废旧橡胶集料透水混凝土强度和透水性能试验

杨春峰, 孙明博, 王培竹

(1. 沈阳大学 建筑工程学院, 辽宁 沈阳 110044;2. 辽宁省环境岩土工程重点实验室, 辽宁 沈阳 110044)

透水混凝土是由粗骨料及其表面均匀包裹的水泥基胶结料相互粘结,并经水化、硬化后形成的具有连续空隙结构的混凝土,其具有透水、透气性能好的特点,用于路面铺设可以有效保护地下水资源,缓解城市的热岛效应[1-2].废旧橡胶集料混凝土是将废旧橡胶颗粒作为水泥混凝土的组成材料配置的特种混凝土,其具有弹性模量低、抗冲击性好、耐久性好等特点.本研究在已有普通透水混凝土研究的基础上,配制了废旧橡胶集料透水混凝土,并对其力学性能、透水性能开展了系统研究,为相关研究和工程应用提供参考.

1 原材料与配合比设计

1.1 原材料

水泥采用辽宁本溪山水实业有限公司生产的工源牌42.5级普通硅酸盐水泥;碎石采用沈阳九洲搅拌站提供的5～10 mm的花岗岩碎石,表观密度为2 780 kg/m3,紧密堆积密度为1 530 kg/m3;砂采用沈阳九洲搅拌站提供的中砂,表观密度2 540 kg/m3,紧密堆积密度为1 498 kg/m3;减水剂采用山西黄腾化工有限公司生产的UNF-1型萘系高效减水剂,减水效率为18%;橡胶颗粒采用沈阳宏玉盛橡胶厂生产的粒径为5～8目和60～80目的废旧轮胎橡胶粒(如图1所示),表观密度分别为1 250和890 kg/m3,橡胶颗粒在试验前均采用质量分数为3%的氢氧化钠溶液浸泡处理,浸泡时间3 h左右,每隔30 min进行一次搅拌,浸泡后用清水清洗干净备用[3-4];水为自来水.

图1 试验用橡胶颗粒Fig.1 Experimental rubber particle(a)—5～8目; (b)—60～80目胶粒.

1.2 配合比设计

参照《透水混凝土路面技术规程》(CJJ/T 135—2009)和已有的透水混凝土配合比设计方法,确定透水混凝土的水胶比为0.3,配合比分为五种情况(见表1),其中C0为不掺加细集料的基准组;Ca1、Ca2为2～4 mm橡胶粒按体积取代率50%和100%取代砂的情况;Cb1、Cb2为60～80目橡胶粒按体积取代率50%和100%取代砂的情况.其中掺加细集料的Ca和Cb组细集料掺量按体积砂率15%确定,再以胶粒等体积取代砂.

表1 透水混凝土配合比Table 1 Pervious concrete mix proportion

2 抗压强度试验及结果分析

抗压强度试验按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081—2002)中相关规定进行,试件采用150 mm×150 mm×150 mm立方体试件,试验机为长春新特试验机有限公司生产的YAW-3000型微机控制电液伺服压力试验机.试验测试了透水混凝土7 d和28 d的抗压强度,各组试块立方体抗压强度结果对比如图2所示.由图2可知,各组透水混凝土28 d强度等级均大于20 MPa;掺加细集料的各组混凝土试块强度均大于没掺加细集料的C0组,其中对于掺加5～8目胶粒情况,胶粒掺量由50%变化到100%时试块强度下降3%;而对于掺加60～80目胶粒情况,100%掺加胶粒试块的强度则大于50%掺加胶粒试块的强度,强度增加达到12%左右.

图2 透水混凝土抗压强度值Fig.2 Compressive strength of pervious concrete

与普通混凝土相比,透水混凝土内部存在大量空隙,其强度大小主要取决于粗集料间的接触点面积和接触点处的黏结力.当透水混凝土中掺加一定数量的细集料后,有效填充了内部空隙,增加了粗集料间的接触点,因此掺加细集料的各组混凝土强度高于C0组.当用橡胶颗粒等体积取代砂时,透水混凝土的强度变化规律与普通橡胶混凝土也有一定差别.对于掺加粗胶粒(5～8目)组,100%掺加组强度略小于50%掺加组;而对于掺加细胶粒(60～80目)组,100%掺加组强度则明显大于50%掺加组,这与普通橡胶混凝土试验中随橡胶颗粒掺量增加混凝土强度下降的规律是不同的,且粗胶粒组强度虽有下降,但下降幅度明显小于普通橡胶混凝土强度的下降幅度.其原因在于透水混凝土强度明显低于普通混凝土,因此橡胶颗粒与粗集料的结合面强度不再是影响混凝土强度的主要原因,细胶粒相比粗胶粒能够更有效地填充粗集料的空隙,进而提高了混凝土的强度.

3 透水性能试验及结果分析

透水混凝土的透水性能一般用透水系数来衡量,透水系数K计算公式如式(1)所示,

(1)

式中,H为水头高度;L为混凝土透水厚度;A为混凝土透水面积;Δt为透水时间;V为透水体积.

我国对透水混凝土透水系数的测试主要采用固定水头法和可变水头法.本研究采用了固定水头法,并自制了试验设备如图3所示[5].为避免试验过程中混凝土试块与试验仪器结合部位漏水,进行透水试验前试件周边采用蜡封,如图4所示.

图3 透水试验装置图Fig.3 Permeability test device

图4 试件蜡封情况Fig.4 Wax-sealed status of specimen

透水混凝土透水系数的试验结果对比如图5所示.由图5可知,各组试块的透水系数均满足1 mm/s的基本要求,不掺加细集料的C0组透水系数最大;掺加细集料后,各组试块透水系数呈现不同程度的下降.对掺加5～8目胶粒组,当胶粒掺量由50%增大到100%时,透水系数提高;而掺加60～80目胶粒时,胶粒掺量由50%增大到100%时,透水系数下降.可见,当细集料总体积不变的情况下,细集料的级配对透水混凝土透水性有一定影响.

图5 透水系数试验结果对比Fig.5 Test result contrast of permeation coefficient

4 结 论

由上述研究可知,将橡胶颗粒作为细骨料掺配到透水混凝土中可以有效提高透水混凝土强度,强度提高10%～30%,掺加较细橡胶粒的强度提高较多.橡胶颗粒的掺入使透水混凝土的有效空隙减少,透水性能下降,但均符合1 mm/s的透水性能要求.根据各组透水混凝土试块试验结果,综合考虑强度指标和透水性能,最优配合比为Cb1组.

参考文献:

[1]张朝辉,王沁芳,杨娟. 透水混凝土强度和透水性影响因素研究[J]. 混凝土, 2008(3):7-9.

(Zhang Zhaohui, Wang Qinfang, Yang Juan. Influence Factors of Compressive Strength and Permeability of Pervious Concrete[J]. Concrete, 2008(3):7-9.)

[2]徐仁崇,桂苗苗,刘君秀,等. 透水混凝土配合比参数选择及设计方法研究[J]. 混凝土, 2011(8):109-112.

(Xu Renchong, Gui Miaomiao, Liu Junxiu, et al. Study on Parameters Selection and Design Method of Pervious Concrete Mix Proportion[J]. Concrete, 2011(8):109-112.)

[3]杨春峰,杨敏,叶文超. 改性方式对橡胶混凝土力学性能的影响[J]. 沈阳大学学报:自然科学版, 2012,24(3):78-81.

(Yang Chunfeng, Yang Min, Ye Wenchao. Influence of Modification to Mechanical Properties of Waste Rubber Concrete [J]. Journal of Shenyang University: Natural Science, 2012,24(3):78-81.)

[4]李长存,周永昌,兰士伟. 施工中混凝土质量控制研究[J]. 沈阳大学学报, 2005,17(6):32-35.

(Li Changcun, Zhou Yongchang, Lan Shiwei. Analysis on Concrete Quality Control in Construction[J]. Journal of Shenyang University, 2005,17(6):32-35.)

[5]吴春雷. 橡胶集料透水混凝土基本性能的试验研究[D]. 天津:天津大学, 2010.

(Wu Chunlei. Experimental Research on Basic Properties of Crumb Rubber Pervious Concrete[D].Tianjin; Tianjin University, 2010.)