废轮胎橡胶粒再生混凝土的基本力学性能

陈建壮，耿　欧,张如君

(1.新疆交通建设管理局，新疆 乌鲁木齐　830049；2.中国矿业大学 力学与建筑工程学院，江苏 徐州　221116)



废轮胎橡胶粒再生混凝土的基本力学性能

陈建壮1，耿欧2,张如君2

(1.新疆交通建设管理局，新疆 乌鲁木齐830049；2.中国矿业大学 力学与建筑工程学院，江苏 徐州221116)

摘要：为研究废弃汽车轮胎橡胶粒掺量对再生混凝土力学性能的影响，针对水灰比为0.48 再生混凝土，进行了不同再生粗骨料取代率、不同橡胶粒掺量下混凝土密度及立方体抗压强度试验.结果表明:废轮胎橡胶粒再生混凝土的密度和抗压强度随着橡胶粒掺量的增加而减小，橡胶粒100%取代细骨料时，再生混凝土密度降低幅度约为18%～20%，而其抗压强度仅为不掺橡胶粒再生混凝土强度的15%左右；随着再生粗骨料取代率的增加，废轮胎橡胶粒再生混凝土的密度和抗压强度也随之而减小，但降低幅度不大; 再生粗骨料的掺量小于30%时，再生混凝土的性能和普通混凝土接近，可以满足混凝土强度的设计要求.

关键词：废轮胎橡胶粒; 再生混凝土; 密度; 抗压强度

随着我国基本建设规模的不断扩大，天然砂石的过量开采对环境所产生的不利影响越来越严重，建筑业的可持续发展与骨料短缺的矛盾亦日益突出.再生混凝土是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生骨料部分或全部代替天然骨料配制出的新混凝土[1].一方面，再生混凝土的研究和利用对于节约资源、保护生态环境、发展生态建筑、走可持续发展道路具有重要意义[2-5]；另一方面，汽车行业的飞速发展也导致了大量废旧轮胎的产生(目前我国年产生废轮胎数量已达2.33亿条)[6]，如果将废弃轮胎直接堆放填埋，不仅占用土地污染环境，还存在火灾隐患.而将废轮胎经机械方法粉碎或研磨成橡胶粒或橡胶粉后掺入混凝土中制备的橡胶混凝土，具有较好的抗裂性能、抗疲劳和减震作用[7-8].因此，如果将废弃轮胎生产的橡胶粒掺入再生混凝土中制备橡胶再生混凝土，则既能消耗大量废弃混凝土和废轮胎，还能改善再生混凝土的延性、抗裂、抗渗、抗冻、减震等性能，可实现两者资源化有效利用[9-10].本文通过试验，研究废轮胎橡胶粒掺量、再生粗骨料的掺量对废轮胎橡胶再生混凝土的基本力学性能影响规律，以期为废轮胎橡胶再生混凝土的推广应用提供科学依据.

1试验材料

1)废轮胎橡胶粒.废轮胎橡胶粒主要是提取汽车轮胎内部钢丝纤维的衍生品.它是利用回收的废旧汽车轮胎，经过粉碎、筛分等工序制成的，其表观密度为1120 kg/m3，颗粒大小为24目(0.71 mm)，如图1所示.

2)再生粗骨料.试验中的再生粗骨料采用试验室所废弃的混凝土，先经过人工的夯锤，破碎成粒径适中的混凝土小块，再经过颚式破碎机破碎，将破碎得到的骨料进行筛分，选取粒径为5～20 mm的作为再生粗骨料，如图2所示.

3)试验用其它材料.水泥，选用徐州淮海中联水泥厂生产的“中联”牌普通硅酸盐42.5级水泥；细骨料为天然中砂，表观密度为2.58 g/cm3，级配良好；天然粗骨料粒径为5～20 mm，连续级配碎石；水，采用普通自来水.

图1　废轮胎橡胶粉　　　　　　　　　　　　　　图2　再生粗骨料

2试验方案

2.1混凝土配合比

基准混凝土配合比为m水泥∶m砂∶m碎石∶m水=1∶0.48∶1.43∶2.54.为了研究废轮胎橡胶粒及再生粗骨料掺量对混凝土物理性能及力学性能的影响规律，试验中采用的废轮胎橡胶粒等体积取代天然砂，取代率分别为0、30%、40%、50%、60%；采用再生粗骨料等质量取代天然石子，取代率分别为0、30%、70%、100%.计算试验用水量时应考虑再生粗骨料的吸水率.1 m3混凝土具体配合比见表1.

表1混凝土配合比

编号粗骨料掺量/%橡胶粒掺量/%水泥/kg砂/kg石子/kg再生骨料/kg橡胶粉/kgNC00448643114400RRC030304484501144084RRC0404044838611440112RRC0505044832211440140RRC0606044825811440168RRC303004486438003430RRC33303044845080034384RRC343040448386800343112RRC353050448322800343140RRC363060448258800343168RRC707004486433438000RRC73703044845034380084RRC747040448386343800112RRC757050448322343800140RRC767060448258343800168RRC1001000448643011440RRC103100304484500114484RRC1041004044838601144112RRC1051005044832201144140RRC1061006044825801144168

2.2实验方法及步骤

拌制废轮胎橡胶再生混凝土采用单轴卧式强制搅拌机，拌制均匀后放入涂抹过脱模剂的塑料三联试模，然后放在振动台上震动密实.在养护温度20±2 ℃、相对湿度95%以上的标准养护室内养护至28 d，并根据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》中的规定，采用标准试验方法分别测试其立方体抗压强度.

3试验结果与讨论

3.1混凝土密度和内部孔隙特征

表2为废轮胎橡胶再生混凝土的密度，从中可以看出：废轮胎橡胶再生混凝土的密度随着橡胶粒及再生粗骨料掺量的增加而降低；橡胶粒的掺量对混凝土密度的影响更为明显，在再生粗骨料掺量相同时，废轮胎橡胶粒掺量为100%时的混凝土密度比不掺的降低约18%~20%.其原因一是橡胶粒本身密度就比天然砂小，二是因为橡胶粒有憎水性，拌制混凝土时其周围存在一定的气泡，混凝土浇筑成型的过程中气泡仍留在混凝土中不能完全消除，而这些气泡在一定程度上进一步降低了混凝土的密度.橡胶粒在混凝土中的分布如图3所示.

表2　再生混凝土密度　kg/m3

图3　废轮胎橡胶粒再生混凝土内部界面

在废轮胎橡胶粒掺量一定的条件下，混凝土的密度也随再生骨料掺量的增加而减小.其原因主要是由废弃混凝土破碎而得到的再生粗骨料的周围会被水泥砂浆所包裹，而水泥砂浆的密度要比原始天然骨料的密度小，从而导致再生骨料混凝土密度比天然骨料混凝土密度小一些，但其减小幅度不大.

3.2废轮胎橡胶粒再生混凝土抗压强度

表3所示为废轮胎橡胶粒再生混凝土28 d抗压强度，图4、图5分别为橡胶粒再生混凝土抗压强度随再生粗骨料掺量及橡胶粒掺量的变化示意图.由图4可知，废轮胎橡胶粒再生混凝土抗压强度随着再生粗骨料取代率的增加而降低.在橡胶颗粒掺量为0时，再生粗骨料掺量分别为30%、70%、100%的混凝土抗压强度比普通混凝土抗压强度分别降低了7.35%、12.13%、16.39%；在橡胶颗粒掺量为40%时，再生粗骨料掺量30%、70%、100%的混凝土抗压强度分别比再生粗骨料掺量为0的混凝土抗压强度降低13.20%、15.39%、7.12%.抗压强度总体随着再生粗骨料掺量的增加而降低，其主要原因有以下两点：一是再生骨料在破碎的过程中产生很多微观裂缝，其力学性能比天然的碎石要低；二是再生骨料周围附着一定量的砂浆，而这些砂浆本身强度就要比天然骨料低，但从降低的数值来看，当再生粗骨料掺量不超过30%时，混凝土强度降低的幅度并不大，不影响再生粗骨料在混凝土结构中的使用.

表3　混凝土抗压强度　MPa

图4　再生粗骨料掺量对混凝土抗压强度的影响　　　图5　废轮胎胶粒掺量对混凝土抗压强度的影响

由图5可以看出，废轮胎橡胶粒再生混凝土的抗压强度随着橡胶颗粒掺量的增加而大幅度降低.再生粗骨料掺量为0时，橡胶粒掺量分别为40%、60%、80%、100%的混凝土抗压强度分别比橡胶粒掺量为0的混凝土抗压强度降低了54.03%、64.95%、78.04%、84.34%；再生骨料掺量为30%时，橡胶粒掺量为40%、60%、80%、100%的混凝土抗压强度分别比橡胶粒掺量为0的混凝土抗压强度降低了56.93%、66.07%、76.08%、83.47%.废轮胎橡胶粒混凝土抗压强度降低的主要原因是：橡胶颗粒的强度要远远低于天然砂的强度；同时橡胶颗粒作为憎水性材料，掺入到混凝土中与水泥胶结材料的胶结程度弱于砂子与水泥胶结材料的胶结；随着橡胶粒掺量的增加，会在橡胶粒周围形成较多气泡，使得废轮胎橡胶粒再生混凝土的强度大幅降低.

4结语

通过改变废轮胎橡胶粒和再生粗骨料的掺量，研究了不同橡胶粒掺量和不同再生粗骨料掺量情况下的废轮胎橡胶粒再生混凝土的密度和基本力学性能的变化，得到以下结论：

1)掺入废轮胎橡胶粒，可以降低再生混凝土的密度，当橡胶粒100%取代混凝土拌合物中的细骨料时，混凝土密度降低幅度约为18%~20%.

2)废轮胎橡胶粒再生混凝土的强度主要取决于橡胶粒的掺量，当橡胶粒100%取代混凝土拌合物中的细骨料时，废轮胎橡胶粒再生混凝土的强度仅为不掺橡胶粒再生混凝土强度的15%左右.

3)再生粗骨料的掺量小于30%时，再生混凝土的性能和普通混凝土性能接近，不会影响混凝土强度设计要求.

参考文献：

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[2] 耿欧,张鑫,张铖铠.再生混凝土碳化深度预测模型[J].中国矿业大学学报,2015,44(1)：54-58.

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[5] 耿欧,赵园园,陈辞.钢筋锈蚀对再生混凝土梁柱节点抗震性能的影响[J].徐州工程学院学报(自然科学版),2014,29(1):12-19.

[6] 蒋连接，杜彬，佟彤．废橡胶粉在混凝土中的资源化利用[J].混凝土，2014(6):108-111．

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[9] 张卫东,王振波,何卫忠.橡胶再生混凝土物理力学性能研究[J].硅酸盐通报,2014,33(8):1915-1919.

[10] 王静,石元,陈爱玖.橡胶再生混凝土基本力学性能试验研究[J].混凝土,2014(4):74-77．

(编辑徐永铭)

Mechanical Property of Recycled Concrete with Waste Tires Rubber Particles

CHEN Jianzhuang1，GENG Ou2，ZHANG Rujun2

(1.Xinjiang Communications Construction Administrative Bureau, Urumchi 830049, China;2.School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116，China )

Abstract:In order to study the mechanical properties of recycled concrete,the mechanical properties of recycled concrete were studied in this paper, and the replacement rate of different recycled coarse aggregate and the concrete density of different rubber particles and the strength of cube were tested with the cement ratio of 0.48.The results showed that the density and cubic compressive strength of rubber-recycled concrete decreases gradually with the increase of rubber particles rate.When all fine aggregate of concrete was replaced by rubber particles,the reduce amplitude of density of rubber-recycled concrete is about 18%-20%,and the compressive strength is only about 15% of normal concrete.The density and compressive strength of rubber-recycled concrete also decreases with the increase of recycled coarse aggregate replacement rate,but the decrease amplitude is small.When the content of recycled coarse aggregate is less than 30%,the performance of recycled concrete is close to that of ordinary concrete.

Key words:waste tires rubber particles; recycled concrete; density; compressive strength

中图分类号：TU528

文献标志码：A

文章编号：1674-358X(2016)01-0058-05

通讯作者:耿欧(1973-),男，教授，博士,博士生导师，主要从事混凝土耐久性研究.

作者简介：陈建壮(1968-)，男，高级工程师，硕士生导师，质量总监，主要从事交通工程质量控制研究.

基金项目：国家自然科学基金项目(50808173)；新疆交通厅科技项目(2014-11)

收稿日期：2015-09-20