橡膠摻量與粒徑對混凝土抗滲性能的影響研究

白金婷 薛忠泉

（遼寧省交通高等專科學校，遼寧 沈陽110122）

隨著我國汽車工業的快速發展，廢舊橡膠輪胎每年的產量超過3.5 億條，2018 年我國廢舊橡膠輪胎產量高居全球之首，達到近1500 萬t，預計到2020 年，將達到2000 萬t。大量廢舊輪胎堆積如山，污染環境。因此對廢舊橡膠輪胎的加工與再利用已經成為亟待解決的問題[1]。橡膠集料混凝土是一種新型混凝土，是在普通混凝土的基礎上引入了橡膠顆粒，這不僅處理了廢舊橡膠輪胎，而且改善了混凝土的諸多性能。但目前橡膠集料混凝土的應用并不多見，如若要大范圍推廣使用就必須全面了解其性能，因而有必要對其抗水滲透性進行研究與分析，這對橡膠集料混凝土耐久性能的評價也至關重要。

許金余等人采用3 種粒徑4 種摻量的橡膠粉設計了12 組配比的混凝土進行抗滲性研究，結果表明，橡膠粉粒徑為20 目和40 目，摻量為50L/m3和100L/m3之間可以提高混凝土的抗滲性能[2]。田艷鳳等人采用等體積取代法，研究了膠粉摻量與粒徑對混凝土抗滲性能的影響，結果表明，結合混凝土的抗滲性與強度，橡膠粉的摻量應該控制在100L 以內，粒徑20 目和40 目最佳[3]。徐金花采用恒定壓力對橡膠集料混凝土進行了抗滲試驗，結果表明，影響橡膠集料混凝土抗滲性能最主要的因素是橡膠摻量[4]。

本文將采用正交設計法，對橡膠集料的摻量與粒徑對混凝土抗滲性能與強度的影響進行試驗研究，并對橡膠集料混凝土滲水高度與摻量、粒徑的關系進行回歸分析與方差分析。

1 試驗設計

1.1 原材料

水泥：普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5；

砂子：細度模數為2.7 的中砂，堆積密度為1530.5kg/m3，表觀密度為2650kg/m3；

石子：石灰石，粒徑為5-20mm，堆積密度為1580.5kg/m3，表觀密度為2750kg/m3；

橡 膠： 表 觀 密 度 為 1115.7kg/m3， 粒 徑 為 小 于2.5mm，1.25mm-2.5mm，2.5mm-5mm，細度模數分別為2.5、3.7 和4.7 共三種，具體見圖1；

粉煤灰：表觀密度為2221.5kg/m3的F 類Ⅰ級灰；

礦粉：表觀密度為2890.5kg/m3的S95 級磨細礦渣；

減水劑：高效奈系減水劑。

1.2 試驗方法

按照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》的規定，采用抗水滲透性試驗方法，測定恒定水壓力下的平均滲水高度，試驗儀器見圖2。

1.3 試驗配合比

本試驗是在普通C60 混凝土中，分別加入不同摻量與細度模數的橡膠顆粒，28d 后測定抗壓強度與平均滲水高度，具體配合比及試驗結果詳見表1。

圖1 橡膠顆粒

2 試驗結果與分析

從表中的數據可以看出，細度模數對橡膠集料混凝土滲透性能影響明顯，當摻入細度模數為4.7 的橡膠顆粒時，無論橡膠摻量為多少，其抗水滲透性能較摻入其他兩種細度模數的混凝土的滲透性能要好。摻入細度模數為3.7 的混凝土其抗滲性能較摻入細度模數為2.5 的混凝土抗滲性能要好。由此可以看出，橡膠粒徑大對抗滲性能有明顯的提高作用。這主要是由于橡膠顆粒本身是不吸水的高分子材料，有效的延長和切斷了混凝土中的滲水通道，使毛細孔變得更加曲折和分散，增加了滲透難度，提高了抗滲性能。而膠粉的作用相對弱一些。

表1 不同橡膠摻量與細度模數的橡膠集料混凝土配合比及試驗結果

從表中數據還可以看出，對于細度模數相同的混凝土，隨橡膠集料摻量的增加其抗滲性能呈現上升趨勢。這主要是由于橡膠的摻入增加了混凝土中氣泡的含量，并且橡膠本身不吸水，使混凝土中的毛細孔道有效延長，增加了滲水難度，因而表現出抗滲性較好。對于細度模數為2.5 的混凝土抗滲性能較其他兩種情況差，主要是由于相同摻量條件下，細度模數小的顆粒更多一些，混凝土中的薄弱部位就更多一些，因而抗滲性能下降。

由于橡膠集料摻量與細度模數對抗滲性能影響明顯，故對其進行了二元線性回歸分析，得到回歸方程：Y=53.76-0.087a-7.22b（其中Y 為滲水高度，a 為橡膠摻量，b 為細度模數）。通過相關性檢驗與方差分析可知：滲水高度與橡膠摻量和細度模數之間是線性相關的，而且該方程特別顯著。

圖2 HS-4 型混凝土滲透儀

圖3 橡膠摻量為50kg/m3

橡膠摻量對混凝土強度影響結果如圖3-5 所示。從圖中可以看出，在同摻量條件下，混凝土強度與滲透高度基本呈對應關系（S-6 組除外），即強度越高抗滲性越好。對于摻同一粒徑的混凝土，其摻量越高抗滲性越好，即隨著橡膠摻量的增加，混凝土抗壓強度下降，但抗滲性卻顯著提高。以上結果表明對于橡膠集料混凝土其強度并不能決定其抗滲性能。這與普通混凝土是有區別的，對于普通混凝土來說，強度高通常其抗滲性能好，但對于橡膠集料混凝土由于摻入橡膠顆粒，改變混凝土孔隙結構，使混凝土抗滲性能受到影響。因此橡膠集料混凝土其抗滲性與強度并不是單一對應關系，其抗滲性是由孔隙結構、強度、水灰比、摻量等多種因素決定的。

圖4 橡膠摻量為100kg/m3

圖5 橡膠摻量為150kg/m3

3 結論

3.1 通過對橡膠集料混凝土抗滲性能的測定可知，橡膠集料的摻量和細度模數對混凝土抗滲性能影響顯著，在同摻量條件下，細度模數越大抗滲性越好；在同粒徑條件下，摻量越高其抗滲性越好，本試驗最高摻量為150kg/m3。

3.2 通過對橡膠摻量與細度模數進行二元回歸分析得出二元回歸方程：Y=53.76-0.087a-7.22b，為后續研究提供參考。