新型橡胶混凝土砖与粉煤灰砖的对比研究

2015-12-21王凤池

水利与建筑工程学报 2015年5期

白涛，宋岩，王凤池

(1.沈阳建筑大学建筑与规划学院，辽宁沈阳110168;2.沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168)

墙体材料是建筑材料的主流，是建筑性能的主要载体。非黏土、节能、利废、改善建筑功能、减少环境污染和原料采掘不破坏生态环境的各类墙体材料称为新型墙体材料[1－3]。我国墙体材料工艺技术、产品质量与使用功能等方面，均大大落后于工业发达国家。发展新型墙体材料，利废是关键。

目前，废弃橡胶已经成为主要工业废弃物之一。如何处置废弃橡胶轮胎，各国根据自己的国情有着不同的处理方法。橡胶粉有“黑色黄金”之称，是通过物理法或化学法将废旧轮胎粉碎或研磨成不同粒径的颗粒。橡胶粉用量最大的是作为改性沥青的原材料之一，应用在公路工程和公用工程方面。要提高我国废旧轮胎的回收利用率，需进一步提高橡胶粉在建筑工程上的应用潜力。将橡胶粉掺加到混凝土中，制成一种新型的混凝土——橡胶混凝土，它在动力性能、耐久性能、隔热、隔声性能等方面表现出了明显的优势，更能适应建筑工程市场的需要。近年来，橡胶混凝土已逐渐在公路、铁路、民用建筑等应用中取得开拓性进展[4－12]。

本文提出了大掺量橡胶混凝土砖的研究构想，旨在通过大掺量橡胶混凝土砖的性能研究对比，既能大量使用废弃橡胶，提高废橡胶的使用率，又能得出橡胶混凝土砖的优良性能，满足人们对建筑的更高要求。

1 橡胶混凝土砖的制备

1.1 橡胶混凝土砖的材料

大掺量橡胶混凝土砖的原材料包括橡胶、砂子、水泥、外加剂等。试验中所用的胶粉是用汽车废旧轮胎胎面橡胶作原料生产的硫化胶粉(沈阳市宏玉盛橡胶材料厂生产)，橡胶粉颗粒目数为28目。

试验所用砂子为普通河砂(中砂)，密度2.65 g/cm3，细度模数2.4。水泥为辽宁山水公源水泥有限公司制造的32.5级P.O硅酸盐水泥。

试验所用外加剂为沈阳市万龙防水材料厂生产的801多功能建筑速溶胶粉，以天然高分子制成，是无毒、无味、无刺激的绿色产品，能迅速溶解于冷水，形成乳胶型黏稠胶水。使用时1 g胶粉需要兑100 g水，直接在桶内加冷水快速搅拌，搅拌30 s左右，即可使用。

1.2 橡胶粉的取代方法及配合比

试验采用的基准配合比为水泥∶石子∶砂子∶水 =1∶ 1.35∶ 2.87∶ 0.43。用橡胶等体积替代细骨料、粗骨料。试验中考虑了3种橡胶粉替代率，所采用的配合比如下:

(1)A砖配合比(文中代号为A)

橡胶粉∶水泥∶水∶砂子=142∶646∶278∶1852

(2)B砖配合比(文中代号为B)

橡胶粉∶水泥∶水∶砂子=368∶646∶278∶436

(3)C砖配合比(文中代号为C)

橡胶粉∶水泥∶水∶砂子=439∶646∶278∶0

经过试配计算，A、B、C三种配比的砖在橡胶混凝土拌和过程中都需要掺加65 g浓度为10%的成型剂，以使得橡胶粉和水泥、砂子更好的粘结成型。

1.3 体积密度

本试验对比砖采用普通蒸压粉煤灰砖(文中代号为 D)，砖试验按照《粉煤灰砖》[13](JC239 －2001)标准执行。四种砖的体积密度如图1所示。

图1 砖的密度对比图

A、B、C、D四种砖的密度由大到小排列依次为D、A、B、C，蒸压粉煤灰砖 D的密度最大，而橡胶粉等体积替代部分砂子、石子后的A、B、C三种砖的密度都变小，并且随着橡胶掺量的增加，密度越来越小。C种砖的密度降低达27%，这是由于相同体积状态下，橡胶粉的质量远远要比砂子、石子轻得多。橡胶粉替换越多，砖的质量就越轻，在强度满足要求的情况下，可以方便施工、搬运，用作隔墙砌体使用有更多的优点。

2 强度对比

2.1 试验方法

A、B、C、D四种砖均为非烧结砖，应放在温度为(20±5)℃的水中浸泡24 h后取出，拭去表面水分再进行砖试样的抗折强度试验。采用三点加载。

砖试件的抗折强度按式(1)计算:

式中:Rc为抗折强度;P1为最大破坏荷载;L为跨距;B为砖试件宽度;H为砖试件高度。

由于是非烧结砖试件，可直接进行抗压强度试验。每块砖的抗压强度RP按式(2)计算:

式中:RP为抗压强度;P2为最大的破坏荷载;L为砖受压面(连接面)的长度;B为砖受压面(连接面)的宽度。

2.2 对比分析

砖的抗折强度、抗压强度见图2、图3。

图2 抗折强度

图3 抗压强度变化图

A、B、C三种砖的抗折强度都符合M10的标准，而D种砖符合M7.5的标准，本试验研究的三种砖A、B、C在抗折强度上都比蒸压粉煤灰砖 D要好。从图3可以看出，A、B、C三种砖的抗折强度依次从大到小递减，说明橡胶掺量越多的抗折强度越小。对比说明，橡胶粉的掺入对抗折强度的影响较大，但是新型橡胶混凝土砖高于蒸压粉煤灰D种砖。

抗压强度中，橡胶混凝土A种砖和蒸压粉煤灰D种砖符合M7.5中的要求。橡胶替换较多的B、C两种砖则基本符合M5的要求。试验用砖的要求是用来作隔墙，不承受较大荷载，所以对抗压强度要求较低[14－15]。与蒸压粉煤灰 D种砖相比，试验用 A、B、C三种砖的抗压强度全部降低，并且依次随着橡胶粉掺量的增加递减，但是有一个量的限制，A种砖中橡胶粉掺量最少抗压强度最高，而B、C砖中掺量依次增多，可是抗压强度C砖比B砖要高，这说明，橡胶粉的掺入并非无限使抗压强度降低，达到一个量后，抗压强度开始变化不大，甚至略有回升。

通过橡胶混凝土A砖、B砖、C砖和蒸压粉煤灰D砖的对比可知，A、B、C砖的抗折强度都比蒸压粉煤灰D砖有所提高，而抗压强度都不如D砖高，但是作为隔墙使用，强度还是可以达到要求的。

3 吸水率及饱和系数的试验对比

3.1 试验方法

将试样砖放入105℃ ～110℃的鼓风干燥箱中干燥，采用电子称(精确到0.1 g)每隔2 h称一次重量，直至两次重量差在0.2%之内可以停止干燥，认为试样砖重量已至恒重，记其质量G0。将干燥后的试样砖浸入水温10℃ ～30℃的水中24 h。浸泡24 h后，将砖取出，用抹布拭去表面水分，将砖放入干燥的盆中，去皮称重，称量时砖试样毛细孔渗到盆中的水分质量也计入吸水质量中，称重质量即为浸泡24 h后的湿质量G24。将称重后的湿试样侧立放入加热容器中，然后注入清水，锅内水面高度应高于砖表面50 mm，将水加热至沸腾，煮沸3 h后，将砖试样取出，称重质量即为试件煮沸3 h的湿质量 G3。将砖试样继续煮沸2 h后称重质量即为试件煮沸5 h的湿质量G5。

浸泡1 d(24 h)后砖吸水率w24按式(3)计算:

煮沸3 h的砖试样吸水率按下式(4)计算:

每块砖试样的饱和系数K按下式(5)计算:

3.2 对比分析

不同配比砖的吸水率、饱和系数对比如图4、图5所示。试验中A、B、C三种橡胶混凝土砖的吸水率均比蒸压粉煤灰D砖小很多，A、B、C三砖吸水率仅为D砖的20%左右。A、B、C三砖之中，A和B相差不大，C明显减小很多，减小幅度可达 A和B的20%左右。橡胶粉掺量越多，吸水率越低。蒸压粉煤灰D砖的饱和系数比橡胶混凝土A、B、C砖大很多，几乎是A、C的两倍，B的三倍。