改性橡胶混凝土抗冻性能研究

改性橡胶混凝土抗冻性能研究

发表时间：2017-12-29T14:04:42.207Z 来源：《防护工程》2017年第25期作者：靖金亮[导读] 国内关于橡胶混凝土的研究始于20世纪90年代末，起步相对较晚，但研究进展较快，取得了一定成果。华北水利水电大学河南郑州 450000

摘要：橡胶混凝土是把橡胶颗粒掺加到普通混凝土中的一种新型建筑材料，研究表明，橡胶颗粒有引气作用，其功能相当于引气剂，因此橡胶颗粒可以改善混凝土的抗冻性能，但也会降低混凝土的强度。抗冻性能提高的原因是，橡胶颗粒在混凝土中起到了“弹性体”的作用，能够吸收应变能，限制裂缝发生、发展。

关键词：改性橡胶混凝土；抗冻性能；研究

1橡胶混凝土性能研究现状

国内关于橡胶混凝土的研究始于20世纪90年代末，起步相对较晚，但研究进展较快，取得了一定成果。杨林虎、朱涵、陈波、熊杰等人试验研究发现，掺入橡胶颗粒后，橡胶混凝土的抗压、抗折强度较普通混凝土均有所降低。朱涵认为橡胶颗粒与水泥石接触界面大量微型气泡的存在最有可能导致了橡胶混凝土强度的降低，并在试验中将大量的超细橡胶粉掺入混凝土来填充气泡群，结果其强度有所提高，验证了推断的合理性。陈波等将胶粉、胶粒以不同的比例代替水泥和细骨料制成C50橡胶混凝土，并研究了加压成型工艺对强度的影响，结果发现加压成型可以有效降低橡胶混凝土强度降低幅度，还发现橡胶掺量小于10%时可以改善抗冻、抗渗性能。宋少民等人研究结果证实掺入橡胶粉的橡胶混凝土的抗冲击能力得到了明显增强，小掺量下抗压及抗折强度较普通混凝土变化不大。赵志远将橡胶颗粒以25%的掺量等体积取代砂制备橡胶混凝土，研究其抗压和抗冲击性能，试验表明：橡胶混凝土的抗压强度较基准混凝土降低了34%，但抗冲击次数较基准混凝土提高了6.2倍；试验还对同时掺加橡胶颗粒和1kg/m3的高弹性模量PVA纤维的混凝土的抗冲击性能进行了测试，结果发现其抗冲击次数较基准混凝土提高8.3倍。李悦用橡胶颗粒等体积代替砂制备的橡胶混凝土的试验研究表明，橡胶混凝土的抗压强度随着橡胶掺量的增加明显降低，降低水灰比可提高橡胶混凝土的抗压强度。袁群等人研究了3种粒径（60目，1mm～3mm，3mm～6mm）分别以5种掺量（5%，10%，15%，20%，30%）等体积取代砂掺入混凝土中的力学性能，研究发现同等掺量时，橡胶粒径越小，强度下降越多。同种粒径随着橡胶掺量的增加强度呈下降趋势。

2改性橡胶混凝土抗冻设计

2.1料

试验用水为城市自来水;水泥选用双龙牌复合硅酸盐水泥P?C42.5;砂选用普通河砂,细度模数为2.83,最大粒径为5mm,级配合格,表观密度为2500kg/m3;石子为石灰岩碎石,粒径为5~20mm,表观密度为2732kg/m3;橡胶为60目的橡胶粉?粒径1~3mm和3~6mm的橡胶颗粒,密度均为1119kg/m3,由武陟某橡胶厂生产;改性剂分别为浓度20%的NaOH溶液?质量分数1%的KH570溶液?浓度20%的NaOH溶液+质量分数1%的KH570溶液复合改性剂?

2.2 橡胶颗粒的改性方法

(1)NaOH溶液处理?配置浓度20%的NaOH溶液,充分浸泡橡胶颗粒并搅拌,静置24h后用清水清洗橡胶颗粒,直至橡胶颗粒溶液pH=7,晾干后备用?(2)KH570溶液处理?称取质量分数1%的KH570溶液,用适量乙醇溶液充分溶解稀释后倒入橡胶颗粒中,均匀搅拌至橡胶颗粒表面完全湿润,晾干后备用?(3)复合改性处理?先用NaOH溶液按照(1)处理,晾干之后再用KH570溶液按照(2)处理?

2.3试块制作

本文研究内容是水利部公益性科研专项“防裂抗渗高性能橡胶混凝土的配制及应用研究”的一部分,依据项目目标分析结果,选择10%掺量的60目橡胶粉?15%掺量的1~3mm橡胶颗粒和15%掺量的3~6mm橡胶颗粒等体积取代砂配制橡胶混凝土?基准橡胶混凝土为C20?C30普通混凝土,橡胶混凝土分基准橡胶混凝土(未改性)和改性橡胶混凝土两种,混凝土配合比见表1?

表１基准混凝土与橡胶混凝土配合比

先将橡胶颗粒与水泥进行均匀混合,然后按照石子?砂?水泥橡胶颗粒混合物和水的投料顺序依次放入搅拌机进行拌和?基准混凝土?基准橡胶混凝土和改性橡胶混凝土试块分别浇筑26组,每组试块3个,共计78个试块?抗压试验试块尺寸为150mm×150mm×150mm,抗冻试验试块尺寸为100mm×100mm×400mm?抗压试验及抗冻试验参照《水工混凝土试验规程》(DL/T5150—2001)进行?

3试验结果及分析

3.1抗压强度

C20基准混凝土的抗压强度为26.2MPa(见图1),掺加3~6?1~3mm橡胶颗粒和60目橡胶粉的橡胶混凝土的抗压强度较基准混凝土的分别下降了5.3%?11.5%?20.2%;C30基准混凝土的抗压强度为38.0MPa(见图2),掺加3~6?1~3mm橡胶颗粒和60目橡胶粉的橡胶混凝土的抗压强度较基准混凝土的分别下降了13.9%?18.7%?25.3%?改性橡胶混凝土相对未改性橡胶混凝土抗压强度降低了,在强度方面改性效果较差?图1?图2中D代表3~6mm橡胶颗粒,Z代表3~6mm橡胶颗粒,X代表60目橡胶粉?

图2C30混凝土?改性橡胶混凝土抗压强度

3.2 抗冻性能

试验发现,经历相同的冻融循环次数时,C20?C30基准混凝土表面水泥浆剥落状况均较相应的橡胶混凝土严重;橡胶混凝土冻融破坏时完整性仍较好,没有出现酥松破碎的状况,橡胶粒径越小,橡胶混凝土表面剥落情况越轻微;改性橡胶混凝土冻融过程中表面剥蚀状况与橡胶混凝土相似?试验结果显示:相同的冻融循环次数时,橡胶混凝土的相对动弹性模量高于基准混凝土的,说明掺加橡胶颗粒后混凝土的抗冻性能有所改善;冻融循环次数相同时,改性橡胶混凝土的抗冻性能整体上比橡胶混凝土的好,其中复合改性橡胶混凝土的效果最好? 4冻融破坏机制分析

4.1 橡胶混凝土冻融破坏机制

将橡胶颗粒掺入到混凝土时,改变了混凝土的微观结构和性能:①橡胶颗粒为有机物,其与无机物水泥石之间的黏结作用力薄弱,在冻融循环作用下,易在黏结界面开裂,产生裂缝,导致橡胶混凝土抗冻性能下降;②橡胶颗粒作为一种弹性填料分布在水泥石中,具有较强的拉伸?压缩变形能力,为冰胀压力提供了缓冲?泄压空间,可减轻冻融裂缝的发展,提高橡胶混凝土的抗冻性能;③橡胶颗粒表面粗糙,易携带空气,具有引气作用,当掺入同等质量?粒径不同的橡胶颗粒时,粒径越小,比表面积越大,引气作用越强,越有利于橡胶混凝土抗冻性能的提高?试验结果显示,橡胶混凝土的抗冻性能好于基准混凝土的,细颗粒橡胶混凝土的抗冻性能整体上好于粗颗粒橡胶混凝土的,这表明上述3方面对橡胶混凝土抗冻性能的影响作用中,后两方面的作用起主导地位?

4.2改性橡胶混凝土的冻融破坏机制

NaOH改性橡胶混凝土的冻融破坏机制?橡胶颗粒主要由废旧橡胶轮胎制成,因此它的物质成分与橡胶轮胎的相同?橡胶轮胎是用天然橡胶?丁苯橡胶?顺丁橡胶及丁基橡胶等,根据轮胎的使用要求选择两种或两种以上一起使用,并掺入碳黑?硫磺等,经过开炼机?密炼机的均匀混合,硫化成型得到?为了使橡胶满足轮胎的耐用性?抓地性?耐穿刺性等要求,在制造轮胎时必然要掺入不同剂量的添加剂来改善其性能,其中硬脂酸锌作为润滑剂?防黏剂和活化剂就是其中一种添加物质?已有研究表明,硬脂酸锌与水泥石的黏结性能较差,因此改性处理橡胶颗粒的一种主要方法就是去掉橡胶颗粒表面的硬脂酸锌?当采用NaOH溶液作为改性剂处理橡胶颗粒时,NaOH和硬脂酸锌发生反应，生成的Na(C17H35COO)和Na2(Zn(OH)4)均易溶于水,可以在冲洗的过程中洗掉,此时橡胶颗粒表面会形成更多的孔隙,这些孔隙能够将更多的空气引入混凝土拌和物,另外从电镜图片中可以看到,改性橡胶颗粒的比表面积增大,这同样会增强橡胶颗粒的引气作用? 结束语

掺加橡胶颗粒后，橡胶混凝土的抗压强度较基准混凝土的抗压强度下降，且橡胶颗粒的粒径越小，下降幅度越大；掺加橡胶颗粒可以改善混凝土的抗冻性能，３～６、１～３ｍｍ橡胶颗粒和６０目橡胶粉的橡胶混凝土中，整体上６０目橡胶粉对混凝土抗冻性能的改善效果最好；整体上改性橡胶混凝土的抗冻性能较橡胶混凝土的抗冻性能提高，３种改性剂中，ＮａＯＨ＋ＫＨ５７０复合改性剂对橡胶混凝土抗冻性能的提高效果最好。

参考文献:

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