再生橡胶细骨料混凝土力学性能研究.docx

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1、再生橡胶细骨料混凝土力学性能研究陈浩（东华理工大学建筑工程学院，江西南昌330013）摘要：为了研究再生粗骨料和再生橡胶细骨料对混凝土的影响，本文通过改变再生粗骨料（50%、100%）、再生橡胶细骨料取代率（5%、10%、15%）,对再生混凝土的破坏形态、立方体抗压强度、棱柱体抗压强度以及劈裂抗拉强度进行实验对比分析，并结合试验数据分析,建立了再生混凝土立方体抗压强度与棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度的换算关系。试验结果表明：再生粗骨料和细骨料取代率对上述各性能指标均有一定影响，但程度不同。再生橡胶细骨料混凝土的各种强度较普通混凝土低,再生混凝土各种强度指标之间的换算关系与普通混凝土不同。关键词：

2、再生橡胶；再生粗骨料；混凝土；指标关系；强度Themechanicalpropertiesofrecycledrubberfineaggregateconcrete（CollegeofArchitectureEngineering,EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang330013,China）0前言随着社会的日新月异，汽车工业迅猛发展，世界废旧轮胎积存量己达3X109条,并以每年约1XIO9条令人惊诧的数字增长,大量废旧橡胶出现带来了严峻的环境问题。废旧轮胎的回收再利用成为各个国家急需解决的难题。大部分废旧橡胶只能成为工业垃圾,造成了黑色污染。如何处理

3、日益增加的废旧橡胶,已成为一个全球共同关注的焦点。传统处理方法只能填埋和焚烧，还是会造成环境的污染。认真妥善处理好废旧橡胶，对改善人民的生存环境具有极为深远的积极意义和现实意义久目前,作为废旧轮胎的回收再利用的有效途径之一就是将废旧的橡胶轮胎及其它橡胶制品破碎成具有一定形状和粒径的颗粒的再生橡胶微粒,将废橡胶（颗粒）掺入到普通混凝土中制成橡胶混凝土。在混凝土中掺加橡胶粉可以改善混凝土的延性，有利于结构抗藤，同时橡胶混凝土具有轻质、隔音及较好的耐久性，可以应用于房屋建筑。建筑工业的飞速发展，导致大量的废旧混凝土建筑物被拆除，大量的废弃混凝土随之产生。目前,我国每年因旧建筑物拆除而产生的废弃混凝土

4、约为1360万t,将这些废弃混凝土块经过加工、破碎、分级后，按一定的比例和级配混合形成再生骨料，取代部分或全部天然骨料（主要是粗骨料）配制而成的混凝土称为再生混凝土。再生混凝土技术可以实现废弃混凝土的有效回收利用，对于保护环境、节约资源、发展生态建筑具有重要意义，通常被认为是发展绿色生态混凝土的主要措施之一。但是与相对于外国，我国在再生混凝土的研究方面相对滞后,基本上尚处于试验研究阶段.本文在国内已有研究回川的基础上,进行了再生混凝土的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度以及劈裂抗拉强度试验,研究了各强度指标间的关系，并基于试验数据Pl归了各强度指标间的换算关系。X试验概况1.1 试验原材料本试验选

5、用海螺牌32.5R普通硅酸盐水泥，其28d抗压强度为45.6MPa,表观密度为3100kgm砂为天然黄砂，其细度模数2.71,天然粗骨料为连续级配的碎石，最大粒径不超过20mm；再生粗骨料由东华理工大学南昌校区西门经鄂式破碎机破碎而成，搅拌水为自来水。橡胶微粒选用鄂州市晨云化工有限公司生产的废旧轮胎橡胶微粒，粒度为20目。1.2 实验设计为了全面地研究橡胶细骨料取代率和再生粗骨料取代率对混凝土的影响，把普通混凝C30为基准参考混凝土,配合比严格采用普通混凝土配合比设计规程(JGJ552011)网所规定的方法，由于再生粗骨料吸水率较大,因此在配制再生混凝土之前对再生粗骨料进行了预湿。立方体和棱柱

6、体尺寸分别是150mm150mm150mm、150mm150mm300mm,具体C30混凝土的配合比见表1。表1C30混凝土配合比编号再生粗骨料取代率橡胶取代率水灰比配合比/(kg11)3)再生粗骨料橡胶粉碎石砂水泥水附加水RO0O0.38OO1231479500190R5O50O0.38615.5O615.547950019010R50-A55050.38615.524615.545550019010R50-A1050100.38615.548615.5431500190IOR50-A1550150.38615.572615.540750019010RlOO100O0.381231OO479

7、50019015R100-A510050.38123124O45550019015Rl(X)-AlI(X)1()0.38123148O43150019015RlOO-Al100150.38123172O40750019015试件编号说明：RO表示天然混凝土，作为基准混凝土用作对比：Rr-An中：r表示再生粗骨料取代率：A表示掺橡胶粒(本实验为20目)，n表示橡胶粒掺量，即掺料占胶凝材料的质量分数,例如：R50A5表示再生混凝土粗骨科的取代率为50%,掺料为20目橡胶粒，掺fit为5%“1.3 实验方法本试验采用强制式搅拌机进行搅拌，搅拌放料顺序:先放粗骨料和橡胶粉，再加水泥，最后是搅拌水。做到

8、橡胶均匀分布，浇筑后振动成型，24h后拆模并立即搬入标准养护室进行养护。28d混凝土的立方体抗压强度fcuk、棱柱体抗压强度fck和劈裂抗拉强度L按照普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T50081-2002)【测试，抗压强度试验加载速度为0.30.4Mpas,劈裂试验力口载速度0.030.04Mpas.2试验结果试验采用微机控制电液伺服刚性试验机，按照GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准内规定进行再生橡胶细骨料混凝土的基本力学性能试验，得到的试验结果如表2所示。表2橡胶粉改性再生混凝土的试验结果编号fcuk/MpaWMpaWMpaWfcukftk/fcukRO34.1

9、25.22.510.740.074R5027.922.11.830.790.066R50-A527.021.81.610.810.059R50-A1026.420.71.520.780.058R5O-A1523.819.31.480.810.062RlOO25.320.51.620.810.064R100-A524.620.11.510.810.061RlOO-AlO23.319.21.460.820.063R100-A1521.617.71.390.820.064注：表中fcuk、fck、fk分别为再生橡胶细件料混凝上的立方体抗压强度、棱柱体抗强度、劈裂抗技强度。表2表明：（1）再生橡胶混凝

10、土的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度和劈裂抗拉强度，在两个不同再生粗骨料取代率（50%、100%）下，随着橡胶取代率的增大基本上呈线性下降趋势。再生粗骨料取代率为50%时，当再生橡胶细骨料取代率为5%、10%、15%时，立方体抗压强度分别为27.0Mpa、26.4Mpa23.8Mpa,与普通再生混凝土试件R50（强度为27.9MPa）相比，强度分别下降0.9MPa、1.5MPa、4.1MPa；棱柱体抗压强度分别为21.8MPa、20.7MPa、19.3MPa,与普通再生混凝土试件R50（强度为22.1MPa）相比，强度分别下降0.3MPa、1.4MPa、2.8MPa;劈裂抗拉强度分别为l.6IM

11、pa、1.52MPa、1.48Mpa,与普通再生混凝土试件R50（强度为1.83Mpa）相比，强度分别下降0.22MPa、0.31MPa、1.31MPa;再生粗骨料取代率为100%时，立方体抗压强度分别为24.6MPa、23.3Mpa、21.6Mpa,与普通再生混凝土试件RIOo（强度为25.3Mpa）相比，强度分别下降0.7MPa、2MPa、3.7MPa;棱柱体抗压强度分别为20.1MPa、19.2Mpa.17.7Mpa,与普通再生混凝土试件RI（X）（强度为20.5MPa）相比，强度分别下降0.4MPa、1.3MPa、2.8MPa;劈裂抗拉强度分别为L51Mpa、L46Mpa、L39Mpa

12、,与普通再生混凝R100（强度为1.62MPa）相比,强度分别下降0.11MPa、0.16MPa、0.23MPao其主要原因是：（1）废旧轮胎粉碎加工制成的橡胶微粒是有机弹性材料,本身强度远低于砂,但变形性能优越,将其以细骨料的形式等体积取代砂掺入混凝土后,橡胶微粒在混凝土中并不能起到支撑作用,并且橡胶微粒的存在使水泥水化作用不能完全反应，在各骨料处于机械啮合作用中是严重的薄弱区域,导致混凝土强度降低。（2）橡胶微粒表面光滑，作为有机材料,其表面表现出憎水性，与无机材料水泥石间的粘结强度远小于砂与水泥石间的粘结强度,在部分砂由橡胶微粒取代后,引入了大量的不牢固粘结界面,导致混凝土强度降低。（3

13、）橡胶微粒掺入混凝土后,使混凝土内部结构中有大量气泡,使混凝土含气量增加,进一步导致混凝土强度的下降。随着橡胶微粒掺量的增加,上述三种作用逐渐增强,导致混凝土强度随橡胶微粒掺量的增加而显著降低。由实验数据和分析可得：橡胶细骨料取代率在10%以内的橡胶再生混凝土,较基准混凝土强度的降幅比较小，完全可以满足一般的工程应用要求。（2）在相同橡胶取代率（5%、10%、15%）下，再生粗骨料取代率为50%的橡胶再生混凝土的三个强度指标均高于取代率为100%的再生混凝土。随着再生粗骨料掺量的增加，再生橡胶细骨料混凝土试件的三个强度值都有一定程度的变化降低。再生粗骨料取代率为50%、100%时，立方体抗压强

14、度分别为天然混凝土Ro（强度为34.1MPa）的81.8%、74.2%；棱柱体抗压强度分别为天然混凝土RO（强度为25.2MPa）的87.7%、81.3%；劈裂抗拉强度分别为天然混凝土RO（强度为2.51MPa）的72.9%、64.5%。解释产生上述现象的原因：再生粗骨料强度较低；再生粗骨料内部出现了积累损伤（初始损伤和二次破碎损伤），出现微裂缝;再生混凝土中可能存在一些新水泥与再生粗集料粘结较薄弱的区域1；再生粗骨料孔隙率较高，在轴向应力作用时，容易出现应力集中现象，从而导致混凝土强度降低I。随着再生粗骨料掺量的增加,上述作用逐渐增强,导致混凝土强度随再生粗骨料掺量的增加而显著降低。由实验数

15、据和分析可得：再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土，较基准混凝土强度相差较大，不建议应用于实际工程中。3各种强度指标之间的换算关系3.1 立方体抗压强度与棱柱体抗压强度之间的关系对于普通混凝土,立方体抗压强度与棱柱体抗压强度之间的统计关系为I几=。69几从表2可看出，再生橡胶细骨料混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值f（fcuk均高于普通混凝土，故式（1）已不再适用于表达再生橡胶细骨料混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系。基于试验数据，可得到粗骨料取代率为50%、100%时，由线性回归可得出再生橡胶细骨料混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的强度关系分别为：fck=0.70239fcu

16、k+2.51790（2）相关系数为0.956,拟合程度为0.975,标准差为0.343。fck=0.7607Ifcuk+1.34641（3）相关系数为LOO5,拟合程度为0.996,标准差为0.128。3.2 立方体抗压强度与劈裂抗拉强度之间的关系表2中的劈裂抗拉强度的试验结果表明，与普通混凝土劈裂抗拉强度相比，再生橡胶细骨料混凝土的劈裂抗拉强度要低一些。因此，再生橡胶细骨料混凝土的劈裂抗拉强度计算公式不能用普通混凝土的来代替。因此，本文基于试验结果，当粗骨料取代率为50%、100%时，建议再生橡胶细骨料混凝土的劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系为：flk=0.07177fcuk-0.2757

17、6（4）ftk=0.05642fcuk+0.15785（5）4结论（1）橡胶细骨料取代率在10%以内的橡胶再生混凝土，较基准混凝土强度的降幅比较小，完全可以满足一般的工程应用要求。(2)与普通混凝土相比，再生混凝土和再生橡胶细骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度要低，再生混凝土和再生橡胶细骨料混凝土不能套用普通混凝土的强度计算公式。(3)再生橡胶细骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度随着废弃橡胶取代率的不断增加而不断降低。(4)再生混凝土和再生橡胶细骨料混凝土的棱柱体抗压强度与其立方体抗压强度的比值高于普通混凝土，它们的劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的比值低于

18、普通混凝土。(5)建议了再生橡胶细粗骨料混凝土的立方体抗压强度与轴心抗压强度、劈裂抗拉强度的关系式，可供工程应用参考。(6)从试验结果来看，废弃轮胎微粒取代砂作为混凝土细骨料可能是可行的，可以制备低强度的混凝土，再生橡胶细骨料混凝土配合比及耐久性能有待进步研究。参考文献：1 李如林.我国废旧轮胎回收利用行业的现状及发展对策J.中国资源综用，2003,3:3-6.2 何永峰，刘玉强.胶粉生产及其应用一废旧橡胶资源化新技术口1,中国石化出版社，2001.31曹庆鑫.我国再生橡胶行业概况.橡胶科技市场，2010年第02期4 彭光达.橡胶粉对水泥混凝土性能的影响研究D.河北工业大学硕士论文，2012.

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20、Ill肖建庄,李佳彬,孙振平.回弹法检测再生混凝土抗压强度研究J.四川建筑科学研究，2004,30(4):51-54.12JGJ55-20U,普通混凝土配合比设计规程.131GB/T50081-2002,普通混凝土力学性能试验方法标准S.14DHIRRK,LIMBACHIYAMC.SuitabilityOfrecycledaggregateforuseinBS5328designatedmixesJ.ProceedingsoftheInstitutionofCivilEngineers,1999,134(3):257-274.15龙秀海，吴炎海.废旧橡胶再生混凝土抗压性能试验研究.福建建筑，2011年第03期16王传志,滕智明.钢筋混凝土结构理论M.北京：中国建筑工业出版社，1985.