掺不同粒径废旧橡胶混凝土耐磨性的研究

吴云根，何山青

(1.江西省公路桥梁工程局:2.江西省交通设计研究院有限责任公司)

0 引言

凭借其成本低、抗压强度高等优势，混凝土成为了现代土木工程用量最大的建筑材料。随着社会的不断发展，土木建筑对于混凝土的耐久性要求急剧增加，其中由于摩擦而引起混凝土路面的破损是严重威胁混凝土耐久性的一个主要因素。目前关于混凝土耐磨性的研究已经较为广泛，成为了混凝土耐久性研究的重要组成部分。

废旧橡胶粉具有良好的弹性，能够有效的解决混凝土抗冲击性差、脆性低、延性差的特点，同时橡胶粉不会与混凝土组分发生化学反应，而是通过物理作用改善混凝土的结构和性能。目前国内外已经有较多对橡胶混凝土的研究。Paine等人研究了掺加不同粒径废旧橡胶粉混凝土的抗冻性，结果表明掺加橡胶粉后混凝土的抗冻性能得到了显著改善。Khatib等人的研究结果表明掺加废旧橡胶粉的橡胶混凝土抗冲击性能够有所提高。F Hernández-Olivares等人研究了不同掺量废旧橡胶粉混凝土的路面耐久性。实验结果表明在重载交通条件下橡胶混凝土路面的耐久性比空白样混凝土耐久性有显著提高。

通过掺加不同粒径(50目、100目和150目)不同掺量(10 kg、15 kg、20 kg)的废旧橡胶粉的橡胶混凝土的耐磨性分析，研究了水灰比、废旧橡胶粉掺量以及橡胶粉粒径对橡胶混凝土耐磨性的影响，最后对橡胶混凝土的耐磨性进行了研究和讨论。

1 试验

1.1 试验原材料

水泥采用安徽海螺水泥股份有限公司生产的PO 42.5R型水泥，水泥的基本参数如表1所示;粗集料采用级配良好(5～31.5 mm)的花岗岩碎石，针片度为4.5%，压碎指标为3.6%，表观密度为2 740 kg/m3。细集料采用细度模数为2.9，表观密度为2 590 kg/m3的河砂;拌合水为饮用水;外加剂采用湖南金华达建材有限公司提供的复合型HDJS-I混凝土高效减水剂，减水率为18% ～28%;橡胶粉采用山东滨州瑞祥橡胶粉有限公司生产的50目、100目和150目的废旧橡胶粉。所采用的混凝土配合比如表2所示。

表1 水泥基本物理参数

表2 混凝土配合比

1.2 测试方法

按照表2的配合比，制备出150 mm×150 mm×150 mm的混凝土试块，每一组试样成型3块试件。在标准养护条件下养护28 d后将混凝土试块取出。将试块放入50℃的烘箱中直至恒重后进行混凝土耐磨性试验。根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTGE30-2005和《水泥胶砂耐磨性试验方法》JC/T 421-2004进行耐磨性试验。将混凝土试块放至耐磨试验机的水平转台上，作好定位标记并用夹具固定。在200 N负荷下预磨30转，取下试块扫净粉粒称重，该称重作为试块的原始质量G1。然后将试块再次放至于耐磨试验机并固定后，再次磨削40转，取下试块扫净粉粒称重为G2。整个磨损过程应将吸尘器对准试块磨损面，使磨下的粉尘及时从磨损面吸走。每一个试块单位面积的磨损量按照式1计算，计算至0.01 kg/m2。其中，G为单位面积上的磨损量(kg/m2);0.0125为磨损面积(m2)。

2 试验结果及其分析

2.1 橡胶掺量对废旧橡胶混凝土耐磨性能的影响

废旧橡胶混凝土磨损量的测试结果如表3所示。从表3可以看出，空白样混凝土试块的磨损量为1.845 kg/m3。当混凝土中分别掺加10 kg/m3、15 kg/m3和20 kg/m3废旧橡胶粉后，混凝土试块的磨损量分别为0.660 kg/m3、0.984 kg/m3和1.496 kg/m3。相对磨损量分别降低了64.2%、46.7%和18.9%。橡胶粉的掺入对混凝土的耐磨性能起到了加强作用。橡胶混凝土的耐久性能均优于空白样混凝土。随着废旧橡胶粉的掺量不断增加，混凝土试块的磨损量不断增加，混凝土中废旧橡胶粉的最佳掺量为10 kg/m3。

作为一种弹性填充物，一定量橡胶粉的掺入能够显著降低混凝土的脆性，提高混凝土的变形能力，从而能够降低混凝土在摩擦过程中的磨损。随着废旧橡胶粉掺量的不断增加，橡胶混凝土的强度和孔隙率会增加，同时橡胶粉与混凝土基体的粘接能力不断降低，最终降低了混凝土的性能。从而增加了废旧橡胶混凝土的磨损量。

表3 废旧橡胶混凝土的磨损量

2.2 水灰比对废旧橡胶混凝土耐磨性的影响

由表3中试块1，3，7，8的磨损量可知，当废旧橡胶粉的掺量为15 kg/m3时，试块1，3，7，8的磨损量和相对磨损量分别为1.845 kg/m3、0.984 kg/m3、1.491 kg/m3、1.193 kg/m3和 100%、53.3%、80.8%、108%。随着水灰比的不断增大，废旧橡胶混凝土的耐磨性不断降低。当水灰比达到0.65时，废旧橡胶混凝土的磨损量大于空白样混凝土的磨损量，大大降低了混凝土的耐磨性。水灰比与混凝土的耐磨性具有良好的线性关系。当水灰比增加时，混凝土的强度和弹模降低，孔隙率明显升高，水化产物和晶体的尺寸明显变大，不利于混凝土耐磨性的增强。为了保证胶凝材料完全水化的最低水分量和施工过程所需保证的混凝土和易性，水灰比对废旧橡胶混凝土耐磨性的影响应在一定的范围内。

2.3 废旧橡胶颗粒尺寸对废旧橡胶混凝土耐磨性的影响

由表3中试块1，3，5，6的磨损量可知，废旧橡胶混凝土的磨损量均小于空白样混凝土的磨损量。试块3，5，6中分别掺入50目、100目和150目的废旧橡胶粉(15 kg)。试块1，3，5，6 的磨损量和相对磨损量分别为 1.845 kg/m3、0.984 kg/m3、1.549 kg/m3、1.213 kg/m3和 100%、53.3%、84.0%、65.7%。在掺入这三种不同粒径橡胶粉的废旧橡胶混凝土中，掺加50目废旧橡胶混凝土的耐磨性最佳。这主要是由于废旧橡胶粉的颗粒尺寸小，能够均匀分布于混凝土基体中，且比表面积最大，能够与混凝土有更好的粘接，促进混凝土耐磨性的增强。

3 结论

研究掺加不同粒径(50目、100目和150目)不同掺量(10 kg、15 kg、20 kg)的废旧橡胶粉的橡胶混凝土的耐磨性能。当一定量的废旧橡胶粉掺加到混凝土中能够有效的改善混凝土的耐磨性能。随着水灰比的不断增大，橡胶混凝土的耐磨性也随之降低。在给定水灰比的混凝土中掺加不同掺量的废旧橡胶粉(10 kg、15 kg、20 kg)，当掺量为10 kg时，橡胶混凝土的耐磨性最好，其磨损量为空白样混凝土试件磨损量的35.8%。在粒径为50目、100目和150目的废旧橡胶粉中，粒径为50目的橡胶混凝土的耐磨性最好，比掺加100目和150目橡胶粉的橡胶混凝土的磨损量降低30.7%和12.4%。

作为一种弹性填充物，一定量橡胶粉的掺入能够显著降低混凝土的脆性，提高混凝土的变形能力，从而能够降低混凝土在摩擦过程中的磨损。因此橡胶混凝土的耐磨性能够得到有效的提高，继而改善混凝土的耐久性。

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