掺废旧轮胎橡胶粉混凝土自收缩试验研究

涂 妮 李志鹏 谷 鑫

（1武汉轻工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430023；2保利地产大连分公司，辽宁 大连 116000）

自收缩通常被认为在密封恒温及没有外部因素干扰的情况下混凝土所发生的体积变化[1]，其产生原因是混凝土内部水分无法满足水化需要，湿度降低引起的毛细张力作用导致的混凝土体积减少。随着高性能混凝土的发展和应用，由于水灰比较低，人们发现其自收缩较普通混凝土大很多，对强度、早期的抗裂性以及抗渗性产生极大不利[2]。由自收缩引发的高性能混凝土性能劣化问题开始得到越来越多的学者关注，如何有效减少其自收缩，已成为当今研究的热点问题。

将废旧轮胎制得的橡胶粉应用到混凝土中，一方面可以改善混凝土的多种性能，如抗冻性[3-4]、韧性[5-6]及抗冲击性能[7-8]等，另一方面也为大量废旧橡胶的回收再利用提供一条解决途径，保护环境。目前有关橡胶混凝土在自收缩方面的研究较少，为完善其耐久性能，拓宽其应用渠道，本文采用非接触法对橡胶混凝土的自收缩变形进行了初步研究。

1 试验

1.1 原材料

水泥采用华新水泥（鄂州）有限公司生产的PO42.5型水泥，其物理力学性能见表1；细骨料采用表观密度为2680 kg/m3，细度模数为2.8的中砂；粗骨料采用表观密度为2680 kg/m3,吸水率为0.65 %，5～25 mm连续级配的碎石；减水剂采用河北恒创建工有限公司生产的FDN奈系高效减水剂，黄褐色固态粉状；橡胶粉为20～40 目、60～80 目、100～120 目三种粒径，表面凹凸不平，呈毛刺撕裂状。

1.2 试验配合比

本文混凝土试件所采用的配合比如表2，为了统一减水剂对混凝土缓凝及收缩的影响，每组混凝土的减水剂用量固定在水泥用量的0.8 %。

表1 水泥的物理力学性能

表2 混凝土配合比设计

图1 混凝土试件自收缩测定实验装置

1.3 试验方法

1.3.1 混凝土自收缩试验研究方法

本文按照标准GB/T50082-2009中的8.1非接触法收缩试验进行，自收缩值的采集使用北京耐久伟业科技有限公司生产的NJ-NES非接触式混凝土收缩变形测定仪，如图1所示。试件采用100 mmx100 mmx515 mm的棱柱体，每组为3个试件。试模内部需提前铺设塑料薄膜，以便对浇筑振捣后的试件进行密封处理，防止与外界产生湿交换，测量混凝土从初凝到3 d龄期的自收缩变化值，数据采集的时间间隔为1 h。

1.3.2 混凝土凝结时间的确定

为确定混凝土自收缩零点，需对其初凝时间进行测定。混凝土的初凝时间按照标准GB/T50080-2016凝结时间试验进行，在进行贯入试验前2min，用吸管吸取试样表面的泌水。

1.3.3 混凝土强度及坍落度的测定

本试验除橡胶混凝土自收缩值外，还对其抗压强度和坍落度进行了测定，为工程实际应用选定合理的掺量和粒径提供参考。混凝土的抗压强度和坍落度测定分别按照GB/T50081-2002和GB/T50080-2016进行。

2 试验结果与分析

2.1 橡胶粉对混凝土强度的影响

图2 橡胶混凝土的抗压强度

测定表2中不同配合比浇筑成型的混凝土试件3 d和28 d抗压强度，试验结果见图2。从图2中可以看出掺入橡胶粉后，混凝土的3 d和28 d都有所降低，并随着橡胶粉掺量的增加，3d和28d抗压强度下降的程度增大。试件RC-B1、RC-B2、RC-B3比试件CC3 d的强度降低15.6 %，22.9 %，28.7 %；28d的强度降低6 %，14.2 %，27.5 %。随着橡胶粉的粒径越细，橡胶混凝土的抗压强度也越小，试件RC-B1、RC-B2、RC-B3比试件CC3 d的强度降低20.4 %，22.9 %，32.7 %；28 d的强度降低8.5 %，14.2 %，18.8 %。

橡胶粉是一种抗压强度较低的弹性材料，加入到混凝土中相当于软弱部分，无法承担荷载的作用，另外橡胶粉的弹性模量和混凝土砂浆相差较大，在荷载作用下橡胶粉与周边砂浆体变形不同步，两者界面间易引起较大应力集中而导致试件破坏，因此胶粉掺量愈多，应力集中现象越严重，混凝土强度也越低[9]。相同掺量下橡胶粉粒径越细，比表面积越大，相当于增大了混凝土中的薄弱面，所以强度也就越低。

2.2 橡胶粉对混凝土坍落度及凝结时间的的影响

测定表2中不同配比的混凝土凝结时间和坍落度，试验结果见表3。

表3 橡胶混凝土初凝时间及坍落度

图3 混凝土测定初凝时间时的表面状态

橡胶粉的掺入影响了混凝土的凝结时间，因此准确测量凝结时间是计算混凝土自收值的关键步骤。图3为贯入阻力仪测定试件凝结时间前的表面状态。从图3a)中看到橡胶混凝土加水拌合后2h的时候表面基本没有泌水，这是因为本文所采用橡胶粉粒径较小，比表面积较大且表面凹凸不平，其开口孔隙能够吸收混凝土拌合物中的自由水分，因此掺入橡胶粉后混凝土拌合物坍落度变小，饱水性较好。表3中看出试件RC-B3和RC-C2的坍落度仅有40 mm，35 mm，相比试件CC减少了78 %，81 %，实际拌合物干稠，流动性较低。随着水泥水化的进行，拌合物中自由水分开始减少，橡胶粉吸收的水分开始释放出来，如图3b)所示混凝土加水拌合3 h橡胶混凝土表面出现泌水现象，其泌水时间要晚于基准混凝土。

由表3可以看出混凝土掺入橡胶粉后，其凝结时间得到较大的延长。试件RC-B1、RC-B2、RC-B3的凝结时间相比试件CC提高了72 %，87 %，93 %。随着胶粉掺量的不断提高，其延长程度有限，试件RC-B3仅比试件RC-B2的凝结时间延长了30 min。当橡胶粉掺量相同时（20 kg/m3），随着橡胶粉粒径的减小，其初凝时间是逐步增加的，试件RC-A2、RC-B2、RC-C2的凝结时间相比试件CC提高了34 %，87 %,92 %。这是因为一方面橡胶粉作为一种惰性材料加入到混凝土中，不仅不会与水泥发生水化反应，还影响水泥颗粒和水之间的接触[10]，另一方面橡胶粉在水泥水化过程中先吸水后释水的特性，影响了水泥的水化速率，而橡胶粉掺量越多以及颗粒越细，上述阻碍影响作用越明显，因此凝结时间越长。

2.3 橡胶粉掺量和粒径对混凝土自收缩的影响

图4 橡胶粉掺量对混凝土自收缩发展的影响

图4、图5分别为橡胶粉掺量和粒径对混凝土自收缩发展的影响，可以看出混凝土加入橡胶粉后，自收缩值均变小了。本试验测得混凝土自收缩的发展变化主要发生在初凝后的30h内，30h后自收缩值变化较平缓，这证实了测量和研究混凝土的早期自收缩值更为重要。这是因为这个阶段水泥水化速率较快，水分消耗迅速，其内部湿度开始下降，由于橡胶粉表面凹凸不平，其开口孔隙中的水可对混凝土内部进行湿度补偿，产生一定的蓄水减缩效应。同时橡胶粉作为一种弹性材料，可以缓解混凝土内部毛细孔负压，减小自收缩应力值。

图5 橡胶粉粒径对混凝土自收缩发展的影响

由图4可看出随着橡胶粉掺量的增加，混凝土的自收缩明显减少。以初凝后的30h为例，试件CC、RCB1、RC-B2、RC-B3的自收缩值分别为302.03×10-6，175.05×10-6，102.51×10-6，87.36×10-6，可得到 RCB1、RC-B2、RC-B3相比试件CC的自收缩值降低了42 %，66 %，71 %。由图5可见，随着橡胶粉粒径的减小，其自收缩反而增大，试件RC-A2、RC-B2、RC-C2在初凝后的30 h测得的自收缩值为64.9×10-6，102.51×10-6，144.45×10-6，比试件CC分别降低了79 %，66 %，48 %。这是因为橡胶粉的掺量越多和粒径越细，胶粉粒子均会变多，这就会造成两种不同的作用相互影响。一方面胶粉粒子变多，橡胶粉总表面积会增大，与砂浆之间的界面增大，橡胶粉的蓄水减缩以及弹性缓解负压作用得以发挥，另一方面胶粉粒子变多，在搅拌过程中可能会产生团聚及上浮现象，在混凝土内部分布不均匀，影响了对毛细孔内部负压的缓解和内部的湿度补偿作用。

从上述分析中可以看出，试件RC-A2降低混凝土自收缩作用最显著，降低程度可达到79 %，并且其抗压强度仍可达到40MPa以上且工作性能良好，因此得出结论掺量为20 kg/m3，粒径为20～40目的橡胶混凝土，混凝土综合性能较优。

3 结 语

1）混凝土自收缩主要发生在早期，本实验测得自收缩强烈发展阶段约在初凝后的30 h内，这证实了测量和研究混凝土的早期自收缩值更为重要。

2）当混凝土中橡胶粉掺量从10 kg/m3增加到20 kg/m3和30 kg/m3时，混凝土的自收缩明显减少。当掺量固定为20kg/m3时，随着橡胶粉粒径从20～40目减小为60～80目和100～120目，其自收缩是逐步增大的。

3）从降低混凝土自收缩的角度出发，结合橡胶粉对抗压强度、坍落度的影响，可以得出掺量为20kg/m3，粒径为20～40目的橡胶混凝土综合性能最优。

[1]田倩，孙伟，缪昌文等.高性能混凝土自收缩测试方法探讨[J].建筑材料学报，2005,8(1)：82-89.

[2]安明哲，朱金铨，覃维祖.高性能混凝土的自收缩问题[J].建筑材料学报，2001,4(2)：159-166.

[3]刘伟.掺废旧轮胎橡胶粉混凝土抗冻耐久性试验研究[D].大连:大连理工大学，2011.

[4]王涛，洪锦祥，缪昌文等.橡胶混凝土的试验研究[J].混凝土，2009(1):67-69.

[5]李赞成，许金余，罗鑫等.橡胶混凝土的基本力学特性的试验研究[J].硅酸盐通报，2013,32(12)：2589-2594.

[6]朱涵，刘春生，张永明等.橡胶集料掺量对混凝土压弯性能的影响[J].天津大学学报，2007,40(7)：761-765.

[7]TOPÇU I B.Avcular N.Collision behaviors of rubberized concrete[J].Cement and Concrete Research，1997,27(12)：1893-1898.

[8]郭永昌，刘锋，陈贵炫等.橡胶混凝土的冲击压缩试验研究[J].建筑材料学报，2012,15(1)：139-144.

[9]包惠明，尤伟，黄琼念.海洋大气环境下橡胶粉水泥混凝土性能试验[J].人民长江，2009,40(1)：76-78.

[10]许翊,刘涛.橡胶粉掺量和粒径对混凝土物理力学性能的影响研究[J].公路工程，2015,40(1)：266-269.

郜风涛至中国建材总院检查指导工作

12月15日，国有重点大型企业监事会主席郜风涛一行到中国建材总院检查指导工作。中国建材集团董事长、党委书记宋志平，国有重点大型企业监事会23办主任武伟、副主任崔鹏等陪同检查指导。

郜风涛一行到中国建材总院光纤面板研发生产基地、新型示范房屋和绿色建材国家重点实验室进行了实地检查，听取了集团副董事长兼中国建材总院院长姚燕关于企业近年来经济效益、本年度生产经营、科技创新、改革、党建，以及近三年接受内外部检查、审计、巡视面临的困难和问题等情况的详细汇报。他对总院多年来致力于科技创新和产业科技进步，服务于国民经济建设和国防建设做出的贡献，给予了充分肯定。对做好下一步工作，他提出了明确要求和殷切希望，一是继续大力推进科技创新。围绕国家、行业、集团的战略需要，统筹科技资源，把牢制高点，切实履行国家、集团赋予总院的光荣使命；二是继续大力推进产研融合。认真研究产研关系、创新产研融合模式，服务国家、行业、集团的产业发展需要，以增强集团整体竞争优势；三是继续深化改革，建立灵活高效的体制机制。要建立科学高效的总部管理模式，进一步加强公司化管理和市场化经营能力，推进规范化的公司治理体系的建设；四是继续加强人才队伍建设，提高队伍素质，尤其是要加强青年科技人才的培养，建立完善薪酬激励机制，构建良好的创新环境。

宋志平在听取了总院工作汇报后，充分肯定了总院发展成绩和班子建设。他表示，郜风涛主席一行对总院的战略和经营业绩、科技创新给予了诚恳的评价和充分肯定，对总院的未来发展也提出了期望和要求，要认真抓好贯彻落实，努力实现好上加好。他强调总院是集团的宝贵财富，在集团科技转型方面，没有总院不行。在集团“六大平台”战略规划中，总院要进一步做强、做优、做大，补短板，找漏洞，防风险。要成为集团做好科技创新的引擎与核心推动力。

中国建材集团办公室主任张继武、科技管理部总经理郅晓，总院党委书记王益民，总院副院长、总会计师朱全英，总院副院长颜碧兰，总院副院长、瑞泰科技董事长曾大凡，总院党委副书记、国检集团总经理马振珠，总院副院长、中国新材院院长程华，合肥院副院长朱兵等有关负责人陪同参加调研和汇报活动。