楊春峰,張　坤,鄭忠一,楊　敏

(沈陽大學(xué)a.建筑工程學(xué)院;b.遼寧省環(huán)境巖土工程重點實驗室,遼寧沈陽　110044)

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廢舊橡膠混凝土基本力學(xué)性能試驗

楊春峰a,b,張坤a,鄭忠一a,楊敏a

(沈陽大學(xué)a.建筑工程學(xué)院;b.遼寧省環(huán)境巖土工程重點實驗室,遼寧沈陽110044)

摘要:采用三種不同顆粒粒徑(5～8目、30～40目、60～80目)和四種不同摻量(體積分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%)的廢舊輪胎橡膠顆粒等體積取代砂制備了橡膠混凝土,試驗研究了橡膠顆粒粒徑和摻量對混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能的影響規(guī)律.結(jié)果表明:與普通混凝土相比,橡膠混凝土破壞時脆性較小,破壞過程中裂縫多、變形大;隨著橡膠顆粒摻量的增加,混凝土各強(qiáng)度指標(biāo)均降低,尤其摻量大于10%以后,各強(qiáng)度指標(biāo)下降明顯,且所摻橡膠顆粒越細(xì)混凝土強(qiáng)度下降越大.

關(guān)鍵詞:廢舊橡膠; 混凝土; 抗壓強(qiáng)度; 抗拉強(qiáng)度

廢舊橡膠混凝土作為一種新型的復(fù)合材料,既解決了廢舊橡膠的無污染消化處理,也可改善普通混凝土的彈性、韌性、抗沖擊性、抗凍性、降噪減震等性能,具有廣闊的應(yīng)用前景[1-6].但由于相關(guān)研究還處于起步階段,對廢舊橡膠混凝土的配合比設(shè)計、力學(xué)性能、耐久性能等尚未形成規(guī)律性結(jié)論.

本文采用試驗研究方法,對三種粒徑和四種摻量的廢舊橡膠混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度等主要力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并分析了各強(qiáng)度指標(biāo)間的相對關(guān)系,希望對相關(guān)研究和工程應(yīng)用提供參考借鑒.

1　試驗方案

1.1原材料

(1) 水泥.遼寧本溪山水實業(yè)有限公司生產(chǎn)的工源牌42.5級普通硅酸鹽水泥.

(2) 細(xì)骨料.普通河砂,最大粒徑為5mm,連續(xù)級配,細(xì)度模數(shù)2.6,表觀密度為2540kg/m3.

(3) 粗骨料.碎石,粒徑為5～25mm,連續(xù)級配,表觀密度為2780kg/m3.

(4) 粗橡膠粒(膠粒a).沈陽市宏玉盛橡膠材料廠生產(chǎn)的粒徑為2～4mm的廢舊輪胎橡膠粒,表觀密度為1250kg/m3.

(5) 中橡膠粒(膠粒b).沈陽市宏玉盛橡膠材料廠生產(chǎn)的粒徑為30～40目的廢舊輪胎橡膠粒,表觀密度為980kg/m3.

(6) 細(xì)橡膠粒(膠粒c).沈陽市宏玉盛橡膠材料廠生產(chǎn)的粒徑為60～80目的廢舊輪胎橡膠粒,表觀密度為890kg/m3.

(7) 減水劑.山西黃騰化工有限公司生產(chǎn)的UNF-1型萘系高效減水劑,減水率的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%.

(8) 水.自來水.

1.2混凝土配合比

混凝土基準(zhǔn)組采用設(shè)計強(qiáng)度為C45級的普通混凝土,采用膠粒a、膠粒b和膠粒c分別按體積分?jǐn)?shù)5%、10%和15%的比例等體積取代砂,其他配合比組分不變,具體配合比如表1所示.

1.3試驗方法

試驗共制備試塊195個,其中156個為立方體試塊(150mm×150mm×150mm)用于混凝土立方體抗壓試驗和劈裂抗拉試驗;39個為棱柱體試塊(150mm×150mm×300mm)用于混凝土軸心抗壓試驗.所有混凝土試塊均采用機(jī)械攪拌、機(jī)械振實,試件成型后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室箱中靜置24h后拆模,隨后移至標(biāo)準(zhǔn)混凝土養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù).混凝土齡期達(dá)到28d和56d后,依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》(GB/T50081—2002)測試各混凝土試塊的強(qiáng)度,試驗機(jī)為長春新特試驗機(jī)有限公司生產(chǎn)的YAW-3000型微機(jī)控制電液伺服壓力試驗機(jī).

表1　混凝土配合比

注:混凝土試件編號為Cm-n,其中m表示橡膠粒種類,n表示橡膠摻量,C-J為基準(zhǔn)組.

2　試驗結(jié)果及分析

2.1立方體抗壓強(qiáng)度試驗

(1) 試驗現(xiàn)象.隨著載荷不斷增大,混凝土的變形逐步擴(kuò)展;在臨近極限載荷前,普通混凝土裂紋擴(kuò)展迅速,破壞時發(fā)出明顯的破裂聲;橡膠混凝土也呈現(xiàn)明顯的裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象,但其裂紋較普通混凝土多,且存在較多的裂紋中斷現(xiàn)象,在橡膠摻量越多時,這種現(xiàn)象越明顯,試塊最后呈坍塌破壞形態(tài),且橡膠粒摻量越多,破壞時混凝土試塊完整性越好,試塊C-J、Ca-5、Ca-20的破壞形態(tài)如圖1所示.

圖1　混凝土試塊抗壓破壞形態(tài)

(2) 試驗結(jié)果與分析.各組混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度的測試結(jié)果如圖2和圖3所示.結(jié)果表明:

圖2　28d立方體抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

圖3　56d立方體抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

①隨著橡膠摻量的增多,混凝土立方體抗壓強(qiáng)度下降,且摻量體積分?jǐn)?shù)大于10%后,強(qiáng)度下降明顯;②當(dāng)橡膠摻量體積分?jǐn)?shù)在20%范圍內(nèi)時,橡膠粒徑越大,立方體抗壓強(qiáng)度下降程度越小,以28d強(qiáng)度為例,摻量20%時,膠粒a組強(qiáng)度下降23%、膠粒b組下降44%、膠粒c組下降48%;③隨著齡期增長,各組橡膠混凝土立方體抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)不同程度的增長,且橡膠摻量越多,增長幅度越大.

2.2劈裂抗拉強(qiáng)度試驗

(1) 試驗現(xiàn)象.試驗過程中,當(dāng)臨近極限破壞載荷前,裂紋從試件兩端的中間部位迅速沿縱向擴(kuò)展,試塊劈開兩半,發(fā)出強(qiáng)烈的破裂聲;普通混凝土比橡膠混凝土的斷裂面要平整,且斷開線較豎直;橡膠混凝土斷裂面上存在明顯的橡膠撕裂現(xiàn)象,且在摻體積分?jǐn)?shù)20%的粗橡膠?；炷林斜憩F(xiàn)更為明顯.試塊C-J和Ca-20的劈裂破壞形態(tài)如圖4所示.

圖4　混凝土試塊劈裂破壞形態(tài)

(2) 試驗結(jié)果與分析.各組混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度的測試結(jié)果如圖5和圖6所示.結(jié)果表明:①隨著橡膠摻量的增多,混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度下降;②在體積分?jǐn)?shù)20%摻量內(nèi),橡膠粒徑越大,混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度下降程度越小.如摻量體積分?jǐn)?shù)為15%時,膠粒a、膠粒b、膠粒c各組28d劈裂抗拉強(qiáng)度照基準(zhǔn)組分別下降17.1%、26.4%、27.2%;③隨著齡期增長,各組橡膠混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)不同程度的增長,且橡膠摻量越多,橡膠粒徑越小,增長幅度越大.

圖5　28d劈裂抗拉強(qiáng)度變化規(guī)律

圖6　56d劈裂抗拉強(qiáng)度變化規(guī)律

2.3軸心抗壓強(qiáng)度試驗

(1) 試驗現(xiàn)象.試驗過程中,隨著載荷增大,混凝土試塊變形逐漸增長.當(dāng)臨近極限載荷時,裂紋首先在試塊表面中央位置出現(xiàn),迅速呈正倒相連的八字形向試件的角部擴(kuò)展,由表及里,混凝土的中部出現(xiàn)向外鼓脹現(xiàn)象,并逐步開始剝落,隨后形成正倒相接的四角錐破壞形態(tài).與普通混凝土相比,橡膠混凝土試塊呈八字形的裂紋明顯較多、弧度較大、裂紋擴(kuò)展過程緩慢,且橡膠摻量越多、粒徑越大,這種現(xiàn)象越明顯.圖7為Ca-20試塊軸心抗壓破壞形態(tài).

圖7　Ca-20軸心抗壓破壞形態(tài)

(2) 試驗結(jié)果與分析.各組混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度的測試結(jié)果如圖8所示.結(jié)果表明:隨著橡膠摻量的增多,橡膠混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度逐漸下降.相對于基準(zhǔn)混凝土,膠粒a組的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度下降幅度在16.68%～25.58%之間;膠粒b組的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度下降幅度為17.38%～41.01%;膠粒c組的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度下降幅度為11.88%～49.7%.當(dāng)橡膠顆粒摻量體積分?jǐn)?shù)小于10%時,軸心抗壓強(qiáng)度下降幅度較小,當(dāng)摻量體積分?jǐn)?shù)超過10%時,下降幅度增大,且橡膠顆粒越小,軸心抗壓強(qiáng)度下降幅度越大.

圖8　軸心抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

3　結(jié)　　論

(1) 試驗現(xiàn)象表明,與普通混凝土相比,橡膠混凝土試塊破壞時脆性較小,破壞過程中裂縫的數(shù)量多,破壞前變形明顯大于普通混凝土.

(2) 與基準(zhǔn)混凝土相比,橡膠混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度等各力學(xué)指標(biāo)均呈下降趨勢,且橡膠顆粒摻量越多下降越明顯.

(3) 當(dāng)橡膠顆粒摻量在體積分?jǐn)?shù)10%及以內(nèi)時,各強(qiáng)度指標(biāo)下降幅度較小,摻量超過體積分?jǐn)?shù)10%時下降幅度明顯增加,且橡膠顆粒粒徑越小,下降幅度越大.

(4) 隨著齡期的增長,橡膠混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)不同程度的提高,且橡膠顆粒摻量越多,提高幅度越大.

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【責(zé)任編輯:祝穎】

(YuQun,SunMingbo,YangMin.ImpactofDifferentPretreatmentsonPerformanceandCompressiveStrengthofRubberConcrete[J].JournalofShenyangUniversity:NaturalScience, 2014,26(4):320-323.)

BasicMechanicalPerformanceofWasteRubberConcrete

Yang Chunfenga,b, Zhang Kuna, Zheng Zhongyia, Yang Mina

(a.ArchitectureandCivilEngineeringCollege,b.KeyLaboratoryofGeoenvironmentalEngineeringofLiaoningProvince,ShenyangUniversity,Shenyang110044,China)

Abstract:The rubber concrete is prepared by using rubber particles volume to replace sand with three different rubber sizes (5 to 8 mesh , 30 to 40 mesh , and 60 to 80 mesh) and four different rubber content (the volumn fraction is 5% ,10% ,15% ,20%) . The influence rules of diameter and mixing amount of rubber particle on the compressive strength, the splitting tensile strength and the axial compressive strength of the concrete cube are studied. The results show that, comparing with ordinary concrete, rubber concrete has lower brittleness with many crack and deformation in the destruction process. The intensity indexes of the concrete decrease with the increase of mixing amount of rubber particles; each strength index decreases more significantly after the mixing amount is greater than 10%; and the finer the mixed rubber particle is, the greater the concrete strength decreases.

Key words:waste rubber; concrete; compressive strength; tensile strength

作者簡介:楊春峰(1973-),男,遼寧沈陽人,沈陽大學(xué)教授,國家注冊一級建造師.

基金項目:國家科技支撐計劃項目(2013BAJ15B03);遼寧省高校創(chuàng)新團(tuán)隊支持計劃(LT2012021).

收稿日期:2014-12-25

文章編號:2095-5456(2015)03-0243-04

中圖分類號:TU528

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A