謝學儉，竇通宇

(南陽理工學院土木工程學院 河南 南陽 473004)

隨著中國經(jīng)濟的蒸蒸日上，中國的交通運輸業(yè)也是蓬勃發(fā)展，然而伴隨而來的還有廢舊橡膠輪胎的增加。廢舊輪胎數(shù)量不斷增多，對我國的環(huán)境造成不良影響，同時由于輪胎自身體積大，需占用大量土地堆積放置，造成土地的浪費[1]。在混凝土中加入廢舊橡膠顆粒是處理和利用廢舊橡膠的一種有效方式。邱東超研究表明橡膠顆?？梢蕴岣呋炷恋亩喾N性能，還能夠有效處理和解決廢舊資源回收問題[2]。故而研究橡膠顆粒在混凝土中的應(yīng)用具有重大的資源循環(huán)利用價值和環(huán)境保護意義，也是一種能有以較低成本改善混凝土相關(guān)性能的技術(shù)途徑，具有重大的現(xiàn)實價值[3]。為了探究橡膠顆粒的實際應(yīng)用，需要從橡膠顆粒摻料混凝土的坍落度(即探討和易性)和抗壓強度角度去研究橡膠顆粒摻料混凝土，以便有效改善此問題。

1 試驗

1.1 試驗原材料

該混凝土抗壓試驗采用的水泥是普通硅酸鹽水泥(P.O-42.5#)；河砂，表觀密度為2650 kg/m3；碎石，表觀密度為2700 kg/m3。橡膠顆粒取材于武漢合得利橡膠有限公司所生產(chǎn)的再生橡膠顆粒，該橡膠顆粒有隔熱、隔音和減震性良好等優(yōu)異的特點[4]。此類橡膠顆粒的表觀密度為1020 kg/m3，取其橡膠顆粒粒徑為6目、8目和10目。

1.2 試驗配合比

本文所設(shè)計的橡膠顆粒摻料混凝土的強度等級為C40。橡膠顆粒分別以0%、5%、7%和10%的體積去替代砂子。配合比如表1所示。

表1 不同取代率橡膠混凝土配合比

1.3 試件的制作步驟及養(yǎng)護

本試驗采用人工攪拌、振動臺振動、抗壓試件，采用3連100 mm×100 mm×100 mm塑料試模成型。

(1)根據(jù)所設(shè)計的試驗配合比分別將水、水泥、粗砂、細砂和橡膠顆粒的質(zhì)量稱好并放入一個單獨的容器內(nèi)備用。然后將所用的攪拌設(shè)備用濕毛巾擦拭干凈。

(2)將準備好的材料放在鐵皮板上均勻攪拌，然后將攪拌好的橡膠顆粒摻料混凝土用小鐵鏟分兩次放入刷有脫模油的試模中，用振搗棒均勻振搗后放置到振動臺上振搗，振動30 s，取下試件并在其表面放置有試驗編號的紙條。

(3)將振動成型的試件放入到標準養(yǎng)護箱內(nèi)進行養(yǎng)護24 h后，將試件從養(yǎng)護箱內(nèi)取出，進行脫模。脫模后進行編號，然后養(yǎng)護。等到橡膠顆粒摻料混凝土養(yǎng)護28 d后取出，在陰涼通風處晾4～5 h，然后進行混凝土抗壓強度的試驗。

1.4 試驗方法

本文試驗參照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T 50080—2016)執(zhí)行，試驗按橡膠顆粒的粒徑分為3組，橡膠顆粒粒徑為6目的是A組試驗，橡膠顆粒粒徑為8目的是B組試驗，橡膠顆粒粒徑為10目的是C組試驗，探究不同橡膠顆粒粒徑對混凝土和易性和力學性能的影響。每組試驗包含4個不同取代率的混凝土，每個取代率做6個試件?？箟簭姸仍囼瀮x器采用的是YAW-2000KN型微機控制電液伺服壓力試驗機，在試驗中的加載力速度為0.500 kN/s，應(yīng)力速度為0.000005 MPa/s。當試件接近破壞臨界點時，應(yīng)適當調(diào)整加載力速度(加載力速度減速)，直至試件破壞，并記下破壞極限荷載[5]。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 結(jié)果計算

混凝土的立方體抗壓強度[6]fcu(MPa)為

fcu=Fmax/A

式中，F(xiàn)max：破壞極限荷載(單位：N)；A：試件受壓面積(單位：mm2)。

2.2 坍落度

和易性是混凝土一個重要性質(zhì)，混凝土的坍落度是其和易性好壞的一個重要指標。通過該試驗研究橡膠顆粒粒徑及其取代率對混凝土和易性的影響。不同粒徑和不同橡膠取代率的橡膠顆粒摻料混凝土的坍落度如表2、表3和表4所示。

表2 A組橡膠顆粒摻料混凝土坍落度值(單位：mm)

表3 B組橡膠顆粒摻料混凝土坍落度值(單位：mm)

表4 C組橡膠顆粒摻料混凝土坍落度值(單位：mm)

利用Origin軟件對坍落度進行二次擬合，A組、B組和C組的擬合方程分別是：YA=0.14X2-0.25X+22.8;YB=-0.56X2-4.25X+23.09;YC=-0.29X2+1.8X+18.45

式中，Yi：橡膠顆粒摻料混凝土28d坍落度(mm)，i=A、B、C；X：橡膠顆粒取代率(%)。

圖1是 A組試驗的橡膠顆粒摻料混凝土的坍落度隨著橡膠顆粒摻料的變化情況。在橡膠顆粒粒徑為6目的情況下，由表2和圖1可得，橡膠顆粒摻料混凝土在5%、7%、10%產(chǎn)量下的坍落度比基準混凝土分別提高了9%、22.7%、50%，表明橡膠顆粒摻料混凝土的坍落度會隨著橡膠顆粒摻量的增加而增加。圖2所示的是 B組試驗的橡膠顆粒摻料混凝土的坍落度隨著橡膠顆粒摻料的變化情況。在橡膠顆粒粒徑為8目的情況下，由表3和圖2可得橡膠顆粒摻料混凝土在5%、7%、10%產(chǎn)量下的坍落度比基準混凝土分別提高了59.1%、-13.6%、40.9%，表明橡膠顆粒摻料混凝土的坍落度會隨著橡膠顆粒摻量的增加而先上升后下降再上升的趨勢。圖3所示的是 C組試驗的橡膠顆粒摻料混凝土的坍落度隨著橡膠顆粒摻料的變化情況。在橡膠顆粒粒徑為10目的情況下，由表4和圖3可得橡膠顆粒摻料混凝土在5%、7%、10%產(chǎn)量下的坍落度比基準混凝土分別提高了61.9%、52.3%、66.7%，表明橡膠顆粒摻料混凝土的坍落度會隨著橡膠顆粒摻量的增加而先上升后微小下降再上升的趨勢。通過數(shù)據(jù)分析可知，不同粒徑和不同橡膠取代率會對橡膠顆粒摻料混凝土的坍落度產(chǎn)生不同的影響結(jié)果，橡膠顆粒的粒徑越細，則其對混凝土的坍落度影響較小。

圖1 A組橡膠取代率與坍落度關(guān)系圖

圖2 B組橡膠取代率與坍落度關(guān)系圖

圖3 C組橡膠取代率與坍落度關(guān)系圖

2.3 破壞形態(tài)

對于不同橡膠顆粒取代率混凝土的抗壓強度的研究，從試件形態(tài)破壞的角度宏觀分析橡膠顆粒對混凝土抗壓性能的影響，從大量的試驗中選取了能夠典型代表結(jié)果的試件破壞形態(tài)的圖片作為分析圖例，如圖4所示。

由圖4可知，不同橡膠顆粒取代率對于橡膠顆粒摻料混凝土的受壓破壞形態(tài)在宏觀角度上有著一定的相似度，即在試件自由面均勻形成拉應(yīng)力變，當拉應(yīng)變達到混凝土極限拉應(yīng)變值后，橡膠顆粒摻料混凝土發(fā)生破壞并形成均勻的豎向裂縫，不同橡膠顆粒取代率的混凝土的破壞機理相同，該研究結(jié)論與文獻[3]研究結(jié)論相似，機理也與之相同。由A組分析圖例可以看出，相對于基準圖例0%而言，5%、7%、10%的受壓破壞形態(tài)變化程度是逐漸變化變大的，這在一定程度上可以表明A組結(jié)果是隨著橡膠顆粒摻料取代率的不斷增大，橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓強度隨之減弱；由B組分析圖例可以看出，相對于基準圖例0%而言，5%、7%、10%的表面的受壓破壞形態(tài)是破裂程度逐漸加大的，這也在一定程度上可以表明B組結(jié)果是隨著橡膠顆粒摻料取代率的不斷增大，橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓強度隨之減弱；由C組分析圖例可以看出，相對于基準圖例0%而言，5%、7%、10%的表面受壓破壞形態(tài)是破裂程度逐漸加大的，這也在一定程度上可以表明C組結(jié)果是隨著橡膠顆粒摻料取代率的增大而不斷增大，橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓強度隨之減弱。同時可以根據(jù)圖例看出，橡膠顆粒摻料混凝土在進行抗壓試驗的過程中仍然能夠保持完成性，未發(fā)生解體現(xiàn)象，呈現(xiàn)出延性破壞，并且隨著橡膠顆粒摻料取代率的增大而不斷加大，兩組試件的破壞形態(tài)所表現(xiàn)出的延性也隨之變大[1]。故可以根據(jù)A組、B組和C組的受壓破壞形態(tài)得出一個初步的結(jié)論：橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓能力隨著橡膠顆粒摻料取代率的增大而下降。

2.4 抗壓強度

橡膠顆粒摻料混凝土28 d抗壓強度如表5、表6以及表7所示。

“文化生態(tài)建設(shè)必須考慮運用制度的制約來確保有限的資源能夠充分地利用”[18]。欲建立和完善福建武術(shù)文化生態(tài)制度，就要從決策、評價、考核和監(jiān)管等幾方面同時發(fā)力，加快實踐探索和理論創(chuàng)新，健全指標的評價體系，建立資源的有償使用和保護制度，真正以制度建設(shè)推動文化生態(tài)建設(shè)。但需明確，文化生態(tài)制度建設(shè)并非朝夕之功，它要長期地向大眾傳送文化生態(tài)理念，強化文化生態(tài)意識，通過大力宣傳和教育讓文化生態(tài)價值觀成為社會主流價值觀，讓建設(shè)文化生態(tài)成為人們?nèi)粘Ｉ钪械男袆又改?，著實提高和改善福建武術(shù)文化生態(tài)建設(shè)的“硬環(huán)境”。

圖4 A組、B組、C組28天抗壓破壞形態(tài)

表5 A組橡膠顆粒摻料混凝土28 d抗壓強度(單位：MPa)

表6 B組橡膠顆粒摻料混凝土28 d抗壓強度(單位：MPa)

表7 C組橡膠顆粒摻料混凝土28 d抗壓強度(單位：MPa)

根據(jù)表5、表6和表7數(shù)據(jù)可知5%、7%和10%取代率的橡膠顆粒摻料混凝土28 d的抗壓強度要低于0%的橡膠顆粒摻料基準混凝土的抗壓強度值，A組、B組和C組的結(jié)果都共同表明橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓能力隨著橡膠顆粒摻料取代率的增大而下降。

為探究不同橡膠取代率對橡膠混凝土抗壓強度的影響規(guī)律，特繪制出了A組、B組和C組28 d橡膠顆粒摻量混凝土的抗壓強度與下降值、降低率的關(guān)系圖，如圖5、圖6以及圖7所示，其中以0%的橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓強度值作為基準值。

圖5 A組強度平均值與下降值、降低率關(guān)系圖

由圖5、圖6以及圖7可知，隨著橡膠顆粒取代率的逐漸提高，A組、B組和C組3組的橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓強度是逐漸減小的，橡膠顆粒取代率10%的橡膠顆粒摻料混凝土抗壓強度改變最為明顯。除此之外，抗壓強度的下降值和降低率的值是隨著橡膠顆粒取代率的逐漸增大而增加，這表明橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓強度的變化幅度也是隨著橡膠顆粒取代率的逐漸增大而增加的，這也再次說明橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓能力隨著橡膠顆粒摻料取代率的增大而下降。但不同粒徑的橡膠顆粒對混凝土抗壓強度的下降值和降低率影響不同。

圖6 B組強度平均值與下降值、降低率關(guān)系圖

2.5 抗壓強度降低效應(yīng)分析

在分析橡膠顆粒摻料對于混凝土抗壓強度的降低效應(yīng)時，應(yīng)根據(jù)試驗的實際情況進行分析，如試驗的材料、試驗的工具、試驗的場所以及試驗的其他因素等。相比較于以往的傳統(tǒng)試驗材料而言，橡膠顆粒具有疏水性以及低彈模高變性等特點[7]。

圖7 C組強度平均值與下降值、降低率關(guān)系圖

橡膠顆粒是一種憎水性的特殊材料，容易吸收來自于空氣中的氣體，這樣會導(dǎo)致橡膠顆粒摻料與水泥石之間銜接的地方的氣體變多，使得橡膠顆粒與膠凝材料之間的相互結(jié)合效果變差,影響了混凝土的密實程度[8]，從而造成混凝土的強度隨之下降[9]。此外，在混凝土進行機械振搗的過程中，橡膠顆粒與膠凝材料之間的局部液化效應(yīng)加大，增大了二者之間的空隙，使之變得沒有之前那樣緊密，因此會導(dǎo)致橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓強度降低。根據(jù)抗壓強度的下降值與降低率的分析，10%的橡膠顆粒摻料混凝土抗壓強度改變最為明顯，表明橡膠顆粒摻料混凝土中橡膠顆粒所占的比例越大，橡膠顆粒摻料混凝土中的氣體所占的體積也就越大，混凝土的強度會相應(yīng)降低。

3 結(jié)論

(2)不同橡膠顆粒取代率的混凝土28 d的抗壓強度相較于0%橡膠顆粒摻料基準混凝土的抗壓強度而言，不同橡膠顆粒取代率的橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓強度值較低，并且會隨著橡膠顆粒取代率的不斷提高而逐漸降低。

(3)橡膠顆粒摻料取代率在0%～10%的范圍內(nèi)，橡膠顆粒摻料混凝土的抗壓強度的下降值與降低率與不同橡膠顆粒取代率存在著正相關(guān)的線性關(guān)系，下降值與降低率會伴隨著橡膠顆粒取代率的不斷提高而逐漸增大。