稻殼灰橡膠透水混凝土的制備及性能研究

劉秋美，皮 亮，楊艷萍，吳小虎，吳俊杰，徐 剛

(貴州理工學院，貴州 貴陽 550003)

0 引言

透水混凝土是現階段建筑行業常用的一種綠色環保型路面鋪裝材料，大多數適用于人工跑道以及各類廣場鋪裝[1]。透水混凝土的優點較多，如自重輕，孔隙率大，透水性能好[2]。它對城市的排水有著很大的貢獻，特別是對城市的生態環境系統有著重要的調節和改善作用，并且對調節城市濕度和溫度有著顯著的作用，現如今對透水混凝土研究的重視程度也越來越高[3]。

稻殼灰橡膠透水混凝土是指在一定的程度上用少量的稻殼灰代替部分水泥用量并且摻雜一定量的橡膠代替部分天然骨料來制備的混凝土，因為稻殼灰比表面積較大、含硅量高和多孔性，所以在混凝土中加入稻殼灰能夠顯著的提高抗壓強度[4]，另一方面加入橡膠顆粒則可以在一定范圍內大幅度提高混凝土的抗壓強度和抗凍性[5]，并且隨著橡膠工業的高速發展，廢棄橡膠的回收和二次利用也將會越來越廣泛。

1 試驗

1.1 原材料及性能要求

水泥：海螺PO.42.5水泥，表觀密度為3 100 kg/m3，其物理性能見表1。

稻殼灰：在適當的條件下進行焚燒而制備的稻殼灰主要成分為非晶態的SiO2，含量能達到90%以上，另外還有CaO、Al2O3、MgO、Fe2O3等氧化物，如圖1所示。

橡膠顆粒：橡膠顆粒采用廢舊汽車輪胎經過常溫破碎后加工篩分而成，密度為1.12g/cm3，吸水率小于10%。本次試驗采用80目的橡膠顆粒，如圖2所示。

減水劑：高性能聚羧酸減水劑，減水率為25%～30%。

1.2 制備流程

稻殼灰橡膠透水混凝土的制備，將砂石、橡膠、稻殼灰與膠凝材料拌合，澆注成型。工藝流程如圖3所示。

本實驗首先準備砂石、水、水泥、橡膠顆粒、稻殼灰，然后用攪拌機將砂石、橡膠與膠凝材料一起攪拌約1 min后，加水再攪拌2 min，澆入模具成型再振動0.5 min，抹平后放進養護箱里標準預養護24 h，完成試件拆模后，再將試件放入養護箱里標準養護規定齡期取出。

1.3 透水測試方法

透水混凝土透水系數的試驗裝置如圖2所示：

實驗設備與裝置要求：

內置正方筒：設有溢流口并能保持一定水位的方桶。

溢流水槽：設有溢流口并能保持一定水位的水槽。

透水系數應按下式計算：

KT=QL/AHt

式中：KT——水溫為T℃時試樣的透水系數(mm/s)；

Q——時間t秒內滲出的水量(mm3)；

L——試樣的厚度(mm)；

A——試樣的上表面積(mm2)；

H——水位差(mm)；

t——時間(s)。

2 試驗結果與討論

2.1 透水混凝土的配合比設計試驗

實驗中透水混凝土均采用水泥：砂石：水=1：5.05：0.36不變，具體配合比試驗表見表1。

表1 透水混凝土各材料用量

用表1的配合比進行透水混凝土強度試驗，試驗結果表2所示。

表2 透水混凝土強度試驗結果

由表2可知，砂子的摻量越少，混凝土的孔隙越多，強度越低。

2.2 橡膠摻量對透水混凝土的強度影響試驗

(1) 摻入80目橡膠顆粒，分別取代1%和2%水泥質量，減水劑摻量為水泥1%，按1號配合比配制橡膠透水混凝土，混凝土28d抗壓強度如下表表3所示。

表3 1號橡膠透水混凝土28d抗壓強度

表3可知，摻入少量較細的橡膠顆粒時，橡膠顆粒填充到混凝土的孔隙中，使得混凝土強度增強。

(2)逐步提高橡膠顆粒的摻入量后，混凝土的孔隙降低。為了保證透水混凝土的透水性，以4號配合比，即砂石顆粒級配為：2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=0%：70%：30%，減水劑摻量為水泥1%，進行試驗后，透水混凝土28d抗壓強度結果如表4所示。

表4 4號橡膠透水混凝土28d抗壓強度

從表4可知，隨著橡膠顆粒摻量的增加，透水混凝土的強度降低。

在道路透水混凝土使用過程中，會長期遭受沖擊荷載作用，使其整體結構產生振動、結構局部部分材料的力學性能也會對結構反應產生一定影響，從而會導致透水混凝土發生裂縫，故其使用壽命大幅降低，將具有彈性形變能力的橡膠顆粒參入其中可起到一定的緩沖作用[5]。

(3)橡膠顆粒摻量不變，改變砂石顆粒級配，采用2號配合比，即砂石顆粒級配為：2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=10%：70%：20%，減水劑摻量為水泥1%，進行透水混凝土試驗，混凝土28d抗壓強度如表5所示。

表5 2號橡膠透水混凝土28d抗壓強度

通過比較表4和表5的混凝土28d抗壓強度結果可知， 2號橡膠顆粒摻量為10%時，混凝土28d抗壓強度值最大，即砂石顆粒級配為：2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=10%：70%：20%，橡膠顆粒摻量10%，混凝土配合比最佳。

2.3 稻殼灰橡膠透水混凝土強度影響試驗

(1)分別用稻殼灰和橡膠顆粒代替同體積的10%砂(顆粒級配為2.36-4.75)，按2號配合比，即砂石顆粒級配為2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=0：70%：20%，減水劑摻量為水泥1%，進行對比試驗，混凝土抗壓強度見表6。

表6 稻殼灰橡膠透水混凝土28d抗壓強度

由表6可知，稻殼灰和橡膠顆粒取代同體積10%的砂，混凝土的強度基本相同。

(2)用同體積稻殼灰和橡膠顆粒共同代替砂，改變石子的級配，減水劑摻量為水泥1%，稻殼灰橡膠混凝土28d抗壓強度見表7。

表7 稻殼灰橡膠透水混凝土28d抗壓強度

由表7可知，隨著稻殼灰和橡膠顆粒摻量增加，混凝土強度降低。綜合考慮強度和透水率，最終選擇10%。

稻殼灰具有高比表面積、微集料填充效應、高火山灰活性等特性，將稻殼灰摻入混凝土中，能夠起到改善水泥混凝土工作性、力學性能和耐久性的作用[6]。同時摻入稻殼灰能夠讓混凝土更好地反射陽光的淺色，能起到降低建筑能耗，抵御全球氣候變暖的作用[7]。

2.4 稻殼灰橡膠透水混凝土透水率試驗

用稻殼灰摻入5%和橡膠顆粒摻入5%，砂石顆粒級配為：2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=0：70%：20%的稻殼灰橡膠透水混凝土進行透水系數的測試：

經過實驗測得最優混凝土的KT=(950×100)/(100×100×40×15)=0.0158=1.58%

3 結語

(1)通過確定混凝土最佳砂石與水灰比的比例，使用不同顆粒級配進行對比試驗，確定強度最佳配合比為2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=10%：70%：20%。

(2)參入橡膠顆粒會降低混凝土的強度和透水性，但是能提高混凝土的彈性模量。

(3)強度較優而透水率也較好的由稻殼灰和橡膠顆粒代替2.36-4.75細砂的配比為：2.36-4.75：4.75-9.5：9.5-16=0：70%：20%的混凝土強度足夠，而透水率1.58%也較優。