冻融循环对橡胶混凝土的耐久性的影响

范梦婷， 王　轩

(1 重庆城市职业学院 建筑工程系， 重庆 402160； 2 重庆文理学院建筑工程学院， 重庆 402160)



冻融循环对橡胶混凝土的耐久性的影响

范梦婷1， 王轩2

(1 重庆城市职业学院 建筑工程系， 重庆 402160； 2 重庆文理学院建筑工程学院， 重庆 402160)

橡胶混凝土是在近些年来发现并运用的一种较新型的材料。从橡胶混凝土的研究意义和研究目的入手，进而选取二种粒径的橡胶颗粒分别按不同比例制作成试块来进行抗压和抗弯实验，以此来探索混凝土的耐久性和使用价值，将采用不同颗粒大小的橡胶等体积替换细骨料，想要研究冻融循环试验对其抗压等力学性能的影响。具体研究了不同配合比的橡胶混凝土在是否进行冻融循环试验之后的抗压、抗弯强度对比。

橡胶混凝土； 耐久性； 抗压强度； 抗弯强度

NaCl溶液浸泡和进行冻融循环试验都是检测混凝土耐久性的一个重要指标,是耐久性指标的集中体现，文献[1]研究了NaCl浸泡对橡胶混凝土耐久性的影响，本文旨在研究冻融循环对其耐久性的影响，并主要从其两大力学性能——抗压、抗弯强度两方面来进行试验论证。混凝土的抗冻性问题,一直以来都是诸多耐久性影响因素中认识得比较早也比较受重视的问题。国内外对混凝土的抗冻性研究积累了大量的经验，并制定了一系列的标准来衡量混凝土的抗冻性能,以确保混凝土建筑物的安全，其中就包括了设计标准、施工标准和试验方法等。而大家研究橡胶混凝土的耐久性也是从材料层次发展到了结构层次,材料层次进行的研究较为深入 ,对后者的研究又大多是对结构物整体的研究。本文系作者通过试验手段对于橡胶混凝土的抗冻性的研究成果，旨在研究橡胶混凝土的抗冻性，从实验方面着手研究冻融循环对其力学性能的影响。

利用废旧轮胎制成的橡胶沥青混合料的相关试验研究已成为材料领域的热点研究对象，而冻融循环作用下橡胶混凝土耐久性方面的研究一直较少，故针对这一方向展开试验研究。实验研究意义及目的参见文献[1]。

1　实验准备

在实验中，前期准备决定着实验数据的准确性，主要包括实验材料，实验配合比和实验试块的制作与养护。

1.1实验材料

所需实验材料有：1)水泥；2)细骨料；3)粗骨料；4)胶粉；5)拌合水。具体试验材料参见文献[1]。

1.2混凝土的配合比

计算本橡胶混凝土的配合比时，参见文献[1]。

1.3试件制作和养护

本次实验主要针对橡胶混凝土的抗压性能和抗弯性能进行测试实验，所需试块规格为100 mm×100 mm×100 mm，两组实验各需30个，总数目为60个。

试件制作过程为：1)将胶粉、水泥、砂石等材料用台秤、电子天平等称量后加入搅拌机中，先采用干拌方式60 s，然后再将称量好的水泥胶粉和外加剂加入，下一步添加原拌合物，以上材料全部倒入后搅拌30 s，再加入计算好的自来水搅拌120 s，完成混凝土的搅拌工作。2)将刚拌好的橡胶混凝土倒出后迅速用铁锹来回拌合3次。3)将试模固定在振动台上，再向试模中装入搅拌好的混凝土，振动直至试模表面出浆时，用抹刀将其表面抹平即可。

试件养护过程参见文献[1]。

图 1　制作完成的橡胶混凝土试块

图 2　养护完成的橡胶混凝土试块

1.4冻融试验方法及过程

此次试验方法是将掺入了不同目数橡胶的混凝土在正常养护条件下养护31 d后，分批放入冻融循环机中进行冻融循环实验，比较其进行冻融试验和不进行冻融试验以及不同冻融循环次数的几种情况下力学性能的不同，以此判断冻融循环试验对橡胶混凝土力学性能的影响。

将所需试块放置于循环冻融机中(图3)，设置好所需的冻融次数，分别是25次、50次，详细操作方法见冻融循环机使用说明。

图 3　浸泡在冻融液中的试块

2　抗压强度实验过程及分析

2.1实验步骤

抗压强度实验步骤主要为：1)试件外表面和试验机器先都擦拭干净，再将试块放置到试验机的下

压板上，使试件中心线与下压板中心线相吻合。2)启动试验机，待上方压板与试件缓慢接近时，调整其下方球座至接触稳定，再以0.5 MPa/s的速度连续加荷。3)当试件的外形用肉眼可以看到变形急剧状态的时候，马上停止调动试验机直至试件被完全破坏，并记录破坏荷载。

图4、图5为实验中的试件。

图 4　摆放试件

图 5　试件施压过程结束

2.2实验结果及分析

2.2.1未进行冻融循环试验的试块抗压强度实验结果实验数据进行记录、计算、整理后，未进行冻融循环的试块的抗压实验结果见表1，其强度变化结果如下：5目10%,抗压强度21.43 MPa;5目30%，抗压强度19.48 MPa；80目10%，抗压强度28.88 MPa; 80目30%，抗压强度25.15 MPa; 素混凝土抗压强度32.86 MPa。

表1　抗压强度试验数据　MPa

由实验结果可以看出，橡胶混凝土的抗压强度是伴随着橡胶颗粒目数的增大而逐渐降低的，其整体强度均低于基准混凝土的抗压强度。由此可知，混凝土内部间隙空间是随着橡胶粉目数的增大而增大的，从而降低了橡胶混凝土的抗压强度。与此同时，从表1中可看出，橡胶掺量保持在10%以内时，80目的橡胶混凝土抗压强度值较其他目数混凝土的下降幅度较小，因而在实际工程应用中，掺量为10%的80目橡胶混凝土更适用。

2.2.2进行冻融循环试验之后的试块抗压强度实验结果将养护后的橡胶混凝土进行25次冻融循环试验后的抗压强度实验结果见表1，其强度变化结果如下：5目10%,抗压强度19.30 MPa;5目30%，抗压强度16.01 MPa；80目10%，抗压强度22.90 MPa; 80目30%，抗压强度21.01 MPa; 素混凝土抗压强度26.49 MPa。

将养护后的橡胶混凝土进行冻融循环50次后的抗压强度实验结果见表1，其强度变化结果如下：5目10%,抗压强度14.22 MPa;5目30%，抗压强度12.51 MPa；80目10%，抗压强度19.05 MPa; 80目30%，抗压强度16.54 MPa; 素混凝土抗压强度24.96 MPa。

从以上实验数据可知，随着橡胶颗粒掺量的增加，同一目数的橡胶混凝土的抗压强度降低，而同一掺量的橡胶混凝土的抗压强度并未随着目数的变化而出现规律性的变化，因此结论并不明显。但对比未经浸泡的橡胶混凝土的抗压强度而言，经酸液浸泡的橡胶混凝土的抗压强度则呈总体下降趋势。因此可知，酸性液体对于橡胶混凝土的抗压强度有着一定的破坏作用。

3　抗弯强度实验过程及分析

3.1实验步骤

抗弯强度试验采用四点抗弯实验，步骤为：1)将已养护的试件擦拭干净后，以试件成型侧面为承压面平稳放置于试验机器上，控制安装尺寸偏差在1 mm之内。

2)以0.05 MPa/s的速度对其进行连续加荷，至试件接近破坏时关掉油门，并记录载荷(图6、图7)。

图 6　摆放试件

图 7　试件四点抗弯结束

3.2实验结果及分析

3.2.1未浸泡试块抗弯强度实验结果未浸泡试块的抗弯强度实验结果见表2，其强度变化结果如下：素混凝土，9.66 MPa; 5目10%，7.17 MPa; 5目30%，7.00 MPa; 80目10%，8.40 MPa; 80目30%，7.97 MPa。

表2　抗弯强度实验数据　MPa

由以上实验数据可知，当橡胶掺量增加时，同一目数的橡胶混凝土的抗弯强度降低幅度明显，这说明橡胶粉的掺入对于混凝土的抗弯性能有害无益，因此，在用于高架、桥梁等建筑物的材料商，橡胶混凝土并非合适。与此同时，对于掺量相同的橡胶混凝土来说，其抗弯强度伴随着橡胶粉目数的增大呈逐渐下降的趋势。即目数越大，其抗弯强度越小。同样，橡胶粉的目数也并不能增强混凝土的抗弯强度。总而言之，橡胶对于混凝土的抗弯性能没有起到促进作用，因而实际生产中并不提倡使用橡胶混凝土作为施工材料。

3.2.2浸泡后的试块抗弯强度实验结果将养护后的橡胶混凝土进行25次冻融循环试验后的抗压强度实验结果见表2，其强度变化结果如下：素混凝土，7.50 MPa; 5目10%，6.81 MPa; 5目30%，6.35 MPa; 80目10%，7.85 MPa; 80目30%，7.48 MPa。

将养护后的橡胶混凝土浸进行冻融循环50次后的抗压强度实验结果见表3，其强度变化结果如下：素混凝土，6.41 MPa; 5目10%，4.93 MPa; 5目30%，4.21 MPa; 80目10%，5.99 MPa; 80目30%，5.53 MPa。

对比未进行冻融循环试验的试块的抗弯强度可知，其变化趋势几乎保持一致，且同一掺量和目数的浸泡后的混凝土的抗弯强度较冻融循环前更小。由此说明，冻融循环试验对于橡胶混凝土抗弯强度具有破坏性。

4　结论

通过以上实验结果及数据分析对比，对橡胶混凝土的抗压和抗弯性能的变化，总结出以下观点：1)橡胶混凝土的抗压和抗弯性能都会因为冻融循环的作用而被逐渐降低，且抗压强度的降低程度更为明显。(2)当胶粉目数相同时，随着其掺入量的增加，橡胶混凝土的抗压性一再降低。3)当掺入量相同时，随着胶粉粒径的增大，橡胶混凝土的抗压性能逐步增大。4)对于抗弯性能来说，只要有橡胶粉的掺入，其力学性能必定降低，且低于原有的强度。

综上所述，对橡胶混凝土的抗压和抗弯强度造成影响的因素是多种多样的，只有进行更多的实验分析，才能了解如何更好的改变其力学性能，提高其耐久性。

[1]熊健民，范梦婷，周金枝，等.氯盐浸泡对橡胶混凝土的耐久性的影响[J].湖北工业大学学报， 2015，30(2)：1-5

[2]杨若冲，谈志明，施钟毅，等. 碾压橡胶混凝凝土力学性能研究[J].交通运输工程与信息学报,2004(4) : 1

[3]苗吉军，曾在平， 刘延春，等. 冻融循环下玄武岩纤维加固混凝土构件性能研究[J];建筑结构学报,2010(S2):269-230, 314

[4]赵丽妍.掺废旧轮胎橡胶粉改性水泥混凝土试验研究[D].材料. 大连理工大学，2009:23-28.

[5]杨春峰，杨敏.废旧橡胶混凝土的耐久性研究进展[J].沈阳大学学报(自然科学版), 2012(4):2-3

[6]亢景付,任海波,张平祖.橡胶混凝土的抗裂性能和弯曲变形性能[J].复合材料学报, 2006(6): 158-162

[7]赵志远,毕乾,王立燕，等. 废橡胶颗粒改性水泥基材料的塑性开裂和抗冲击性能[J]. 混凝土与水泥制品, 2008(4)：1-5.

[责任编校： 张岩芳]

Influence of the Freezing and Thawing Cycle on the Durability of Rubber Concrete

FAN Mengting1, WANG Xuan2

(1Dep.ofArchitecturalEngin.,ChongqingCityVocationalCollege,Chongqing402160,China; 2SchoolofArchitecturalandCivilEngineering,ChongqingUniversityofArtsandScience,Chongqing402160,China)

Rubber concrete, a relatively new type of material, is found in recent years. This study first discusses the significance and purpose of rubber concrete research. It then chooses two kinds of rubber particles respectively according to different proportions to make sample blocks for the compressive and flexural experiments in order to explore the durability of concrete and its application value. Different particle sizes of rubber are used for the purpose of examining the influence of the freezing and thawing cyclic test on its mechanical properties such as compressive strength. This paper discusses applicable prospects of rubber concrete in the future.

rubber concrete; durability; compressive strength; flexural strength

2015-03-04

范梦婷(1989-)， 女，湖北钟祥人，工学硕士，重庆城市职业学院助教，研究方向为橡胶混凝土材料力学性能相关

1003-4684(2016)04-0101-04

TU502

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