自密实橡胶再生混凝土抗水渗透性能试验研究

陈坚 刘杰 王殷朗 李作谦 蔡咏峻 林文皓

（1 清远市建设工程质量检测站有限公司；2 广东省建设工程质量安全检测总站有限公司；3 广州协安建设工程有限公司）

自密实混凝土（Self Compacting Concrete，简称SCC）作为一种高性能混凝土，它可以依靠自身重力作用将钢筋密集区域不适合常规振捣部分的混凝土填充密实。自20 世纪80 年代末由日本Okamura 教授在实验室发明后，其良好的密实性能被世界各国使用，特别在高层建筑、大跨度桥梁、隧道及地铁等工程当中应用较为广泛，更为重要的是，它能降低建设工程造价。另一方面，自改革开放以来，我国经济持续高速增长，推动了城镇化水平和橡胶制品行业的迅速发展，这也导致废弃物污染问题日益严重，成为亟待解决的难题和痛点。根据国家商务部发布的《中国再生资源回收行业发展报告（2020）》显示，截至2019 年年底，我国废旧轮胎产生量已超过3.5亿条，更有学者利用BP神经网络构建出建筑垃圾产量模型，预计在2023 年建筑垃圾的年产量将突破28 亿吨[1]。废弃混凝土和废旧轮胎作为混凝土骨料回收再利用，不仅可以节约资源、缓解土地需求压力，还能有效降低二氧化碳排放量，这对于我国实现“双碳”目标具有重要的战略意义[2]。

国内外研究学者纷纷开始对自密实再生混凝土（Self compacting recycled concrete）、自密实橡胶混凝土（Self compacting rubber concrete）各项性能展开相关研究。向星赟等[3]对不同取代率下的自密实再生混凝土进行基本力学试验，结果发现自密实再生混凝土强度及弹性模量随再生粗骨料掺量的增加而不断降低；姜健[4]采用水平正交设计法，分析聚丙烯纤维、水灰比及再生粗骨料对自密实再生混凝土抗渗性能的影响，得出再生粗骨料取代率对自密实再生混凝土抗渗性有着较大的影响，且再生骨料掺量越大混凝土抗渗性越差；牟新宇等[5]指出自密实再生混凝土强度主要由于再生粗骨料存在较多孔隙结构以及界面过渡区的弱化，导致再生混凝土超声波脉冲速度变慢，从而反映出再生混凝土的密实程度较差；Hilald等[6]对自密实橡胶混凝土抗压强度展开性能试验，由于橡胶颗粒憎水性，使得橡胶颗粒和混凝土间的粘结性能较弱，导致橡胶混凝土强度降低；傅强等[7,8]对自密实橡胶混凝土的强度及毛细吸水性进行研究，得出橡胶颗粒虽会降低混凝土试件强度，但在混凝土的韧性、变形能力得到提高，当橡胶掺量为60kg/m3，混凝土毛细吸水性降低了41.4%；YUNG[9]等将橡胶颗粒取代混凝土中的天然河砂，并对自密实橡胶混凝土表面电阻进行测试，研究发现橡胶的掺加，显著提高混凝土试件的表面电阻。

目前，自密实再生混凝土和自密实橡胶混凝土研究成果已较为成熟，但对自密实橡胶再生混凝土的力学性能及耐久性能的研究却少之又少。本文将自密实混凝土、再生粗骨料和橡胶颗粒三者有机结合，对自密实橡胶再生混凝土抗渗性能展开研究，为日后工程设计和应用提供相关的参考。

1 试验概况

1.1 试验材料

试验水泥选用江门路桥水泥有限公司生产P·O42.5R 普通硅酸盐水泥；粉煤灰选用巩义市铂润耐火有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰；粗骨料选用粒径大小为5～20mm 的天然碎石与再生碎石；细骨料选用细度模数为2.83的天然河砂；橡胶选用粒径为1～3mm橡胶颗粒；减水剂选用聚羧酸高效减水剂，减水率Q≥30%；水采用试验室用水。

表1 粉煤灰性能指标

表2 粉煤灰组成成分

1.2 混凝土配合比

自密实混凝土C40 基准组材料配比依据《自密实混凝土应用技术规程》[10]（JGJ/T 283-2012）计算得出。为分析再生碎石、橡胶颗粒在不同掺量组合对自密实混凝土抗水渗透性能的影响，分别将再生碎石等体积取代30%、50%、100%的天然碎石，橡胶颗粒则等体积取代5%、10%的天然河砂，并采用单一变量控制法，探究12 种不同混凝土材料配合比下混凝土抗水渗透性能。各试验组材料用量见表3。

表3 混凝土材料配比 （kg m3）

1.3 试验方法

抗水渗透性能试验方法参照规范《水工混凝土试验规程》（SL/T 352-2020）[11]混凝土相对渗透性试验方法进行。试件规格为上口直径175mm、下口直径185mm、高150mm 的圆台形体。试件密封好后，将其安装在水压设定在0.8MPa的自动抗渗仪上，并恒压24h。试验结束后沿试件两端劈开，等间距测量水痕界线的渗水深度，并计算出渗水平均深度和换算出相对渗透系数。

2 试验结果及讨论

2.1 抗水渗透性能试验

2.1.1 试验结果

混凝土平均渗水深度及相对渗透系数见图1 所示，基准组混凝土的渗水深度为3.4cm，随着再生碎石掺量增加，混凝土抗水渗透性能逐渐下降。在不添加橡胶情况下，再生碎石取代率为30%、50%、100%时，与基准组混凝土的渗水深度相比，分别提高了20.6%，58.8%，76.4%；当掺入橡胶后各试验组的渗水深度均出现降低，表明橡胶的掺入能提高混凝土抗水渗透性能；与SCC 相比，当再生碎石取代率为0%，橡胶掺量分别为5%、10%时，混凝土的渗水深度分别下降了17.6%和29.4%；当再生碎石取代率为30%，相应橡胶掺量下，相比SCRC-30%-0%试验组分别降低了14.6%、31.7%；再生碎石取代率为50%，相应橡胶掺量下，相比SCRC-50%-0%降低了16.7%、25.9%；再生碎石取代率为100%时，相比SCRC-100%-0%则降低了20%、28.3%，从图1（b）可看出，当再生碎石的掺量大于30%，混凝土的抗水渗透性能变化幅度较快。

图1 抗水渗透试验与再生碎石掺量关系图

2.1.2 机理分析

混凝土抗渗性能主要与混凝土密实程度及内部的孔隙结构有关，因再生碎石来源于旧混凝土，其质量受到原有混凝土强度、老化程度、破碎过程等因素的影响，这导致再生粗骨料的强度、密度、吸水率等性能指标波动较大，从而影响混凝土的整体性能；再生骨料表面存在一定的粗糙度和污垢，与水泥基体的界面粘结性能相对较差。在受力过程中，界面处容易产生剥离、滑动等现象，从而降低混凝土的强度和抗渗性能；另外再生碎石中的某些成分可能与水泥发生化学反应，影响水泥水化反应的速度和程度，这会导致混凝土强度发展缓慢，抗渗性能降低。

橡胶颗粒本身具有较好的憎水性能，可以有效减少混凝土外部的水分向内部扩散，因此，在混凝土中加入橡胶颗粒后，有助于降低混凝土的渗透性。另外，橡胶颗粒的加入可以改变混凝土的内部孔结构，增大混凝土内渗流阻，这样水分通过混凝土的通道减少，从而提高混凝土的抗渗性能。

3 结论

⑴随着再生碎石掺量的增加，混凝土抗渗性能不断降低，当再生骨料掺量为100%，降幅最大。

⑵橡胶颗粒因具有良好的憎水性及改善混凝土内部的毛细孔结构，增大混凝土内渗流阻，当橡胶颗粒的掺量越大，混凝土抗水渗透性能越好。

⑶根据抗水渗透性能试验，建议再生碎石掺量选用30%，橡胶颗粒掺量为10%时，混凝土的抗渗性能优于基准组，适宜在工程中应用。