橡胶掺量与粒径对混凝土抗渗性能的影响研究

2020-09-04白金婷薛忠泉

科学技术创新 2020年26期

白金婷薛忠泉

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳110122）

随着我国汽车工业的快速发展，废旧橡胶轮胎每年的产量超过3.5 亿条，2018 年我国废旧橡胶轮胎产量高居全球之首，达到近1500 万t，预计到2020 年，将达到2000 万t。大量废旧轮胎堆积如山，污染环境。因此对废旧橡胶轮胎的加工与再利用已经成为亟待解决的问题[1]。橡胶集料混凝土是一种新型混凝土，是在普通混凝土的基础上引入了橡胶颗粒，这不仅处理了废旧橡胶轮胎，而且改善了混凝土的诸多性能。但目前橡胶集料混凝土的应用并不多见，如若要大范围推广使用就必须全面了解其性能，因而有必要对其抗水渗透性进行研究与分析，这对橡胶集料混凝土耐久性能的评价也至关重要。

许金余等人采用3 种粒径4 种掺量的橡胶粉设计了12 组配比的混凝土进行抗渗性研究，结果表明，橡胶粉粒径为20 目和40 目，掺量为50L/m3和100L/m3之间可以提高混凝土的抗渗性能[2]。田艳凤等人采用等体积取代法，研究了胶粉掺量与粒径对混凝土抗渗性能的影响，结果表明，结合混凝土的抗渗性与强度，橡胶粉的掺量应该控制在100L 以内，粒径20 目和40 目最佳[3]。徐金花采用恒定压力对橡胶集料混凝土进行了抗渗试验，结果表明，影响橡胶集料混凝土抗渗性能最主要的因素是橡胶掺量[4]。

本文将采用正交设计法，对橡胶集料的掺量与粒径对混凝土抗渗性能与强度的影响进行试验研究，并对橡胶集料混凝土渗水高度与掺量、粒径的关系进行回归分析与方差分析。

1 试验设计

1.1 原材料

水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；

砂子：细度模数为2.7 的中砂，堆积密度为1530.5kg/m3，表观密度为2650kg/m3；

石子：石灰石，粒径为5-20mm，堆积密度为1580.5kg/m3，表观密度为2750kg/m3；

橡胶：表观密度为 1115.7kg/m3，粒径为小于2.5mm，1.25mm-2.5mm，2.5mm-5mm，细度模数分别为2.5、3.7 和4.7 共三种，具体见图1；

粉煤灰：表观密度为2221.5kg/m3的F 类Ⅰ级灰；

矿粉：表观密度为2890.5kg/m3的S95 级磨细矿渣；

减水剂：高效奈系减水剂。

1.2 试验方法

按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的规定，采用抗水渗透性试验方法，测定恒定水压力下的平均渗水高度，试验仪器见图2。

1.3 试验配合比

本试验是在普通C60 混凝土中，分别加入不同掺量与细度模数的橡胶颗粒，28d 后测定抗压强度与平均渗水高度，具体配合比及试验结果详见表1。

图1 橡胶颗粒

2 试验结果与分析

从表中的数据可以看出，细度模数对橡胶集料混凝土渗透性能影响明显，当掺入细度模数为4.7 的橡胶颗粒时，无论橡胶掺量为多少，其抗水渗透性能较掺入其他两种细度模数的混凝土的渗透性能要好。掺入细度模数为3.7 的混凝土其抗渗性能较掺入细度模数为2.5 的混凝土抗渗性能要好。由此可以看出，橡胶粒径大对抗渗性能有明显的提高作用。这主要是由于橡胶颗粒本身是不吸水的高分子材料，有效的延长和切断了混凝土中的渗水通道，使毛细孔变得更加曲折和分散，增加了渗透难度，提高了抗渗性能。而胶粉的作用相对弱一些。

表1 不同橡胶掺量与细度模数的橡胶集料混凝土配合比及试验结果

从表中数据还可以看出，对于细度模数相同的混凝土，随橡胶集料掺量的增加其抗渗性能呈现上升趋势。这主要是由于橡胶的掺入增加了混凝土中气泡的含量，并且橡胶本身不吸水，使混凝土中的毛细孔道有效延长，增加了渗水难度，因而表现出抗渗性较好。对于细度模数为2.5 的混凝土抗渗性能较其他两种情况差，主要是由于相同掺量条件下，细度模数小的颗粒更多一些，混凝土中的薄弱部位就更多一些，因而抗渗性能下降。

由于橡胶集料掺量与细度模数对抗渗性能影响明显，故对其进行了二元线性回归分析，得到回归方程：Y=53.76-0.087a-7.22b（其中Y 为渗水高度，a 为橡胶掺量，b 为细度模数）。通过相关性检验与方差分析可知：渗水高度与橡胶掺量和细度模数之间是线性相关的，而且该方程特别显著。

图2 HS-4 型混凝土渗透仪

图3 橡胶掺量为50kg/m3

橡胶掺量对混凝土强度影响结果如图3-5 所示。从图中可以看出，在同掺量条件下，混凝土强度与渗透高度基本呈对应关系（S-6 组除外），即强度越高抗渗性越好。对于掺同一粒径的混凝土，其掺量越高抗渗性越好，即随着橡胶掺量的增加，混凝土抗压强度下降，但抗渗性却显著提高。以上结果表明对于橡胶集料混凝土其强度并不能决定其抗渗性能。这与普通混凝土是有区别的，对于普通混凝土来说，强度高通常其抗渗性能好，但对于橡胶集料混凝土由于掺入橡胶颗粒，改变混凝土孔隙结构，使混凝土抗渗性能受到影响。因此橡胶集料混凝土其抗渗性与强度并不是单一对应关系，其抗渗性是由孔隙结构、强度、水灰比、掺量等多种因素决定的。