膠粒混凝土抗壓力學性能的研究

范靈芝

（楊凌職業技術學院水利工程分院 陜西楊凌 712100）

引言

橡膠具有重量輕、韌性高、能量吸收多、隔聲隔熱、減震等優異性能，所以利用橡膠的這些重要特性指標向混凝土中摻入橡膠，最終使得摻廢舊橡膠顆粒水泥混凝土不僅具有了重量輕、韌性高、隔聲、隔熱、減震等優異性能，而且更有效地對廢棄橡膠進行了再利用等優點。廢舊橡膠作為一種工業廢棄物，其數量在廢舊高分子材料中僅次于廢舊塑料居第二位，不僅污染環境，而且占用土地。作為新的固體污染源，廢舊橡膠具有很強的抗熱性、抗機械性，若深埋處理，上百年不會分解腐爛；若露天存放，不僅占用土地，而且極易滋生蚊蟲、引發傳染疾病、造成火災。

將廢舊輪胎加工成粒徑小于5mm的顆粒，橡膠顆粒替代等體積的砂子配制成膠粒混凝土。本文將對膠粒混凝土的抗壓這一力學性能進行試驗，并初步探討其影響機理。

1 試驗

1.1 試驗參數的確定

為了探索影響膠粒混凝土抗壓強度的主要因素，采用正交方案設計實驗。膠粒混凝土的水灰比、膠粒摻量、膠粒粒徑將對其力學性能產生較大影響[3]，選為本次正交實驗需要考察的三個因素，三個因素都取三個水平，膠粒的摻入選用等體積代砂法。

1.2 試驗設計

本次試驗采用三因素三水平的正交設計安排試驗，選取水灰比、膠粒摻量、膠粒粒徑3個因素。根據三因素三水平正交組合設計安排9組試驗點用于測定膠粒混凝土的抗壓強度，每組3個試件，總共27個試件。試驗因素水平見表1。

表1 膠粒混凝土相對滲透性系數試驗的因素水平

1.3 原材料

水泥：選用冀東水泥廠生產的盾石42.5R型硅酸鹽水泥，試驗結果可知水泥的各種性能均滿足國家標準規定的指標。

粗骨料：粗骨料為渭河卵石，粒徑為5～31.5mm，堆積密度為1550kg/m3，表觀密度為2650kg/m3。試驗結果表明：該石子為連續級配。

細骨料：細骨料為渭河河砂，表觀密度為2.7g/cm3，堆積密度為1556kg/m3，含泥質量分數為0.78%。砂的細度模數為2.43，屬中砂，及配合格。

膠粒：西安市膠粒生產有限公司生產。粒徑在0.6～4.75mm之間，表觀密度約為1050kg/m3。

水：滿足規范的試驗室自來水。

1.4 試驗方法

在拌合混凝凝土之前，先將膠粒原材料用篩子篩分為三種粒徑水平，分別為 0.6～1.18mm，1.18～2.36mm，2.36～4.75mm。然后按設計好的配比稱取水泥、石子、砂、膠粒和水，進行攪拌（注意每組稱取的粒徑大小）。坍落度滿足要求后裝模，放在振搗臺上震動30s后成型，24h后拆模，用鋼絲刷刷去兩端面的水泥漿膜，然后送入養護室進行標準養護，表2為攪拌成型過程中，得到的混凝土參數。

實驗前將試件擦拭干凈，檢查外觀看是否有缺陷，測量試件斷面尺寸，并在試件側面劃出加荷點的位置；將試件在試驗機的支座上放穩對中，承壓面應選擇試件成型時的側面。調整支座和加壓頭位置，其間距尺寸偏差應不大于1mm。開動試驗機，當加荷的壓頭與試件快接近時，調整壓頭及支座，使接觸均衡。如加壓頭及支座不能接觸均衡，則接觸不良處應予以墊平；開動試驗機，進行兩次預彎，預彎荷載均相當于破壞荷載的15～20%。預彎完畢后重新調整應變儀，使應變值指示為零，然后進行正式測試。以250N/s的速度連續而均勻地加荷（不得沖擊）。每加荷500N或1000N測讀并記錄應變值，當時間接近破壞時應停止調整試驗機油門直至破壞，記錄破壞荷載。

試驗按照《水工混凝土試驗規程》（SL352-2006）中有關測定混凝土力學性能試驗的規定進行。

表2 各編號混凝土基本參數

2 試驗結果及分析

2.1 直觀分析

考慮誤差的影響，設立一組空白列。最右一列為抗壓強度，表中Ki為某個因素第i個水平的所有抗壓強度之和，i為影響因素的水平數。表示其水平數的均值。R為任一列的最大值與最小值之差，R值越大，則該因素在試驗范圍內對抗壓強度的影響越大。由表3可知，R2＞R1＞R3，即膠粒摻量對膠粒混凝土抗壓強度的影響最大，水灰比次之，膠粒粒徑最小。

從圖1中可以看出，因素B（膠粒摻量）的趨勢圖中曲線波動最大，從水平B1（膠粒摻量0.00%）到B3（膠粒摻量30.00%），Re值降低了51.50%，所以它是主要因素；其次是因素A，從水平A（1水灰比為0.4）到A（3水灰比為0.6），Re值降低了31.17%；第三因素是C，從水平C（2膠粒粒徑級配為（1.18～2.36）mm）到C（3膠粒粒徑級配為（2.36～4.75）mm），Re值最終降低了僅僅7.43%。

2.2 方差分析

方差分析見表4。

方差分析表明：膠粒摻量為膠粒混凝土的顯著因素，水灰比對試驗結果有一定的影響，粒徑對試驗結果的影響不顯著。

綜合方差分析與極差分析的結果，最后確定的出最佳試驗條件。本次試驗由目測得出結論為比較好的實驗條件為A1、B1、C1，在計算Re得出比較好的試驗條件為A1B1C2。兩次試驗確定因素A、B水平都為A1、B1，也正有主因素B（膠粒的含量）隨著膠粒含量的增加，考核指標（試驗抗壓強度）在逐漸減小，故取B1也符合主因素的要求取值，當主因素B取B1（膠粒摻量為0.00%）時與因素C（膠粒粒徑）無關，即可得出最優試驗條件為：

表3 L9（34）正交試驗結及極差分析

圖1 因素趨勢圖

表4 方差分析表

A1B1C1

即A1——水灰比為0.4；

B1——膠粒摻量0%；

C1——粒徑為0.6～1.18mm。

3 結論

（1）橡膠顆粒摻入降低了橡膠顆粒混凝土的抗壓強度低于基準試件相應的抗壓強，通過試驗結果可以發現橡膠顆粒摻量變化對強度降低的影響程度大于橡膠顆粒粒徑變化產生的影響；

（2）同一種粒徑下，橡膠顆粒混凝土28d齡期抗壓強度隨橡膠顆粒摻量的增加均表現出降低的趨勢；

（3）在橡膠顆粒摻量相同情況下，橡膠顆粒混凝土28d齡期抗壓強度隨橡膠顆粒粒徑的減小而降低。

[1]孫家瑛，等.橡膠混凝土研制及物理力學性能研究[J].混凝土，2001，11（10）：30～32.

[2]陳振富，等.橡膠混凝土小變形阻尼研究[J].噪聲與振動控制，2004，6（3）：32～34.

[3]熊 杰，等.廢橡膠混凝土抗壓強度試驗研究[J].混凝土，2004（12）：40～42.