為提升橋面的抗沖擊性能、抗氯侵蝕性能及抗凍融循環(huán)性能，文章針對(duì)不同橡膠顆粒摻量的混凝土開(kāi)展了力學(xué)性能和耐久性能試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：混凝土中橡膠顆粒的摻入會(huì)導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度的下降，且當(dāng)混凝土中橡膠顆粒摻量＞12%時(shí)，混凝土強(qiáng)度折減率迅速增大；混凝土中橡膠顆粒的摻入能有效地提升其抗沖擊性能，且摻量在8%～12%，抗沖擊性能提升最明顯；橡膠顆粒的摻入對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的提升有利，且抗氯離子滲透性能對(duì)應(yīng)的橡膠顆粒最佳摻量為8%；橡膠顆粒的摻入能有效地改善混凝土的抗凍融循環(huán)性能，且其最佳摻量也為8%。

改性橡膠混凝土；抗壓強(qiáng)度；抗氯離子滲透性能；抗凍融循環(huán)性能

U416.03A040122

作者簡(jiǎn)介：

陳" 榆（1990—），工程師，主要從事公路工程項(xiàng)目施工監(jiān)理、試驗(yàn)檢測(cè)和質(zhì)量管理工作。

0" 引言

橡膠顆粒對(duì)橡膠混凝土的性能提升起重要影響作用。董亞杰［1］基于橡膠混凝土路面板的抗沖擊性能研究，得出橡膠混凝土板相較于普通混凝土板的抗沖擊性能更優(yōu)的結(jié)論。高夢(mèng)秋［2］進(jìn)行了多工況下的橡膠混凝土性能的研究，發(fā)現(xiàn)橡膠混凝土適用于季凍區(qū)，但需改良其抗壓及抗折性能。顏劍秋［3］將廢舊橡膠摻入混凝土中，并開(kāi)展了力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明橡膠混凝土具有良好的抗裂性、抗沖擊性能及耐久性。趙行之等［4］通過(guò)研究橡膠混凝土的抗沖擊性能，發(fā)現(xiàn)橡膠混凝土具有優(yōu)越的抗裂性，并得出橡膠摻量為3%時(shí)，橡膠混凝土具有最佳吸能效果的結(jié)論。Farhad Aslani等［5］對(duì)橡膠混凝土進(jìn)行高溫試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)橡膠作為骨料摻入混凝土增加了其變形能力，但對(duì)其力學(xué)性能和工作性能的提升是不利的。劉家興等［6］探究了橡膠和鋼纖維混摻下的高性能橡膠混凝土性能特征，發(fā)現(xiàn)橡膠和鋼纖維混摻能起到明顯提升阻裂性能。楊鵬輝等［7］通過(guò)對(duì)地聚物橡膠混凝土進(jìn)行落錘沖擊試驗(yàn)，得出橡膠再生集料能大幅提高地聚物混凝土的抗沖擊性能，且最高增幅＞200%的結(jié)論。彭書(shū)成等［8］將FC纖維混凝土材料運(yùn)用在橋面整體化層中，改善了混凝土路面的力學(xué)性能。黃曉雯［9］探究了凍融循環(huán)下不同橡膠粒徑的混凝土性能特征，結(jié)果表明30目橡膠對(duì)混凝土抗凍性能提升效果最佳。

綜上所述，當(dāng)前關(guān)于橋面鋪裝層橡膠混凝土路用性能鮮有研究，尤其是對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)橋面鋪裝層橡膠混凝土路用耐久性能方面的認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足。為拓寬橡膠骨料在橋面鋪裝中的應(yīng)用，保證橋面的強(qiáng)度、抗沖擊性能、抗凍性能及抗氯鹽侵蝕性能，提高橋面的耐久性能，本文針對(duì)摻量不同的橡膠混凝土力學(xué)性能、抗沖擊性能及耐久性能的影響規(guī)律開(kāi)展了一系列研究。

1" 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1" 原材料

本試驗(yàn)的主要原材料包括：普通硅酸鹽水泥（P.O 42.5）、Ⅰ級(jí)粉煤灰、細(xì)骨料（普通河砂）、粗骨料（5～20 mm的級(jí)配碎石）、粒徑2～4 mm橡膠顆粒、聚羧酸高效減水劑、5%的NaOH溶液、1%KH570溶液。

1.2" 配合比

橡膠混凝土配合比設(shè)計(jì)如下：橡膠混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，本試驗(yàn)基準(zhǔn)組配合比中采用的水膠比為0.32，其中粉煤灰用量按水泥質(zhì)量的20%計(jì)算；橡膠摻量分別以4%、8%、12%、16%等體積替代砂。橡膠混凝土基準(zhǔn)配合比見(jiàn)表1。

1.3" 試驗(yàn)方法

改性橡膠顆粒。先將橡膠顆粒用水清洗干凈，待晾干后放入5%的NaOH溶液中浸泡24 h，然后用自來(lái)水反復(fù)洗凈并晾干，最后放入1%KH570的溶液浸泡24 h，撈出晾干。

試樣成型。先將水泥和骨料攪拌1 min，再加入稱量好的橡膠顆粒繼續(xù)干拌1 min，待材料混合均勻后，將減水劑和水加入混合料中攪拌1.5 min，將制備好的橡膠混凝土拌和料澆筑成型，靜置24 h后脫模。

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。將成型脫模后的試樣養(yǎng)護(hù)至28 d，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。

抗沖擊試驗(yàn)。采用的試樣為圓餅形，尺寸為直徑150 mm、厚度65 mm。

抗氯離子滲性能試驗(yàn)。從養(yǎng)護(hù)室取出達(dá)到規(guī)定齡期的試樣，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法進(jìn)行抗氯離子滲透性能試驗(yàn)。

抗凍融循環(huán)試驗(yàn)。采用標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方體試樣尺寸，參照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)。

2" 試驗(yàn)結(jié)果分析及討論

2.1" 橡膠顆粒摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

不同橡膠顆粒摻量下的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律如圖1所示。由圖1可知，橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度隨橡膠顆粒摻量的增大呈下降的變化趨勢(shì)。當(dāng)橡膠顆粒摻量為4%、8%、12%、16%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度相較于基準(zhǔn)組分別下降了3.4%、11.0%、19.3%、31.1%。結(jié)果表明，橡膠顆粒的摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度有重要影響，且摻量越大，強(qiáng)度折減越明顯。究其原因，橡膠顆粒具有一定的疏水性，在混凝土中摻入橡膠顆粒后，水分子在混凝土內(nèi)部的遷移速度變慢，在橡膠顆粒周圍形成大而厚的水膜，進(jìn)而影響橡膠顆粒周圍水泥的水化進(jìn)程，導(dǎo)致橡膠顆粒與周圍膠凝材料粘結(jié)力下降。所以當(dāng)外荷載作用時(shí)，其內(nèi)部裂縫迅速擴(kuò)展，引起混凝土強(qiáng)度下降，且隨著橡膠顆粒摻量的增多強(qiáng)度折減率越大［10］。

改性橡膠混凝土的力學(xué)及耐久性能研究/陳" 榆

2.2" 橡膠混凝土抗沖擊性能研究

橡膠混凝土抗沖擊耗能值隨橡膠顆粒摻量的變化規(guī)律如圖2所示。由圖2可知，橡膠混凝土抗沖擊耗能值隨橡膠顆粒摻量的增大呈增大趨勢(shì)，且當(dāng)橡膠顆粒摻量＞12%時(shí)，其抗沖擊耗能略微趨于平緩。當(dāng)橡膠顆粒摻量為4%、8%、12%、16%時(shí)，其抗沖擊耗能值相較于基準(zhǔn)組分別提高了65.8%、153.8%、354.5%、416.0%。結(jié)果表明，混凝土中橡膠顆粒的摻量對(duì)其抗沖擊性能的提升起改善作用，且當(dāng)摻量在8%～12%時(shí)，抗沖擊性能提升最明顯。究其原因，橡膠顆粒具有一定的彈性，在沖擊荷載的作用下，分布在混凝土中的橡膠顆粒發(fā)生變形以致耗散更多的能量，從而減小作用于基體的動(dòng)能，提升了混凝土的韌性［11-12］。

2.3" 橡膠混凝土抗氯離子滲透性能研究

由混凝土耐久性相關(guān)規(guī)范可知，混凝土中電通量越大，表明其抗氯離子的滲透性能越低。由圖3可知，在混凝土中，隨著橡膠顆粒摻量的增大，其抗氯離子滲透性能呈先減小后略微增大的變化趨勢(shì)，擬合度可達(dá)0.96，當(dāng)混凝土中橡膠顆粒摻量＞8%時(shí)，抗氯離子滲透性能呈微小下降的趨勢(shì)。當(dāng)橡膠顆粒摻量為4%、8%、12%、16%時(shí)，其抗氯離子滲透性能相較于基準(zhǔn)組分別提高了33.4%、47.8%、47.6%、45.3%。結(jié)果表明，橡膠顆粒對(duì)混凝土的抗氯離子滲透性能的改善起重要影響作用，且最佳橡膠顆粒摻量在8%～12%。究其原因，當(dāng)少量的橡膠顆粒加入混凝土中時(shí)，水泥水化的膠凝材料在橡膠表面處形成大量密集的氣泡群，對(duì)毛細(xì)孔具有阻隔作用，使Cl-的滲透路徑延長(zhǎng)了，阻止了混凝土中Cl-的擴(kuò)散［13］；當(dāng)橡膠摻量＞8%時(shí)，橡膠顆粒相互堆積在一起，且與膠凝材料的粘結(jié)較差，增大了孔隙率，改變了孔徑及孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致橡膠混凝土抗氯離子滲透性能下降。因此，橡膠混凝土抗氯離子滲透性能對(duì)應(yīng)的橡膠顆粒最佳摻量為8%。

2.4" 橡膠混凝土抗凍融循環(huán)性能研究

如后頁(yè)圖4所示為不同橡膠顆粒摻量下的混凝土抗凍融循環(huán)性能隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律。由圖4可知，質(zhì)量損失率隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐步增加，當(dāng)橡膠顆粒摻量在8%～12%時(shí)，其抗凍融循環(huán)性能最優(yōu)?；鶞?zhǔn)組混凝土經(jīng)歷25次、50次、75次、100次、125次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率分別為0.22%、0.73%、1.19%、1.98%、3.11%；橡膠顆粒摻量為4%、8%、12%、16%下的橡膠混凝土經(jīng)歷25次、50次、75次、100次、125次凍融循環(huán)后，最大質(zhì)量損失率分別為0.13%、0.31%、0.81%、1.7%、2.61%。結(jié)果表明，混凝土中橡膠顆粒的摻入對(duì)抗凍融循環(huán)性能有重要影響作用，且橡膠顆粒最佳摻量為8%。究其原因：橡膠顆粒在混凝土中作為彈性體，在凍融循環(huán)的作用下能夠發(fā)生一定的形變，減弱了混凝土內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，抑制了內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)散，提高了其抗凍性能；摻入的橡膠顆粒引入大量的氣泡，在一定程度上細(xì)化了混凝土內(nèi)部孔隙，改善了混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，增加了混凝土內(nèi)部孔隙率，從而有效緩解膨脹壓力。但在凍融的反復(fù)作用下，其內(nèi)部細(xì)小裂紋逐漸擴(kuò)展，且微裂紋逐漸相互貫通，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部損傷加劇，表現(xiàn)為宏觀上質(zhì)量損失的增加。

3" 結(jié)語(yǔ)

（1）混凝土中摻入橡膠顆粒，會(huì)導(dǎo)致其強(qiáng)度的下降，摻量越大強(qiáng)度降幅越大。橡膠顆粒摻量為12%時(shí)，混凝土強(qiáng)度折減率迅速增大。

（2）混凝土中摻入橡膠顆粒對(duì)抗沖擊性能的提升有利，且當(dāng)橡膠顆粒摻量在8%～12%時(shí)，抗沖擊性能提升最明顯。當(dāng)橡膠顆粒摻量為4%、8%、12%、16%時(shí)，其抗沖擊性能相較于基準(zhǔn)組分別提高了65.8%、153.8%、354.5%、416.0%。

（3）橡膠顆?？稍谝欢ǔ潭壬细纳苹炷恋目孤入x子滲透性能，且最佳橡膠顆粒摻量在8%～12%。

（4）混凝土中摻入一定量的橡膠顆粒，可提高其抗凍融循環(huán)性能。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增多，混凝土質(zhì)量損失率逐步增大，且當(dāng)橡膠顆粒摻量在8%時(shí)，其抗凍融循環(huán)性能最優(yōu)。

（5）根據(jù)橡膠混凝土力學(xué)性能和耐久性能的指標(biāo)測(cè)試結(jié)果，橡膠混凝土可用作橋面鋪裝材料。

［1］董亞杰.橡膠混凝土路面板的抗沖擊性能研究［D］.包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2022.

［2］高夢(mèng)秋.季凍區(qū)路用改性橡膠混凝土最佳配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究［D］.綿陽(yáng)：西南科技大學(xué)，2022.

［3］顏劍秋.不同沖擊氣壓下橡膠混凝土力學(xué)性能研究［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2023（2）：146-172.

［4］趙行之，宗" 琦，呂" 鬧，等.沖擊荷載作用下橡膠混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究［J］.河南科技，2023，783（13）：73-79.

［5］Farhad Aslani，Maryam Khan.Properties of High-Performance Self-Compacting RubberizedConcrete Exposed to High Tempera-tures［J］.Journal of Materials in Civil Engineering，2019，31（5）：04019040.

［6］劉家興，楊榮周，徐 "穎，等.超高強(qiáng)度橡膠混凝土的力學(xué)特性及能量演化［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2023，33（9）：2 387-2 392.

［7］楊鵬輝，姚" 遠(yuǎn).地聚物橡膠混凝土的力學(xué)、抗沖擊性能及強(qiáng)度機(jī)理分析［J］.硅酸鹽通報(bào)，2023，42（1）：239-247.

［8］彭書(shū)成，雷" 鳴，徐光波，等.摻FC纖維材料混凝土在橋面整體化層中的應(yīng)用研究［J］.工程質(zhì)量，2020，38（10）：64-71.

［9］黃曉雯.凍融循環(huán)作用下橡膠粒徑對(duì)混凝土耐久性能影響試驗(yàn)研究［D］.淮南：安徽理工大學(xué)，2022.

［10］孔" 慧，耿" 歐，朱思遠(yuǎn)，等.改性廢輪胎橡膠混凝土微觀結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能［J］.混凝土，2022，397（11）：152-155.

［11］魏昆侖，李雙喜.玄武巖纖維對(duì)橡膠混凝土抗沖擊性能的影響［J］.工業(yè)建筑，2022，52（9）：42-48.

［12］陳雅瓊.聚丙烯腈纖維在鐵路橋橋面鋪裝中的研究與應(yīng)用［J］.工程機(jī)械與維修，2022，303（2）：60-61.

［13］張立群，張曉冉，張靜軒，等.改性橡膠骨料混凝土的抗氯離子滲透性能及抗沖擊性能研究［J］.混凝土與水泥制品，2019，3（3）：10-13.

20240312