橡膠改性預拌混凝土制備、性能檢測

陳欣美

摘 要：為提高預拌混凝土的力學性能，在采用尾礦微粉替代部分粉煤灰和礦渣的前提下，采用橡膠對預拌混凝土進行改性，并對改性后的預拌混凝土性能進行檢測。結果表明，尾礦微粉預拌混凝土橡膠最佳摻量為10%;加入30 kg尾礦微粉后，養護齡期60 d，混凝抗壓強度比基準混凝土增加了1.65 MPa;凍融循環試驗表明，在同等養護齡期的條件下，普通混凝土的抗凍融性能循環次數為25次，橡膠尾礦微粉混凝土的抗凍融性能循環次數為125次;橡膠尾礦混凝土收縮率僅提高了0.88×10-4;將該混凝土用于實際工程中時，混凝土表面平整光滑，無明顯缺陷，使用情況良好。

關鍵詞：釩鈦鐵尾礦;預拌混凝土;水化機理;力學性能

中圖分類號：TQ178 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1001-5922（2021）11-0124-04

Preparation， Performance test and Application of Rubber Modified Ready Mixed Concrete

Chen Xinmei

（Urumqi Vocational University， Urumqi 830057， China）

Abstract：In order to improve the mechanical properties of ready-mixed concrete， rubber is used to modify the ready-mixed concrete under the premise of replacing some tailings fly ash and slag， and the modified properties of ready-mixed concrete are tested. The results show that the best mixing amount of tailings micropowder ready-mixed concrete rubber is 10%. After adding 30 kg of tailings micropowder， the maintenance age was 60 d， and the coagulation compressive strength increased by 1.65 MPa over the base concrete. The freeze-thaw cycle test shows that under the condition of equal maintenance age， the freeze-thaw resistance cycle number of ordinary concrete is 25 times， and the cycle number of rubber tailings micropowder concrete is 125 times; the shrinkage rate of rubber tailings concrete is only increased by 0.88×10-4. When using the concrete in practical works， the concrete surface is smooth without obvious defects and can be used well.

Key words：vanadium iron titanium tailings; ready-mixed concrete; hydration mechanism; mechanical properties

隨著我國建筑行業的蓬勃發展，對建筑材料的要求也是越來越高。混凝土作為最常用的一種建筑材料，自然也得到了很多關注。相比普通混凝土而言，預拌混凝土因為其施工速度快、節約場地、提高勞動效率、改善施工環境等特點得到了廣泛使用。但我國預拌混凝土的制備還停留在初級階段，存在強度等級不夠、配套設備不成熟、污染大、產品單一等問題。增加預拌混凝土強度，減輕環境污染是現在比較重要的研究方向。郭偉等（2019）采用微波法測試預拌混凝土的水膠比，建立了微波法測試水膠比和混凝土強度之間的相關關系，對預拌混凝土抗壓強度進行預測[1]。李辛庚等（2020）則嘗試用陶粒替代一部分骨料制備混凝土，證實了陶粒對混凝土的力學性能、保溫性能、抗凍性能皆能產生積極作用[2]。以上學者對增強預拌混凝土強度研究提供了方法，所用成本相對較高，因此在實際運用中還存在一定局域性。基于此，本文以廉價的尾礦微粉替代部分粉煤灰和礦渣粉，并通過摻加橡膠對預拌混凝土進行改性研究，以增強預拌混凝土的強度，提高尾礦的利用率，在降低成本的同時減少污染。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

本試驗主要材料為：水泥（華宇大地水泥;P.O 42.5）、粉煤灰（恒鑫礦產品加工，二級）、礦渣粉（騰川礦產，S95）、減水劑（華京新型建材;優級品）、普通砂（恒碩硅石，細度模數2.75）、石子（綠貝建材科技，5～20 mm）、釩鈦鐵尾礦微粉（建龍礦業，表觀密度3.3×103 kg/m3）、橡膠顆粒（匯德利礦產，粒徑3～6 mm）。

本試驗主要設備為：350型混凝土攪拌機（寶正機械）、ZHJ-1混凝土振動臺（傲晨建筑）、YRTF倒置坍落度筒（亞凱儀器）、YAW混凝土壓力試驗機（文騰試驗儀器）、TDR-1混凝土快速凍融試驗箱（天健儀器）、BCL-355混凝土收縮儀（科碩建筑儀器）。

1.2 試驗步驟

本試驗用尾礦微粉分別替代部分粉煤灰和礦渣粉制備C30混凝土，具體配合比設計如表1所示。

試驗步驟為：

（1）將干物料和橡膠顆粒倒入350型混凝土攪拌機中攪拌均勻，攪拌時間為5 min。加入實際用水量的一半，繼續攪拌。

（2）用剩下的一半水將減水劑沖進攪拌機，攪拌均勻后進行塌落度試驗。

（3）準備100 mm×100 mm×100 mm 規格的試驗模具，提前刷好脫模劑。將混凝土倒入模具后置于ZHJ-1型混凝土振動臺上振搗至表面有水析出。

（4）用抹灰刀將混凝土表面刮平整后蓋上塑料保濕膜。在實驗室中養護24 h后脫模，實驗室養護溫度為：（20±2）℃。

（5）將脫模后的混凝土試件移至標準養護室中養護至指定齡期。

1.3 性能測試

1.3.1 橡膠混凝土和易性測試

摻入1%、3%、5%、7%、10%和15%的橡膠顆粒，將制備的混凝土分3層裝入YRTF型倒置坍落度筒中。每裝1層，需用搗棒從外向里均勻插搗25次，重復步驟3次。待混凝土完全裝入坍落度筒后，用抹灰刀將筒口刮平。將坍落度筒垂直提起，觀察混凝土的塌落度和保水性。用搗棒從側面輕輕敲打混凝土，觀察混凝土的粘聚性。

1.3.2 養護齡期對橡膠混凝土力學性能影響

參照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》中的相關方法測定不同齡期混凝土的抗壓強度[3]。具體步驟為：

（1）將養護至3、7、28、60 d齡期的混凝土試件從標準養護室取出，并將混凝土表面擦拭干凈。

（2）將試件置于YAW型混凝土壓力試驗機的軸心位置。

（3）開啟試驗機，以0.6 MPa/s的速率對試件施加荷載，直至試件破壞，記錄試件破壞時的荷載。

1.3.3 混凝土收縮性能測試

（1）在標準養護室取出3 d齡期混凝土試件，置于恒溫恒濕室內不吸水的擱架上。試件底面架空，試件間應間隔30 mm。

（2）按規定時間間隔用BCL-355型混凝土收縮儀對其變形讀數進行測量，測定初始長度。

（2）為保持試件在收縮儀上放置位置方向一致，應在時間上標明相應記號。每次測量時，儀器和儀表保持同樣的方向性，每次讀數重復3次，取3次讀數的平均值作為最終結果。混凝土收縮率表達式為[4]：

式（1）中：L0表示試件長度初始讀數;Lt表示試件在t試驗期時測量的長度讀數;εst表示試驗期為t天時，混凝土的收縮率。

2 結果與討論

2.1 橡膠摻量對預拌混凝土性能的影響

圖1為不同橡膠摻入量對混凝土坍落度的影響。從圖1可知，隨橡膠摻入量的增加，混凝土的坍落度表現出波浪上升的趨勢。在橡膠摻入量為15%時，坍落度達到最高值，但此時混凝土表現出較大流動性，不適宜建筑使用[5]。綜合考慮，當橡膠摻入量為10%時，坍落度適中，混凝土和易性良好。因此選擇10%為橡膠的最佳摻入量。

表2為新拌混凝土和易性測試結果。從表2可知，每組新拌混凝土塌落度差異不大，尾礦微粉替代粉煤灰和礦渣粉對混凝土工作性能影響不明顯[6]。各組混凝土的粘聚性和保水性表現良好，即基礎力學性能良好。

2.2 養護齡期對橡膠改性預拌混凝土力學性能的影響

圖2為不同養護齡期混凝土抗壓試驗結果。由圖2可知，各組混凝土強度皆達到了C30混凝土強度水平。與基準混凝土相比，水膠比為0.48，尾礦微粉摻量為30、45 kg的混凝土，3～28 d的抗壓強度表現出緩慢降低的趨勢。當養護齡期為60 d時，30 kg尾礦微粉混凝土比基準混凝的抗壓強度高出1.65 MPa;45 kg尾礦微粉混凝土比基準混凝土的抗壓強度低0.73 MPa。說明摻入尾礦微粉后，利于長齡期試件強度值增進。

當尾礦混凝土水膠比為0.46，尾礦微粉摻量不超過45 kg時，各齡期混凝土試件抗壓強度均高于基準混凝土。此現象說明影響混凝土強度的主要因素是水膠比[7-8]。

當尾礦微粉摻量達到60 kg時，水膠比的改變對混凝土強度影響不大。此時尾礦混凝土的抗壓強度皆小于基準混凝土，但尾礦混凝土長齡期抗壓強度增進量較大。在養護齡期60 d時，抗壓強度比高達94%。

2.3 混凝土收縮性能測試

圖3為尾礦微粉混凝土收縮率變化曲線。從圖3可知，尾礦微粉摻量的增加，導致混凝土收縮率有所提高。當尾礦微粉摻量為45 kg時，尾礦混凝土收縮率比基準混凝土收縮率提高了0.45×10-4;當尾礦微粉摻量為60 kg時，尾礦混凝土收縮率比基準混凝土收縮率提高了0.88×10-4。出現此現象的原因為水泥水化作用與摻合料的二次水化作用同時發生，導致體系中固相的絕對體積不斷增加。因此固相和水相體積總和整體呈減小趨勢。在尾礦微粉混凝土中，尾礦微粉水化活性比粉煤灰和礦渣粉更低，故二次水化作用相對較弱，水化產物絕對體積也相對較低。經過磁選后的尾礦微粉，鐵元素以硅酸鹽和鋁硅酸鹽的結合體存在，并不會對混凝土性能產生不利影響。隨化學收縮作用和干燥收縮作用的同時存在，導致尾礦微粉摻量較多的混凝土收縮率也相對較大。

3 應用實例

為研究尾礦微粉混凝土在實際工程中的應用，以某3 000 m2環形路面作為試驗對象，鋪設尾礦微粉混凝土，該路面厚度為20 cm，寬為6 m。采用混凝土運輸車將尾礦微粉混凝土運至現場進行澆筑施工，并對其工作性能和抗壓強度進行測定，測定結果如表3所示。從表3可知，尾礦微粉混凝土工作性能表現良好，在28 d時，抗壓強度即可超過45 MPa，滿足設計要求。尾礦微粉混凝土成型路面混凝土工作性能如表3所示，路面平整光滑，外觀無明顯缺陷，使用情況良好。

4 結語

本試驗在傳統的預拌混凝土中加入橡膠，并就摻入后的混凝土性能進行探討，得到以下結果：

（1）尾礦微粉混凝土中橡膠的適宜摻入量為10%，各組混凝土與基準混凝土的易性相差不大，基礎力學性能皆表現良好。

（2）抗壓強度試驗證實水膠比是影響混凝土強度的主要因素。尾礦微粉混凝土對長齡期試件強度值增進有利。在60 d時，尾礦微粉混凝土30 kg摻入量抗壓強度比基準混凝土高出1.65 MPa;45 kg摻入量抗壓強度則降低0.73 MPa。

（3）隨尾礦微粉摻入量的增加，混凝土收縮率也有所提高。摻入量為45 kg和60 kg的尾礦混凝土分別比基準混凝土收縮率提高了0.45×10-4、0.88×10-4。

（4）尾礦微粉混凝土在實際工程的運用中表現良好，在28 d時，抗壓強度即可超過45 MPa，滿足設計要求;路面鋪設平整，外觀無明顯缺陷。

參考文獻

[1]郭 偉，費洗非，水中和. 微波法測試混凝土水膠比在預拌混凝土強度預測中應用[J]. 混凝土世界，2019（02）：64-67.

[2]李辛庚，閆風潔，岳雪濤，等. 陶粒混凝土的研究進展[J]. 硅酸鹽通報，2020，39（11）：3 407-3 418+3 452.

[3]江曉君，王 瑋，謝國棟. 罐車運輸型預拌透水混凝土關鍵技術的研究[J]. 四川建材，2020，46（10）：8-10+17.

[4]2019年度中國超高性能混凝土（UHPC）技術與應用發展報告[J]. 混凝土世界，2020（02）：30-43.

[5]任莉莉. 玄武巖纖維納米SiO2增強混凝土力學性能試驗研究[J]. 復合材料科學與工程，2021（08）：85-90.

[6]易卓然，肖建莊，薛松濤，等. 不合格新拌混凝土回收利用基本試驗研究[J/OL]. 建筑材料學報：1-12[2021-01-19].

[7]薛 飛，宋福申，郭高峰，等. 建筑垃圾再生磚砂預拌砂漿的性能研究[J]. 河南建材，2019（01）：50-53.

[8]張 擎，黃良賢，張 輝，等. 基于致密增韌機理的高抗折混凝土制備試驗研究[J]. 中外公路，2020，40（03）：247-253.

[9]許家東. 透水性混凝土制備及在護坡工程穩定性中的應用[J]. 粘接，2020，43（08）：171-174.

[10]余明坤，許國偉，邱成江，等. 濕排粉煤灰泡沫混凝土制備及性能測試[J]. 粉煤灰綜合利用，2020，34（03）：88-91.