楊海全

（喀左縣水利局，遼寧 朝陽(yáng) 122300）

0 引言

廢舊輪胎是一種常見(jiàn)的固體廢棄物，是一種危害自然生態(tài)的垃圾[1]。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和汽車保有量的不斷攀升，必然產(chǎn)生大量的廢舊輪胎和橡膠制品。因此，如何對(duì)廢舊輪胎進(jìn)行處理和資源化利用就成為亟待解決的問(wèn)題。目前，我國(guó)的廢舊輪胎回收利用主要以生產(chǎn)再生膠為主，而西方一些國(guó)家則主要以膠粉利用為主。將廢舊輪胎制成膠粉，可以直接用于生產(chǎn)橡膠制品、建筑材料；將橡膠顆粒摻入水工混凝土，可以有效改善混凝土的抗裂性能，提升其隔熱保溫和耐久性[2]。顯然，橡膠顆粒對(duì)水工混凝土性能的影響主要取決于橡膠顆粒的摻量和顆粒大小。目前的研究主要集中于橡膠顆粒摻量對(duì)混凝土性能的影響，針對(duì)橡膠顆粒大小對(duì)混凝土性能影響的研究不多，特別是缺少橡膠顆粒大小對(duì)水工混凝土抗凍性能的影響研究[3]?；诖?，此次研究通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討不同目數(shù)廢舊輪胎橡膠粉對(duì)水工混凝土抗凍融性能的影響，以便為相關(guān)工程應(yīng)用提供支持和幫助。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中使用的水泥材料為P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，其主要物理性能如表1 所示。由表1 的數(shù)據(jù)可以看出，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)施工規(guī)范的要求，可以用于此次試驗(yàn)研究。

表1 水泥材料物理性能

試驗(yàn)用砂為天然砂，符合JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求，細(xì)度模數(shù)為2.7 的中砂，其堆積密度為2 350 kg/m3，含泥量不超過(guò)3.5%；試驗(yàn)中粗骨料為人工石灰?guī)r碎石，符合JGJ 52-2006 要求，其壓碎率為5.8%，堆積密度為2 430 kg/m3；試驗(yàn)用水為普通自來(lái)水；試驗(yàn)用減水劑為聚羥酸減水劑，其推薦摻量為2.7 kg/m3。

試驗(yàn)用廢輪胎橡膠顆粒目數(shù)為20～120 目。由于汽車輪胎在生產(chǎn)過(guò)程中需要使用硬脂酸鋅，橡膠顆粒中含有一定量的硬脂酸鋅，會(huì)導(dǎo)致橡膠顆粒與水泥砂漿黏結(jié)作用的下降[4]。因此，在橡膠混凝土制備之前首先利用氫氧化鈉溶液浸泡橡膠顆粒，再用清水清洗，以除去橡膠顆粒表面的硬脂酸鋅。

1.2 試驗(yàn)方案

鑒于橡膠顆粒摻量也是影響水工混凝土物理力學(xué)性能的重要因素，為保證試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性和有效性，在試驗(yàn)中選擇5%，10%和15%等3 種不同的體積取代率取代混凝土制作過(guò)程中的天然砂，制成廢舊橡膠顆?；炷羀5]。同時(shí)，結(jié)合此次研究的主要目的，每種不同的取代率再設(shè)計(jì)20，40，60，80，100 和 120 目等不同的細(xì)度等級(jí)進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，獲得橡膠顆粒細(xì)度對(duì)混凝土抗凍融性能的影響。

1.3 試件制作

由于試驗(yàn)中使用的橡膠顆粒粒徑較小，在混凝土的制作過(guò)程中容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，從而對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性造成影響[6]。為保證橡膠粉能夠均勻分散到混凝土拌合物中，需要將橡膠粉和水泥攪拌均勻。在混凝土制作過(guò)程中，先將砂子、石子倒入攪拌機(jī)攪拌60 s，然后加入水泥和橡膠粉的拌合物再攪拌30 s，最后加入水和減水劑攪拌120 s[7]。

試驗(yàn)中采用150 mm×150 mm×150 mm 的立方體試模，將攪拌好的混凝土材料裝入試模，然后在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)20～30 s。將制作完成的試件在陰涼通風(fēng)處?kù)o置24 h 后拆模并編號(hào)，然后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，在20 ℃和相對(duì)濕度為95%的條件下養(yǎng)護(hù)至標(biāo)準(zhǔn)齡期進(jìn)行抗凍性能測(cè)試。

1.4 試驗(yàn)方法

將養(yǎng)護(hù)至標(biāo)準(zhǔn)齡期的試件從養(yǎng)護(hù)室內(nèi)取出，在清水中浸泡4 d 后取出試件稱量其質(zhì)量，將其放入凍融試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行凍融試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中保持試驗(yàn)盒內(nèi)水面的高度始終高出試件頂面5 mm。試驗(yàn)中每個(gè)凍融循環(huán)持續(xù)4 h，其中冷凍溫度為-18 ℃，時(shí)間為3 h；融化溫度為5 ℃，時(shí)間為1 h。結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，此次研究進(jìn)行100 次凍融循環(huán)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)中獲取的數(shù)據(jù)，計(jì)算出試件的質(zhì)量損失率、相對(duì)動(dòng)彈模量及抗壓強(qiáng)度損失率[8]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)試驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取不同試驗(yàn)方案下試件的質(zhì)量損失率、相對(duì)動(dòng)彈模量、抗壓強(qiáng)度損失率。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制質(zhì)量損失率、相對(duì)動(dòng)彈模量、抗壓強(qiáng)度損失率的變化曲線，如圖1-3所示。

圖1 質(zhì)量損失率變化曲線

由圖1-3 可以看出，橡膠粉取代率對(duì)質(zhì)量損失率、相對(duì)動(dòng)彈模量、抗壓強(qiáng)度損失率均存在比較明顯的影響，過(guò)小和過(guò)大的取代率都不利于三者的控制，橡膠粉的細(xì)度對(duì)三者也存在比較顯著的影響，從圖1 可看出，隨著橡膠粉目數(shù)的增加，不同取代率方案下的試件的質(zhì)量損失率都呈現(xiàn)出先減小后增大的變化特點(diǎn)，當(dāng)橡膠粉為100 目時(shí)試件的質(zhì)量損失率最小。從圖2 可以看出，隨著橡膠粉目數(shù)的增加，不同取代率方案下的試件的相對(duì)動(dòng)彈模量都呈現(xiàn)出先增大后減小的變化特點(diǎn)，當(dāng)橡膠粉為100 目時(shí)試件的相對(duì)動(dòng)彈模量最大。究其原因，主要是橡膠粉為疏水性材料，在混凝土制備過(guò)程中其表面很容易攜帶氣泡，因此具有一定的引氣作用，從而有效提升混凝土的抗凍性能。同時(shí)，當(dāng)橡膠粉的粒徑越小，上述作用越明顯，因此試件的相對(duì)動(dòng)彈模量增大。但是，過(guò)細(xì)的橡膠粉不利于混凝土整體性的提高，因此相對(duì)動(dòng)彈模量有所增大。從圖3 可以看出，隨著橡膠粉目數(shù)的增加，不同取代率方案下的試件的抗壓強(qiáng)度損失率都呈現(xiàn)出先減小后增大的變化特點(diǎn)，當(dāng)橡膠粉為100 目時(shí)試件的抗壓強(qiáng)度損失率最小?？傮w來(lái)看，當(dāng)橡膠粉為100 目時(shí)可以獲得最佳的抗凍性能。

圖2 相對(duì)動(dòng)彈模量變化曲線

圖3 抗壓強(qiáng)度損失率變化曲線

3 結(jié)語(yǔ)

將廢舊輪胎橡膠粉用于水工混凝土制作具有顯著的工程價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境價(jià)值，是學(xué)術(shù)界和工程界研究和關(guān)注的重要領(lǐng)域。此次研究通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討分析了廢舊輪胎橡膠粉細(xì)度對(duì)水工混凝土抗凍性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，橡膠粉為100 目時(shí)，水工混凝土的質(zhì)量損失率和抗壓強(qiáng)度損失率最小，相對(duì)動(dòng)彈模量最大，為最佳摻量，建議在工程設(shè)計(jì)中采用。此次試驗(yàn)研究為基于室內(nèi)人工模擬環(huán)境所進(jìn)行的耐久性試驗(yàn)，在實(shí)際的環(huán)境中混凝土所服役的情況更為復(fù)雜，因此，可以考慮通過(guò)設(shè)置實(shí)驗(yàn)站等手段，在實(shí)際的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，探究實(shí)際服役過(guò)程中廢舊輪胎橡膠粉目數(shù)對(duì)水工混凝土抗凍性的影響，以保證研究結(jié)論的科學(xué)性和有效性。