再生轮胎橡胶混凝土及其徐变性能研究

刘松岸 刘亚飞

摘 要：文章主要通过实验研究的方法，对再生轮胎橡胶混凝土的压缩强度、弯曲强度、轴心压缩强度、弹性模量及其徐变性能进行分析。实验结果表明，当橡胶颗粒掺量和再生粗骨料不断增加时，混凝土的压缩强度、弯曲强度、轴心压缩强度和弹性模量均处于不断下降趋势，徐变表现为增加趋势;当橡胶颗粒掺量大于10%之后，前四项力学性能下降速率加快;当橡胶掺量和环境相对湿度降低时，混凝土的徐变速率不断增加。

关键词：再生轮胎橡胶混凝土;力学性能;徐变性能

中图分类号：TQ335 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）07-0017-04

Research on Recycled Tire Rubber Concrete and Its Creep Performance

Liu Songan， Liu Yafei

（The Engineering&Technical College of Chengdu University of Technology， Leshan 614000， China）

Abstract：This paper mainly analyzes the compressive strength， flexural strength， axial compressive strength， elastic modulus and creep properties of recycled tire rubber concrete through experimental research methods. The experimental results show that when the content of rubber particles and recycled coarse aggregates continue to increase， the compressive strength， flexural strength， axial compressive strength and elastic modulus of concrete are all in a downward trend， and creep shows an increasing trend; when the amount of rubber particles is greater than 10%， the first four mechanical properties decrease at a faster rate; when the amount of rubber and the relative humidity of the environment decrease， the creep rate of concrete increases continuously.

Key words：recycled tire rubber concrete; mechanical properties; creep properties

混凝土作為建筑工程中的主要材料，发挥极为重要的作用，并且随着社会发展其使用量不断增加[1]。加工混凝土需要大量的沙石粗料，往往会以破坏生态环境大量开采这些原材料，如今提倡节能环保、可持续发展，必须减少这些不可再生能源的使用[2-3]。为了解决这个问题，使用绿色环保可再生的替代材料用于混凝土制作中，能够在一定程度降低沙石的使用量[4-5]。于是发现再生轮胎橡胶能够作为细骨料替代沙石，但是在使用该材料的同时，不能降低混凝土的使用性能[6-8]。于是文章对再生轮胎橡胶混凝土及其徐变性能进行研究，从而更加深入了解再生轮胎橡胶混凝土的性能。

1 实验过程

1.1 实验材料

实验需要的主要材料有：水泥、水、C30混凝土、天然石子、粗骨料、细骨料等，其中细骨料主要包含天然河沙和橡胶颗粒，橡胶颗粒主要使用的回收废旧轮胎进行加工，使之成为颗粒状态。

1.2 再生轮胎橡胶混凝土配合比

再生轮胎橡胶混凝土配合比如表1所示。

1.3 试样制作过程

试样制作前的准备工作：按照表1中混凝土的配比准好相关材料，由于在制作过程中会存在材料损耗，于是在称取过程中将富余系数设置为1.2。将试样制作过程中需要使用的搅拌机和试模等进行清理干净，并在试模上涂抹润滑油，然后将相关工具进行预湿处理，并将现场积水清理干净。

试样制作时的搅拌过程：在搅拌机中放入配置好的水泥浆，对其进行充分挂浆处理，然后将剩余的浆倒出;在搅拌机中加入粗骨料和附加水后开启搅拌机15s，然后静置10min;在搅拌机中加入石子、沙子、橡胶颗粒进行搅拌20s，然后再加入水泥、水进行混合搅拌2min即可。

混凝土成型处理：将搅拌好的混凝土装模，然后对其进行振捣处理，保持水泥砂浆形成平整的表面;对试样进行标注，然后当混凝土快要达到初凝时对其进行抹面处理，并用塑料薄膜覆盖，成型之后将试样进行养护。

1.4 再生轮胎橡胶混凝土性能测试方法

1.4.1 压缩强度实验方法

使用万能试验机对试样进行压缩强度测试。将试样的尺寸设置为长度为100mm的正立方体，为了保证实验的准确度，将每组实验设置3个试样，然后取平均值作为最终的压缩强度。将万能试验机的加载速度控制在0.3～0.5MPa/s，对试样进行均匀连续的施压，当发现再生轮胎橡胶混凝土表面有细微裂纹后立即停止送油，使用当前的压力作用于试样上，直至试样破碎为止，然后打开回油阀，记录荷载数据。最后按照下面公式即可获得试样的压缩强度。

1.4.2 弯曲强度实验方法

使用SANS万能试验机进行弯曲强度测试。将试件的尺寸设置为100mm×100mm×400mm。将万能试验机的加载速度设置为0.08MPa/s，在加载过程中，如果发现试件出现细微裂纹，立即关闭送油阀，直至试样破碎为止，然后记录荷载数据。最后按照以下公式计算出混凝土的弯曲强度。

1.4.3 轴心压缩强度和弹性模量实验方法

将试件放入到如图1所示的仪器中，进行均匀稳定的加荷速度，当试件出现轻微破坏之后，关闭送油阀，使用当前压力直至试件破坏为止，然后记录此时的荷载。试件的轴心压缩强度即可按照压缩强度实验方法中的公式计算。

试件弹性模量实验的方式：计算弹性模量，需要测量试件的变形，于是需要在仪器中安装变形测量仪，并且固定好千分表;将试件固定在仪器上之后，打开送油阀，设备的加压速度均匀增加到0.5MPa/s之后，将此时的荷载作为基准力F0，然后关闭送油阀，保持此时的压力作用于试件1min，然后读取此时千分表的读数ε0;然后再对试件进行加压，直至轴心压缩强度的     为止，并记录此时的荷载Fa;最后保持此压力作用于试件1min之后，读取千分表读数ε0。记录好相关数据之后，即可按照下述公式计算出试件的弹性模量Ec。

1.4.4 再生轮胎橡胶混凝土的徐变性能实验方法

再生轮胎橡胶混凝土都到荷载作用之后，会出现不同程度的变形，这种现象就称之为徐变。如果混凝土的徐变性能比较差，就会影响到建筑结构的稳定性，所以有必要对再生轮胎橡胶混凝土的徐变性能进行分析。

（1）徐变计算模型。对于混凝土的徐变性能研究，已经积累了比较多的经验和理论，在其计算模型上已经有了突出成果，形成了几种不同的徐变计算模型，我国研究院朱伯芳提出了一种幂指数函数式，由于其模型相对来讲比较简单，而且该公式适用于LC30以下的轻骨料混凝土和强度等级C40以下的普通混凝土，正好可以满足与本文的研究的要求，于是本文将选择该徐变计算模型进行混凝土徐变性能研究。朱伯芳提出的幂指数函数式如下所示[9]：

其中，t表示的为观测时间，τ表示的是加荷龄期，其余参数均表示的常数。

（2）实验方法。进行徐变性能测试时，选择长度为150mm的正立方体，并且选择表1混凝土配比中编号为1、2、3、5的试样作为研究对象。分析再生细骨料对混凝土徐变性能的影响。徐变实验参照标准实验方法进行[10]。在实验之前首选需要对应变仪和传感器进行标定，图2为徐变加载和测量装置。

2 实验结果

2.1 混凝土压缩强度

混凝土的压缩强度结果如图3所示。从图中可以看出，当轮胎橡胶颗粒不断增加时，再生轮胎橡胶混凝土的压缩强度不断降低;增加再生粗骨料的含量，就会降低混凝土的压缩强度，所以普通混凝土的压缩强度最大。另外，单独对再生轮胎橡胶普通混凝土进行分析，从图中的斜率可以看出，當橡胶颗粒掺量大于15%时，混凝土的压缩强度下降趋势变得更加明显、更快。从图中还可以看出，加入再生粗骨料之后，随着橡胶颗粒掺量的不断增加，混凝土的压缩强度降低趋势明显比没有加入粗骨料的橡胶混凝土低;对于40%再生粗骨料橡胶混凝土，当橡胶颗粒掺量大于10%之后，混凝土的压缩强度具有更加明显的降低趋势，而对于70%再生粗骨料橡胶混凝土，当橡胶颗粒掺量大于5%之后，混凝土的压缩强度具有更加明显的降低趋势。于是在实际的应用过程中，再生粗骨料替代率为0%、40%、70%时，再生轮胎橡胶混凝土为了得到更好的压缩强度，应该将其橡胶掺量分别设置为小于15%、10%、5%。

2.2 混凝土弯曲强度

再生轮胎橡胶混凝土的弯曲强度实验结果如图4所示。从图中可以看出，当橡胶颗粒掺量不断增加时，混凝土的弯曲强度随之不断降低;且再生粗骨料替代率越来越大时，混凝土的弯曲强度也不断降低。然后再分析图中的降幅幅度可知，普通橡胶混凝土随着橡胶颗粒掺量的增加，其弯曲强度下降速度比另外两种混凝土的快;对于40%再生粗骨料橡胶再生混凝土，其弯曲强度基本上呈现线性变化的趋势。

2.3 轴心压缩强度和弹性模量

再生轮胎橡胶混凝土的轴心压缩强度和弹性模量结果如图5和图6所示。从图中可以看出，当增加橡胶颗粒掺量时，混凝土的轴心压缩强度和弹性模量都处于不断降低的趋势;而且增加再生粗骨料的含量，同样会降低混凝土轴心压缩强度和弹性模量。另外，对轴心压缩强度和弹性模量的下降程度进行分析，普通橡胶混凝土和40%再生粗骨料橡胶混凝土的弹性模量比较接近，当继续增加粗骨料之后就会使得弹性模量降低幅度变得更加明显。

通过上述对3种不同粗骨料含量的再生轮胎橡胶混凝土进行分析，得到其压缩强度、弯曲强度、轴心压缩强度和弹性模量的变化结果。结果表明，当橡胶颗粒掺量和再生粗骨料不断增加时，所研究的4个力学性能指标均随之不断降低，并且从总体上可知，当橡胶掺量大于10%之后，再生轮胎橡胶混凝土的各个力学性能指标下降的程度更加明显。所以在实际的配比过程中，再生轮胎橡胶混凝土中的橡胶掺量不能大于10%。

2.4 徐变性能

本文主要研究再生细骨料对混凝土徐变性能的影响，橡胶颗粒掺量分别为0%、5%、10%、20%，徐变结果如图7所示。

从图7中可以看出，再生轮胎橡胶混凝土在早期时，其徐变变化比较大，随着持荷时间的增加，徐变处于不断增加趋势，而在后期时，随着持荷时间的增加，混凝土的徐变虽然也处于增长状态，但是其增长速率比较慢，曲线趋于收敛。刚开始时的0～90d之间，此时的混凝土的环境相对湿度比较大，当增加橡胶颗粒参数之后，混凝土孔隙率增加，就会增加微裂缝含量，于是就会增加混凝土的徐变性能。90～120d之间，此时环境相对湿度降低，当橡胶颗粒不断增加之后，混凝土徐变速率有所降低，所以此环境下不添加橡胶颗粒的混凝土徐变最大。出现此现象主要原因在于相对湿度降低，会产生附加干燥徐变，混凝土中的需水量会越来越多，附加干燥徐变就会越来越少，于是就会降低徐变速率。持荷时间大于120d之后，此时的环境相对湿度比较趋于稳定，基本上没有湿度交换，于是此时的徐变就不会产生干燥徐变，或者是干燥徐变比较少，所以最后的徐变速率变化非常小，基本上保持在相对稳定的状态。

3 结语

通过对再生轮胎橡胶混凝土的性能研究可知，使用废旧轮胎替代混凝土中的原材料，虽然增加橡胶颗粒掺量，再生混凝土的综合力学性能会随之不断降低。但只需要保证轮胎橡胶加入的量合理，并不会对混凝土的综合性能造成严重影响，而且还可以节约不可再生资源，有利于生态环境的保护。

参考文献

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