废旧轮胎胶粉混凝土的研制和性能测试

时间：2024-07-28

张雨萍郭强苟祎波李登发

（攀枝花学院，四川攀枝花 617000）

0 前言

据世界卫生组织统计，2010 年，全世界废弃旧轮胎的积量已达30 亿条，并且还在以每年10 亿条的速度不断增长。中国每年产生的废旧轮胎以8%-10%的速度递增。2010 年，中国废旧轮胎产生量约达2.5 亿条[1]。由于废弃轮胎不易分解，并且回收率较低，所以当大量的废弃的轮胎的产生与堆积在一起，不但会对环境造成一定的危害，还容易滋生蚊虫。因此，我国对废旧轮胎的处理以及处理方式越来越重视。机械破坏轮胎，将废弃的轮胎机械破坏成颗粒用于修建公园的道路、足球场、跑道等地方是常见的一种利用废弃轮胎的方法。将废弃轮胎机械破坏成较细的颗粒作为混凝土的组成材料，这样制成的橡胶混凝土有良好的延性、耐久性、抗渗性、隔声隔热性[2-6]。将橡胶加入混凝土中后，这样不但能改善混凝土的一些性能，还能处理一部分废弃轮胎，节约能源保护环境。很多学者研究不同颗粒大小的橡胶对混凝土的影响，并得出在橡胶掺量相同的情况下橡胶颗粒越大混凝土抗压强度减小得越多等结论[7-9]。基于此本文研究在橡胶粉掺量相同的情况下对两种配合比的混凝土抗压强度的影响程度，并且对比研究了不同橡胶颗粒掺量对混凝土抗压强度的影响。

1 试验情况

1.1 试件材料

水泥采用普通硅酸盐水泥P.O42.5R；粗骨料为5-31.5mm 攀枝花钒钛矿渣；细骨料采用堆积密度为1680kg/m3的攀枝花钒钛矿渣。掺合料为Ⅱ级粉煤灰，L70 磷渣粉；外加剂使用JY-08 缓凝高效减水剂；橡胶粉（30 目，颗粒密度750kg/m3)；水为自来水。

1.2 配合比

基准组混凝土的设计强度为C30、C40，橡胶粉的等体积取代细集料，分别设计了6 组橡胶粉掺量，依次为0%、2%、4%、6%、8%、10%。C30 的理论配合比为：水泥：细骨料：粗骨料：水：掺合料：外加剂=345：790：1050：200：55：52：9.94 ；C40 的理论配合比为:水泥：细骨料：粗骨料：水：掺合料：外加剂=420:710:1135:175:110:15.37,由于实验存在相对应的误差导致具体的实验配合比有所差别，实验具体配料见表2-1 和2-2

表2-1 C30不同掺量实际实验配料表

表2-2 C40不同掺量实际实验配料表

1.3 试件制作

按照实际材料用料表称取水泥、粗集料、细集料、掺合料、外加剂、水、橡胶粉；研究过程中所配制的橡胶混凝土，橡胶粉按不同掺量等体积取代取代细集料。取试两种不同配合比混凝土的试块进行试验。详细配料表2-1 和2-2。先称量材料在搅拌机里预搅拌一次进行涮膛，为了避免正式拌和时影响混凝土的配合比。启动搅拌机，向搅拌机内依次加入粗集料、细集料、水泥、掺合料、橡胶粉，搅拌均匀，先将减水剂加入水中搅拌均好后，再缓慢将加入减水剂的的水倒入搅拌机内与其他材料一起搅拌均匀，总加料时间在2min 之内，加入适量水之后，继续拌和2min。整理安装好所需要的试模，在装入模具之前首先将试模内壁清理干净，再刷一层脱模剂（机油）。按要求拌制混凝土，将搅拌好的混凝土填入预先刷好机油的模具中；用铁棒将其插填密实，再放在振动台上振动，直至混凝土不再有明显的气泡冒出为止。将浇筑好的试块，分类按顺序排放并编号。总共制作12 组，36 个试件。待混凝土终凝后，24 小时内脱模（塑料试模必须在24 小时内脱模），由于脱模时间较早，混凝土试块强度不够，脱模时必须仔细、小心，避免损坏混凝土试块。脱模后的混凝土试块应立即放在标准养护池中养护28d。

1.4 试验方案

探究在橡胶粉掺量不同时对同种强度混凝土的抗压强度影响以及在橡胶掺量相同时对不同强度的混凝土的抗压强度的影响，取试两种不同配合比混凝土的试块进行试验;按表1-1至1-2配制好两种比例的混凝土，试件按《混凝土试验方法标准》规定制作，试件养护完毕立即取出，将试件安放在JYE-2000型数显压力试验机的下承压板上，将上压板放至紧挨试件。在试块加压时，应该保持持续且均匀地施加荷载，施加荷载的速度：混凝土强度等级小于C30取0.3MPa/s～0.5MPa/s的加荷速度,混凝土强度大于等于C30且小于C60取O.5MPa/s～0.8 MPa/s；当试件开始迅速变形时，此时应当停止调整实验机油门，直到试件被破坏，并及时准确的记录破坏荷载P(N)。按下式计算试件的抗压强度(精确至0.1 MPa)：

式中：f—抗压强度，MPa；

P—破坏荷载，N；

A-试件的承压面积，mm2

整理数据，取三个相同掺量的试件的测值，一般计算其算术平均值为该组试件的抗压强度值(精确至0.1 MPa)，若测值中的一个值与中间值相差15%时（除中间值），则把最大和最小值一并舍除，并取中间值作为该组试件的抗压强度值。若三个测值差异均超过15%，则该组试件实验结果无效，则需重做该组实验直至得到有效数据为止。

2 实验结果与分析

2.1 实验结果

通过实验测得不同掺量的橡胶混凝土抗压强度具体数值见图3-1，其中橡胶掺量为0%的混凝土为普通混凝土。两种强度的混凝土都因橡胶粉掺量的增加而减小。在掺入的橡胶粉相同的情况下，橡胶粉对强度更高的混凝土的抗压强度影响更大。

(图3-1)

2.2 橡胶混凝土的抗压强度

在脱模时发现有部分橡胶粉浮于试块表面，如图3-2，由于橡胶粉本身属于憎水性，密度较小，致使在混凝土凝结时有部分橡胶粉上浮于试块表面，导致橡胶粉与其他混凝土材料之间的粘结力不够，产生空隙，故橡胶混凝土的强度下降。在橡胶混凝土受压过程中，由于橡胶的弹性大于其他材料的弹性，使得在受压过程中，橡胶颗粒周围产生空隙，再次使得混凝土的强度降低。

图3-2 脱模时试块的表面（橡胶粉掺量为8%）

由图3-1可以看出，混凝土强度由橡胶的掺量增加而减小，C30橡胶混凝土与C40橡胶混凝土在橡胶粉掺量相同情况下，C40橡胶混凝土抗压强度的下降幅度几乎都要比C30橡胶混凝土的抗压强度的下降幅度大。

当橡胶的掺量的逐渐增加，橡胶混凝土的强度也在橡胶掺量为0的混凝土强度的基础上逐渐下降，其他橡胶粉掺量下的混凝土强度下降趋势见图3-3。

两种配合比在橡胶掺量相同的情况下，其下降的百分比不同，C30橡胶混凝土在橡胶粉掺量为2%和4%时，混凝土的抗压强度下降得十分缓慢，且抗压强度都高于设计强度;C40橡胶混凝土在橡胶粉掺量为2%-10%的情况下，混凝土的抗压强度折减程度趋近。

在橡胶粉掺量为4%时C40的抗压强度下降了18%左右，相比之下掺量C30的抗压强度只下降了2.37%左右，在橡胶粉掺量为6%时C30混凝土的抗压强度突然骤降，之后下降趋势开始变得相对缓和。总体来看在橡胶粉掺量相同的情况下C40抗压强度下降的百分比要比C30的抗压强度下降的百分比要大得多，具体见图3-3。

图3-3 下降百分比对比图

下降百分比对比图3-3。