橡胶集料混凝土耐久性研究现状综述

2018-03-22徐琪徐金花高思赵雪涛

重庆建筑 2018年1期

徐琪，徐金花，高思，赵雪涛

（沈阳工业大学建筑与土木工程学院，辽宁沈阳 110178）

引言

随着我国工业的快速发展，高分子工业垃圾越来越多，其中废旧橡胶材料数量高居世界第二位。橡胶集料混凝土是由废旧汽车轮胎橡胶微粒掺入普通混凝土中配置而成的，具有很好的抗裂性能，以及大变形、和能量耗散多等诸多优点。橡胶集料混凝土的广泛应用，不仅解决了废弃垃圾处理问题，使资源得以再利用，而且作为绿色建材，实现了建筑环保。在保证其具有良好的力学性能的前提下，研究橡胶集料混凝土的抗渗性、抗冻性、抗腐蚀性等混凝土的耐久性很有必要[1-4]。

1 抗渗性

混凝土的渗透性是影响混凝土耐久性的最主要因素之一。抗渗性能的高低不仅表征了混凝土耐水流穿过的能力，而且对混凝土的抗碳化、抗冻、抗氯离子穿透的能力也有重要的影响[4]。胡鹏[5]的试验研究表明：掺入橡胶微粒可以改善混凝土的渗透性，其中，当掺量为5%时抗渗效果最好。混凝土的抗渗性是由水压力、毛细孔压力和毛细孔阻力综合影响的，而橡胶的掺入使混凝土的微观孔结构发生改变，增大了混凝土的毛细孔率，减少了混凝土平均毛细孔半径，降低了毛细孔的抽吸作用，从而降低了混凝土的渗透性。路沙沙[6]等人试验研究表明：掺量相同时，粒径越大抗渗性越好；粒径相同时，掺量越大抗渗性越好。橡胶是憎水材料，粗糙的废旧橡胶粉引气能力更强，且切断了毛细孔，延长了渗水通道，从而大大减弱了毛细现象，增强了抗渗透性。但粒径越小，上述现象越不明显，抗渗性能也越弱。刘春生，朱涵[7]基于Darcy定律和Young-Laplace方程，研究了橡胶集料对混凝土渗透性的影响。研究表明橡胶有明显的疏水性，与普通混凝土相比，掺入的橡胶使混凝土毛细孔压力降低了38.1%～80.2%，明显提高了混凝土抗渗性。

2 抗冻性

我国大部分寒冷地区，使用除冰盐对路面进行除雪，这样往往会导致路面的剥蚀和开裂，使水泥混凝土路面达不到设计的使用年限[8]。很多研究表明，作为新型绿色建材的橡胶集料混凝土能提高抗冻性。Savas等[9]试验研究表明：经过300次快速冻融循环后，橡胶颗粒含量为水泥质量的10%～15%的混凝土的耐久系数比普通混凝土高60%，当掺入的橡胶颗粒含量达到水泥质量的20%～30%时，橡胶集料混凝土的耐久系数不满足ASTM标准，并且冻融循环质量损失率随着冻融次数增加而增加。徐金花等人[10]试验研究表明，橡胶粉的掺入能明显改善混凝土的抗盐冻性能，尤其是掺量为5%～10%时效果较好，少量橡胶粉的掺入在盐冻初期抗冻效果明显，能显著提高混凝土的抗冻性，但后期大量橡胶粉掺入会降低混凝土的抗冻性，混凝土的强度和抗腐蚀性也会降低。为了橡胶集料混凝土具有很好的强度和抗冻性，建议橡胶掺量不宜超过15%。周梅教授等[11]采用二因素、四水平的正交试验，试验研究表明混凝土的抗盐冻性能和橡胶细集料的粗细程度有关，掺入的橡胶细集料越细，抗盐冻效果更好。当橡胶颗粒取代细集料的取代率40%时，混凝土抗盐冻性能较好，但取代率超过40%时，混凝土的动弹性模量会降低，抗盐冻性下降。祝发珠[12]认为橡胶集料混凝土的抗冻性主要和含气量有关，研究表明橡胶掺量12%左右时，混凝土的抗盐冻效果明显，当超过12%后，虽然混凝土的含气量随着掺入的橡胶增加而增加，但是过量的掺入会降低混凝土的强度，增加含水量，最终致使混凝土的抗冻性能降低。由于试验的方法、材料、仪器等不同，试验结果往往会有所差别，但是通过比较，也不难发现橡胶的掺量能改善混凝土的抗冻性，但是过多的橡胶掺入会降低混凝土的抗冻性能。

3 抗化学腐蚀性

被广泛应用于恶劣环境的混凝土，在使用过程中，人们发现处于含盐环境中的混凝土结构总是更容易受到破坏，其耐久性较于普通的混凝土要低，人们逐渐开始研究盐离子对混凝土耐久性的影响，发现掺入橡胶的混凝土比普通混凝抗腐蚀性效果好。[13]欧兴进[14]采用ASTM C1202直流电量法对橡胶集料混凝土的氯离子性能进行比较系统的试验，研究表明，橡胶集料的掺入能在一定程度上降低混凝土的氯离子渗透性，橡胶集料混凝土的抗氯离子侵蚀性能比普通混凝土好，且1～2mm橡胶颗粒的改善效果优于4～6mm橡胶块。而王宝民[15]等人试验研究表明，水灰比是影响橡胶集料混凝土抵抗氯离子侵蚀主要因素，氯离子扩散系数随着水灰比的增大而增大，第二影响因素是橡胶掺量，橡胶集料混凝土抗氯离子侵蚀性能在橡胶掺量10kg/m3时效果显著，随着橡胶掺量的增加，混凝土的渗透性会增加，抗氯离子侵蚀性降低，当橡胶粒径在80到120目的范围内，氯离子扩散系数因为粒径相差不大影响较小，粒径大的橡胶混凝土抗氯离子侵蚀性略高于粒径小的橡胶混凝土。