橡胶改性混凝土的抗压强度试验及破坏机理研究

秦佳俊，陈贵炫，杨富莲

(1.皖西学院 建筑与土木工程学院，安徽 六安 237012；2.珠海华发房地产开发有限公司 广东 珠海 300074)



橡胶改性混凝土的抗压强度试验及破坏机理研究

秦佳俊1，陈贵炫2，杨富莲1

(1.皖西学院 建筑与土木工程学院，安徽 六安 237012；2.珠海华发房地产开发有限公司 广东 珠海 300074)

采用YES-3000数显式压力试验机对1组基准混凝土试件、12组橡胶掺量分别为5%、10%、15%、20%橡胶粒径分别为80目、15目、2 mm的混凝土试件以及4组体积率为0.5%的橡胶混凝土试件进行了静载抗压强度试验，得到了每一组试件的破坏形态并计算出各组试件的静载抗压强度。试验结果表明：随着橡胶掺量的增加，试件的立方体抗压强度呈减小趋势，其强度降低系数逐渐增大，并且通过对数据的处理得到了橡胶混凝土强度降低系数同橡胶掺量之间的关系。

橡胶混凝土；钢纤维；抗压强度

橡胶粉作为改性材料掺入混凝土既能缓解黑色污染泛滥的现状，又可以提高混凝土的抗冲击、抗疲劳等性能，在高强度混凝土用途日益广泛的情况下，无疑是一个双赢的解决办法，但是研究表明橡胶粉的掺入会引起混凝土静载抗压强度的降低[1-3]。本文在已有研究的基础上[4]，采用YES-3000数显式压力试验机对17组51个立方体试件进行静载抗压强度试验，试验中观察基准混凝土、橡胶混凝土以及钢纤维改性橡胶混凝土的破坏特征，深入分析各种试件的破坏机理，并且根据静载抗压强度试验的结果定量分析了橡胶掺量对混凝土静载抗压强度的影响。

1 橡胶混凝土的静载抗压强度试验

1.1 试验材料

本试验的试验材料中，水泥采用安徽海螺水泥股份有限公司生产的42.5R的普通硅酸盐水泥；粗骨料为粒径在0～10 mm碎石花岗岩，堆积密度1 590 kg/m3；细骨料为天然河砂，最大粒径5 mm，级配连续，细度模数为2.6，堆积密度1 460 kg/m3；橡胶粉生产厂家为位于安徽泾县开发区的安徽宏磊橡胶有限公司，橡胶粉粒径分别为80目、15目和2 mm。钢纤维选自安徽宁友特种金属纤维制品有限公司，规格为30±1% mm，密度为7 860 kg/m3；本次试验用水为自来水，经检测自来水呈弱碱性；减水剂为合肥博强混凝土外加剂有限公司生产的MBQ萘系高浓高效能减水剂。

图1 橡胶粉/粒、钢纤维

1.2 混凝土配合比设计

基准混凝土的配合比，水、水泥、砂、碎石、减水剂分别为148、420、558、1 301、6.3 kg/m3，制作成150×150×150 mm的基准混凝土立方体试件，共计1组3个试件，下面称为NC试件。在制作橡胶混凝土件时，橡胶粉的掺入方法为取代法，即用橡胶粉等体积取代砂，配制成橡胶混凝土。橡胶粉的粒径分别为80目、15目、2 mm，分别以5%、10%、15%、20%的质量取代细骨料掺入基准混凝土，制作成150×150×150 mm的橡胶混凝土立方体试件共计12组36个，下面称为RC试件。钢纤维改性橡胶混凝土则是在橡胶粒径为80目、掺量分别为5%、10%、15%、20%的橡胶混凝土以外掺的方式加入钢纤维，即保持橡胶混凝土各材料用量不变，掺入体积率为0.5%的钢纤维，制作成150×150×150 mm的钢纤维改性橡胶混凝土立方体试件，共计4组12个试件，下面称为SFRC试件。对此51个试件基于YES-3000数显式压力试验机进行静力加载抗压强度试验。试验装置如图2所示。

图2 YES-3000数显式压力试验机

制作试件时混凝土的搅拌和振捣均采用机械，试验过程中加载均匀，加荷速度为0.3～0.5 MPa/min，在试件接近破坏变形剧烈时记录破坏荷载。具体的试验步骤参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》[5](GB/T 50081—2002)。

2 试验结果分析

2.1 试验现象

图3 试件破坏形式

在在加载过程中可以发现，RC试件、SFRC试件和NC试件有明显不同的破坏特征。NC试件的破坏属于脆性破坏，破坏在没有破坏特征的情况下突然发生，破坏形态为锥形并伴随清脆的坍塌声,如图3(a)所示；RC试件的破坏有明显的塑性特征，随着加载的进行，RC试件四周表面出现纵向细小裂缝，裂缝长度相比较NC试件短且不连续，裂缝的开展伴随着比较低沉的破坏声，破坏时RC试件基本完整,见图3(b)。橡胶粉的掺入量越多，破坏声愈小，记录到的破坏荷载越小。SFRC试件跟相同橡胶粒径的RC试件的破坏形态相比，裂缝长度更短，记录到的破坏荷载的值有所增大,从图3 (c)可以看出SFRC试件在受压过程中不宜发生混凝土的脱落，混凝土不会轻易被压碎。

2.2 橡胶粒径和掺量对混凝土抗压强度的影响

各试件的静载抗压强度可以通过公式f=Pmax/A，Pmax为试验时记录的破坏荷载，A为立方体试件受压的截面面积，计算结果精确至0.1 MPa。从下图4中可以看出，立方体抗压强度折线与纵坐标的交点对应的是基准混凝土的抗压强度，为49.7 MPa,随着橡胶粉的掺入，RC试件的抗压强度逐渐下降，橡胶粉掺量越大，RC试件的抗压强度越低，RC-15-5、RC-15-10、RC-15-15、RC-15-20的静载抗压强度依次为46.6 MPa、41.2 MPa、37.1 MPa、31.2 MPa，减小幅度较大。随着橡胶粒径的增大，RC试件的抗压强度是逐渐减小的，RC-2-5、RC-15-5、RC-80-5的静载抗压强度依次为47.5 MPa、46.6 MPa、45.7 MPa，减小幅度较小。掺入了钢纤维的SFRC试件，在一定程度上增强了RC试件的抗压强度，比如，RC-80-5、SFRC-80-5的静载抗压强度依次为45.7 MPa、46.8 MPa。NC代表基准混凝土；RC-80-5代表粒径为80目掺量为5%的橡胶混凝土；SFRC-80-5代表粒径为80目掺量为5%的橡胶混凝土中掺入体积率为0.5%钢纤维，以此类推。

图4 立方体抗压强度

橡胶混凝土抗压强度降低的机理主要表现在，首先水泥作为拌合物中的胶凝物质，它是属于典型的无机材料，而橡胶粉则为有机材料，两者的物理力学性质及化学性质存在较大的差异，相容性不好，导致RC试件的抗压强度降低；其次橡胶粉的存在增加了混凝土中的软弱点，使得RC试件在受压时有效承压面积减小，抗压强度降低；最后，因为橡胶颗粒的掺入，使得拌合物中存在一定含量的空气，拌合物在形成RC试件时孔隙率增大，成型的RC试件具有初始缺陷而抗压强度降低。钢纤维改性橡胶混凝土的静载抗压强度增加原因在于钢纤维类似钢筋混凝土中的钢筋，具有一定的拉结作用,本身的承载力也较高[6]。

2.3 橡胶粉掺量对混凝土抗压强度降低系数的影响

由图4可知橡胶粒径越大，橡胶混凝土的静载抗压强度越低，但是橡胶粒径对混凝土的影响较小，橡胶掺量是使混凝土静载抗压强度降低的主要原因。忽略橡胶粒径对橡胶混凝土抗压强度的影响，橡胶掺量对橡胶混凝土静载抗压强度降低系数根据数据处理绘制得到图5。

图5 强度降低系数与橡胶掺量的关系

对图中RC-80、RC-15、RC-2三条曲线可以用一次方程拟合出强度降低曲线与橡胶掺量之间的关系

SRF=-1.60+1.85R

式中，R代表橡胶粉/粒掺量(替代细骨料砂的体积率，%)。拟合公式中，相关系数为0.989 94，标准差为0.093 11。

3 结语

橡胶颗粒掺入混凝土使得混凝土的破坏特征由脆性破坏变为塑形破坏，钢纤维改性橡胶混凝土的破坏不会发生混凝土的压碎现象；橡胶粉的掺量是导致橡胶混凝土强度降低的主要原因，其强度降低系数与橡胶掺量之间的关系满足SRF=-1.60+1.85R；橡胶粒径越大，橡胶混凝土抗压强度越低，但是橡胶粉粒径对橡胶混凝土的静载抗压强度的影响较小；钢纤维以外掺方式掺入橡胶混凝土在一定程度上提高了橡胶混凝土的静载抗压强度。

[1]李伟，黄振，王晓初，等.乳胶改性混橡胶凝土基本力学性能研究[J].建筑科学，2015，31(3)：68-72.

[2]许翊，刘涛.橡胶粉掺量和粒径对混凝土物理力学性能的影响研究[J].公路工程，2015,40(1)：266-269.

[3]赵艳艳，贺东青，王一鸣.橡胶混凝土的基本力学性能[J].河南大学学报(自然科学版)，2015，45(1)：117-121.

[4]陈贵炫.橡胶混凝土的抗冲击性能研究[D].广州：广东工业大学(硕士学位论文)，2011.

[5]中国建筑科学研究院.普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T 50081-2002)[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[6]陈爱玖，岳媛媛，张舒昊，等.正交法分析钢纤维再生橡胶混凝土的抗压强度[J].混凝土，2014(4)：53-55.

Study on Compressive Strength Test and Failure Mechanism of Rubber Modified Concrete

QIN Jiajun1, CHEN Guixuan2, YANG Fulian1

(1.CollegeofArchitectureandCivilEngineering,WestAnhuiUniversity,Lu’an237012,China; 2.ZhuhaiHuafaIndustrialRealEstateDevelopmentCo.,LTD,Zhuhai300074,China)

1 set of concrete specimen, 12 sets of concrete specimens that the rubber content is 5%, 10%, 15% and 20% respectively and rubber particle size is 80 mesh, 15 orders, 2 mm respectively, and 4 sets of rubber concrete specimens that steel fiber content is at a rate of 0.5% volume were in static load compressive strength test by the YES-3000 digital display type pressure testing machine, the failure pattern were obtained and the static compressive strength test pieces were calculated. The test results show that: with the increase of rubber content, compressive strength test piece was decreased, the strength reduce factor increases in contrast, the relationship between strength reduce factor and rubber content is obtained by data processing.

rubber concrete; steel fiber; compressive strength

2016-02-18

六安市定向委托皖西学院市级研究项目(2014LWA005)；皖西学院校级自科重点项目(KJ103762015B12)。

秦佳俊(1986-)，女，安徽阜阳人，硕士，助教，研究方向：橡胶混凝土的物理力学特性及结构动力特性。

TU528.04

A

1009-9735(2016)05-0092-03