝后的30h為例，試件CC、RCB1、RC-B2、RC-B3的自收縮值分別為302.03×10-6，175.05×10-6，102.51×10-6，87.36×10-6，可得到 RCB1、RC-B2、RC-B3相比試件CC的自收縮值降低了42 %，66 %，71 %。由圖5可見，隨著橡膠粉粒徑的減小，其自收縮反而增大，試件RC-A2、RC-B2、RC-C2在初凝后的30 h測得的自收縮值為64.9×10-6，102.51×10-6，144.45×10-6，比試件CC分別降低了79 %，66 %，48 %。這是因為橡膠粉的摻量越多和粒徑越細，膠粉粒子均會變多，這就會造成兩種不同的作用相互影響。一方面膠粉粒子變多，橡膠粉總表面積會增大，與砂漿之間的界面增大，橡膠粉的蓄水減縮以及彈性緩解負壓作用得以發揮，另一方面膠粉粒子變多，在攪拌過程中可能會產生團聚及上浮現象，在混凝土內部分布不均勻，影響了對毛細孔內部負壓的緩解和內部的濕度補償作用。

從上述分析中可以看出，試件RC-A2降低混凝土自收縮作用最顯著，降低程度可達到79 %，并且其抗壓強度仍可達到40MPa以上且工作性能良好，因此得出結論摻量為20 kg/m3，粒徑為20～40目的橡膠混凝土，混凝土綜合性能較優。

3 結 語

1）混凝土自收縮主要發生在早期，本實驗測得自收縮強烈發展階段約在初凝后的30 h內，這證實了測量和研究混凝土的早期自收縮值更為重要。

2）當混凝土中橡膠粉摻量從10 kg/m3增加到20 kg/m3和30 kg/m3時，混凝土的自收縮明顯減少。當摻量固定為20kg/m3時，隨著橡膠粉粒徑從20～40目減小為60～80目和100～120目，其自收縮是逐步增大的。

3）從降低混凝土自收縮的角度出發，結合橡膠粉對抗壓強度、坍落度的影響，可以得出摻量為20kg/m3，粒徑為20～40目的橡膠混凝土綜合性能最優。

[1]田倩，孫偉，繆昌文等.高性能混凝土自收縮測試方法探討[J].建筑材料學報，2005,8(1)：82-89.

[2]安明哲，朱金銓，覃維祖.高性能混凝土的自收縮問題[J].建筑材料學報，2001,4(2)：159-166.

[3]劉偉.摻廢舊輪胎橡膠粉混凝土抗凍耐久性試驗研究[D].大連:大連理工大學，2011.

[4]王濤，洪錦祥，繆昌文等.橡膠混凝土的試驗研究[J].混凝土，2009(1):67-69.

[5]李贊成，許金余，羅鑫等.橡膠混凝土的基本力學特性的試驗研究[J].硅酸鹽通報，2013,32(12)：2589-2594.

[6]朱涵，劉春生，張永明等.橡膠集料摻量對混凝土壓彎性能的影響[J].天津大學學報，2007,40(7)：761-765.

[7]TOP?U I B.Avcular N.Collision behaviors of rubberized concrete[J].Cement and Concrete Research，1997,27(12)：1893-1898.

[8]郭永昌，劉鋒，陳貴炫等.橡膠混凝土的沖擊壓縮試驗研究[J].建筑材料學報，2012,15(1)：139-144.

[9]包惠明，尤偉，黃瓊念.海洋大氣環境下橡膠粉水泥混凝土性能試驗[J].人民長江，2009,40(1)：76-78.

[10]許翊,劉濤.橡膠粉摻量和粒徑對混凝土物理力學性能的影響研究[J].公路工程，2015,40(1)：266-269.

郜風濤至中國建材總院檢查指導工作

12月15日，國有重點大型企業監事會主席郜風濤一行到中國建材總院檢查指導工作。中國建材集團董事長、黨委書記宋志平，國有重點大型企業監事會23辦主任武偉、副主任崔鵬等陪同檢查指導。

郜風濤一行到中國建材總院光纖面板研發生產基地、新型示范房屋和綠色建材國家重點實驗室進行了實地檢查，聽取了集團副董事長兼中國建材總院院長姚燕關于企業近年來經濟效益、本年度生產經營、科技創新、改革、黨建，以及近三年接受內外部檢查、審計、巡視面臨的困難和問題等情況的詳細匯報。他對總院多年來致力于科技創新和產業科技進步，服務于國民經濟建設和國防建設做出的貢獻，給予了充分肯定。對做好下一步工作，他提出了明確要求和殷切希望，一是繼續大力推進科技創新。圍繞國家、行業、集團的戰略需要，統籌科技資源，把牢制高點，切實履行國家、集團賦予總院的光榮使命；二是繼續大力推進產研融合。認真研究產研關系、創新產研融合模式，服務國家、行業、集團的產業發展需要，以增強集團整體競爭優勢；三是繼續深化改革，建立靈活高效的體制機制。要建立科學高效的總部管理模式，進一步加強公司化管理和市場化經營能力，推進規范化的公司治理體系的建設；四是繼續加強人才隊伍建設，提高隊伍素質，尤其是要加強青年科技人才的培養，建立完善薪酬激勵機制，構建良好的創新環境。

宋志平在聽取了總院工作匯報后，充分肯定了總院發展成績和班子建設。他表示，郜風濤主席一行對總院的戰略和經營業績、科技創新給予了誠懇的評價和充分肯定，對總院的未來發展也提出了期望和要求，要認真抓好貫徹落實，努力實現好上加好。他強調總院是集團的寶貴財富，在集團科技轉型方面，沒有總院不行。在集團“六大平臺”戰略規劃中，總院要進一步做強、做優、做大，補短板，找漏洞，防風險。要成為集團做好科技創新的引擎與核心推動力。

中國建材集團辦公室主任張繼武、科技管理部總經理郅曉，總院黨委書記王益民，總院副院長、總會計師朱全英，總院副院長顏碧蘭，總院副院長、瑞泰科技董事長曾大凡，總院黨委副書記、國檢集團總經理馬振珠，總院副院長、中國新材院院長程華，合肥院副院長朱兵等有關負責人陪同參加調研和匯報活動。