纖維復(fù)合廢棄橡膠改性混凝土的力學(xué)性能★

岳雪濤 尹文軍 劉 玲 王可良

(1.山東省綠色建筑協(xié)同創(chuàng)新中心，山東 濟(jì)南 250101； 2.山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；3.山東交通學(xué)院交通土建工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357； 4.濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

橡膠混凝土是一種新型混凝土，具有韌性和延性大的特性，成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。但廢棄橡膠集料加入到混凝土后，形成了一種由剛性體與彈性體共同組成的新的復(fù)合材料，材料內(nèi)部不僅形成了許多新的界面，而且其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)及破壞的物理機(jī)制也會(huì)發(fā)生改變，特別是橡膠集料與骨料界面之間存在天然的大量細(xì)、微觀缺陷和孔洞，導(dǎo)致橡膠集料混凝土的抗壓強(qiáng)度降低很多，影響其在結(jié)構(gòu)工程中的推廣和應(yīng)用[1]。為提高橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度，研究人員通常采用在NaOH飽和溶液浸泡橡膠集料，利用聚乙烯醇和硅烷偶聯(lián)劑對橡膠集料改性。研究表明，用水浸泡橡膠去除表面污物，可使橡膠混凝土強(qiáng)度比不處理前提高16%[2-4]。纖維改性橡膠混凝土不僅與纖維的類型、尺寸、摻量，而且與纖維間的相互作用、疊加效應(yīng)有關(guān)[5-8]。因此深入開展研究纖維改性橡膠混凝土的力學(xué)性能，優(yōu)化橡膠參數(shù)，為橡膠混凝土在結(jié)構(gòu)工程中的推廣應(yīng)用具有重要意義,本文研究了鋼纖維對橡膠混凝土的強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料與方法

1.1.1原材料

水泥：普通硅酸鹽水泥P.O42.5，山東鄒平產(chǎn)；砂：中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.8，山東泰安產(chǎn)；碎石：5 mm～31.5 mm,山東淄博產(chǎn)；橡膠集料：40目～60目，山東鄒平產(chǎn)；鋼纖維：波紋型，山東泰安產(chǎn)；外加劑：濟(jì)南德利泰建材科技有限公司產(chǎn)。

1.1.2試驗(yàn)方法

按照橡膠集料等體積取代砂子的方法，當(dāng)橡膠粉集料摻入到混凝土中；按照每立方米混凝土的不同體積比，將鋼纖維摻入到混凝土中。由于纖維比表面積大，需水量增加，纖維加入混凝土后，混凝土坍落度減小。因此采用外加劑調(diào)節(jié)混凝土坍落度的方法，確保混凝土水灰比不變，拌合、成型混凝土，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測試不同齡期混凝土的力學(xué)性能。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

1.2.1鋼纖維改性橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度

鋼纖維改性橡膠混凝土試驗(yàn)所用配合比見表1，拌合、成型混凝土試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),測試不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度隨鋼纖維摻量增加，7 d和28 d齡期，混凝土的強(qiáng)度具有增大的趨勢；鋼纖維摻量相同，橡膠粉摻量增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度降低。橡膠粉摻量5 kg/m3，鋼纖維摻量15 kg/m3的混凝土的抗壓強(qiáng)度，大于基準(zhǔn)混凝土(橡膠摻量為0的水泥混凝土，下同)；橡膠摻量10 kg/m3和15 kg/m3，即使鋼纖維摻量15 kg/m3，相同齡期的抗壓強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)混凝土。

表1 鋼纖維橡膠集料混凝土配合比 kg/m3

1.2.2鋼纖維改性橡膠混凝土的抗折強(qiáng)度

以水泥膠砂抗折強(qiáng)度評定混凝土的抗折強(qiáng)度，鋼纖維改性橡膠水泥砂漿試驗(yàn)所用配合比見表2，成型，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測試不同齡期的抗折強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可知，橡膠水泥砂漿抗折強(qiáng)度隨鋼纖維摻量增加，7 d和28 d齡期，砂漿的抗折強(qiáng)度具有增大的趨勢；鋼纖維摻量相同，橡膠粉摻量增加，砂漿抗折強(qiáng)度降低。橡膠粉摻量5 kg/m3，鋼纖維摻量大于30 kg/m3的砂漿抗折強(qiáng)度，大于基準(zhǔn)砂漿(橡膠摻量為0的水泥砂漿，下同)；橡膠摻量10 kg/m3和15 kg/m3，即使鋼纖維摻量50 kg/m3，相同齡期的抗折強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)砂漿。

表2 膠砂試驗(yàn)配合比 kg/m3

2 鋼纖維改性橡膠混凝土結(jié)構(gòu)

28 d齡期，將鋼纖維復(fù)合改性橡膠混凝土破碎，觀察混凝土結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

從圖3中可以看出，在鋼纖維改性橡膠混凝土結(jié)構(gòu)中，荷載作用下，橡膠—水泥石界面結(jié)構(gòu)差，容易出現(xiàn)裂縫，并隨著荷載增大，裂縫不斷發(fā)展，混凝土強(qiáng)度降低。鋼纖維有效抑制了橡膠—水泥石界面的裂縫發(fā)展。鋼纖維由于具有較大的剛度和彈性模量，荷載作用時(shí)，可以傳遞內(nèi)部作用力，使橡膠水泥石界面結(jié)構(gòu)受力較小，保護(hù)界面結(jié)構(gòu)，限制裂縫發(fā)展，提高混凝土強(qiáng)度。

3 結(jié)語

鋼纖維摻量增加，橡膠混凝土的強(qiáng)度提高；鋼纖維改性橡膠混凝土強(qiáng)度與橡膠粉、鋼纖維摻量有關(guān)，橡膠粉摻量小于5 kg/m3，改變鋼纖維摻量，有利于提升橡膠混凝土的抗壓和抗折強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn):

[1] 王可良,隋同波,許尚杰,等.巖基約束橡膠集料混凝土開裂應(yīng)變試驗(yàn)[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2013,32(4):182-186.

[2] 王可良,呂興友,劉延江,等.橡膠集料混凝土的極限拉伸變形試驗(yàn)[J].南水北調(diào)與水利科技,2014,12(6):103-105.

[3] Mariacristina Spizzuoco,Andrea Calabrese,Giorgio Serino.Innovative low-cost recycled rubber-fiber reinforced isolator:Expeimental tests and Finite Element Analyses[J].Engineering Structures,2014,76(4):99-111.

[4] 周洪濤,彭 剛,胡海周,等.循環(huán)荷載作用下混凝土塑性變形試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品,2014(3):41-44.

[5] Xiang Shu,Ryan K.Graham,Baoshan Huang,et al.Hybrid effects of carbon fibers on mechanical properties of Portland cement mortar[J].Materials and Design,2015,65(1):1222-1228.

[6] 王占飛,楊 陽,王 強(qiáng),等.部分填充圓形鋼管混凝土橋墩子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012,28(3)：437-442.

[7] 丁春林,張國防,張 驊.新型棒狀聚丙烯纖維混凝土抗剪性能試驗(yàn)與比較[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,39(6):802-806.

[8] 王可良,劉 玲,隋同波,等.壩體巖基—橡膠粉改性混凝土現(xiàn)場抗剪(斷)試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué),2011,32(3):753-756.