胶粒混凝土抗压力学性能的研究

范灵芝

（杨凌职业技术学院水利工程分院 陕西杨凌 712100）

引言

橡胶具有重量轻、韧性高、能量吸收多、隔声隔热、减震等优异性能，所以利用橡胶的这些重要特性指标向混凝土中掺入橡胶，最终使得掺废旧橡胶颗粒水泥混凝土不仅具有了重量轻、韧性高、隔声、隔热、减震等优异性能，而且更有效地对废弃橡胶进行了再利用等优点。废旧橡胶作为一种工业废弃物，其数量在废旧高分子材料中仅次于废旧塑料居第二位，不仅污染环境，而且占用土地。作为新的固体污染源，废旧橡胶具有很强的抗热性、抗机械性，若深埋处理，上百年不会分解腐烂；若露天存放，不仅占用土地，而且极易滋生蚊虫、引发传染疾病、造成火灾。

将废旧轮胎加工成粒径小于5mm的颗粒，橡胶颗粒替代等体积的砂子配制成胶粒混凝土。本文将对胶粒混凝土的抗压这一力学性能进行试验，并初步探讨其影响机理。

1 试验

1.1 试验参数的确定

为了探索影响胶粒混凝土抗压强度的主要因素，采用正交方案设计实验。胶粒混凝土的水灰比、胶粒掺量、胶粒粒径将对其力学性能产生较大影响[3]，选为本次正交实验需要考察的三个因素，三个因素都取三个水平，胶粒的掺入选用等体积代砂法。

1.2 试验设计

本次试验采用三因素三水平的正交设计安排试验，选取水灰比、胶粒掺量、胶粒粒径3个因素。根据三因素三水平正交组合设计安排9组试验点用于测定胶粒混凝土的抗压强度，每组3个试件，总共27个试件。试验因素水平见表1。

表1 胶粒混凝土相对渗透性系数试验的因素水平

1.3 原材料

水泥：选用冀东水泥厂生产的盾石42.5R型硅酸盐水泥，试验结果可知水泥的各种性能均满足国家标准规定的指标。

粗骨料：粗骨料为渭河卵石，粒径为5～31.5mm，堆积密度为1550kg/m3，表观密度为2650kg/m3。试验结果表明：该石子为连续级配。

细骨料：细骨料为渭河河砂，表观密度为2.7g/cm3，堆积密度为1556kg/m3，含泥质量分数为0.78%。砂的细度模数为2.43，属中砂，及配合格。

胶粒：西安市胶粒生产有限公司生产。粒径在0.6～4.75mm之间，表观密度约为1050kg/m3。

水：满足规范的试验室自来水。

1.4 试验方法

在拌合混凝凝土之前，先将胶粒原材料用筛子筛分为三种粒径水平，分别为 0.6～1.18mm，1.18～2.36mm，2.36～4.75mm。然后按设计好的配比称取水泥、石子、砂、胶粒和水，进行搅拌（注意每组称取的粒径大小）。坍落度满足要求后装模，放在振捣台上震动30s后成型，24h后拆模，用钢丝刷刷去两端面的水泥浆膜，然后送入养护室进行标准养护，表2为搅拌成型过程中，得到的混凝土参数。

实验前将试件擦拭干净，检查外观看是否有缺陷，测量试件断面尺寸，并在试件侧面划出加荷点的位置；将试件在试验机的支座上放稳对中，承压面应选择试件成型时的侧面。调整支座和加压头位置，其间距尺寸偏差应不大于1mm。开动试验机，当加荷的压头与试件快接近时，调整压头及支座，使接触均衡。如加压头及支座不能接触均衡，则接触不良处应予以垫平；开动试验机，进行两次预弯，预弯荷载均相当于破坏荷载的15～20%。预弯完毕后重新调整应变仪，使应变值指示为零，然后进行正式测试。以250N/s的速度连续而均匀地加荷（不得冲击）。每加荷500N或1000N测读并记录应变值，当时间接近破坏时应停止调整试验机油门直至破坏，记录破坏荷载。

试验按照《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）中有关测定混凝土力学性能试验的规定进行。

表2 各编号混凝土基本参数

2 试验结果及分析

2.1 直观分析

考虑误差的影响，设立一组空白列。最右一列为抗压强度，表中Ki为某个因素第i个水平的所有抗压强度之和，i为影响因素的水平数。表示其水平数的均值。R为任一列的最大值与最小值之差，R值越大，则该因素在试验范围内对抗压强度的影响越大。由表3可知，R2＞R1＞R3，即胶粒掺量对胶粒混凝土抗压强度的影响最大，水灰比次之，胶粒粒径最小。

从图1中可以看出，因素B（胶粒掺量）的趋势图中曲线波动最大，从水平B1（胶粒掺量0.00%）到B3（胶粒掺量30.00%），Re值降低了51.50%，所以它是主要因素；其次是因素A，从水平A（1水灰比为0.4）到A（3水灰比为0.6），Re值降低了31.17%；第三因素是C，从水平C（2胶粒粒径级配为（1.18～2.36）mm）到C（3胶粒粒径级配为（2.36～4.75）mm），Re值最终降低了仅仅7.43%。

2.2 方差分析

方差分析见表4。

方差分析表明：胶粒掺量为胶粒混凝土的显著因素，水灰比对试验结果有一定的影响，粒径对试验结果的影响不显著。

综合方差分析与极差分析的结果，最后确定的出最佳试验条件。本次试验由目测得出结论为比较好的实验条件为A1、B1、C1，在计算Re得出比较好的试验条件为A1B1C2。两次试验确定因素A、B水平都为A1、B1，也正有主因素B（胶粒的含量）随着胶粒含量的增加，考核指标（试验抗压强度）在逐渐减小，故取B1也符合主因素的要求取值，当主因素B取B1（胶粒掺量为0.00%）时与因素C（胶粒粒径）无关，即可得出最优试验条件为：

表3 L9（34）正交试验结及极差分析

图1 因素趋势图

表4 方差分析表

A1B1C1

即A1——水灰比为0.4；

B1——胶粒掺量0%；

C1——粒径为0.6～1.18mm。

3 结论

（1）橡胶颗粒掺入降低了橡胶颗粒混凝土的抗压强度低于基准试件相应的抗压强，通过试验结果可以发现橡胶颗粒掺量变化对强度降低的影响程度大于橡胶颗粒粒径变化产生的影响；

（2）同一种粒径下，橡胶颗粒混凝土28d龄期抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加均表现出降低的趋势；

（3）在橡胶颗粒掺量相同情况下，橡胶颗粒混凝土28d龄期抗压强度随橡胶颗粒粒径的减小而降低。

[1]孙家瑛，等.橡胶混凝土研制及物理力学性能研究[J].混凝土，2001，11（10）：30～32.

[2]陈振富，等.橡胶混凝土小变形阻尼研究[J].噪声与振动控制，2004，6（3）：32～34.

[3]熊 杰，等.废橡胶混凝土抗压强度试验研究[J].混凝土，2004（12）：40～42.