废弃固体颗粒混凝土梁抗剪性能试验研究

赵朗 高松 林羽 刘玉涛 朱佳龙 何俊峰

摘 要：随着我国经济的快速发展，废弃材料污染也愈加严重，本实验主要目的在于充分利用废弃固体材料，将废弃固体颗粒作为建筑材料混入混凝土中制备混凝土构件，减少污染。为了确定合适的废弃固体颗粒混凝土的配合比，试验按不同体积取代率制作了16根混凝土梁试件进行斜截面抗剪试验。结果表明：废橡胶掺入量是影响混凝土构件抗剪强度的主要因素，废橡胶与废玻璃体积取代率均为20%的混凝土构件的抗剪强度较高。

关键词：废弃固体颗粒;体积取代率;抗剪性能

Abstract：With the rapid development of China's economy，the pollution of waste materials is becoming more and more serious.The main purpose of this experiment is to make full use of waste solid materials，prepare concrete components by mixing waste solid particles into concrete as building materials，and reduce pollution.In order to determine the appropriate mix proportion of waste solid particle concrete，six concrete beam specimens were made according to different volume replacement rates for the inclined section shear test.The results show that the incorporation of waste rubber is the main factor affecting the shear strength of concrete components，and the shear strength of concrete components with the volume replacement ratio of waste rubber and waste glass both being 20% is higher.

Key words：Waste solid particle;Volume replacement ratio;shear behavior

廢橡胶的处理是当今人们面临的严重问题之一。为了满足不断提高的材料性能要求，橡胶朝着高强度、耐磨、稳定和耐老化的方向发展，但是同时造成了废弃后的橡胶长时期不能自然降解的问题，大量的废旧橡胶造成了比塑料污染（白色污染）更难处理的黑色污染。另一方面浪费了宝贵的橡胶资源。但废橡胶颗粒让保持着良好的粘弹性、韧性、隔热隔声、抗疲劳性等特点，如果在建筑上能将废橡胶颗粒掺入混凝土中制成混凝土备件使用，不仅可以更好的解决污染问题，使橡胶资源再利用，还能使混凝土备件的性能得到加强。国内外学者研究了废弃橡胶颗粒对混凝土的影响，结果表明在水泥混凝土中掺入胶粒，混凝土材料的密度显著降低，材料的韧性、延性明显提高，抗冲击能力与抗疲劳能力也有所提高。刘超峰[1]等在沥青混凝土里掺入胶粒，用以改善道路性能的研究已经取得了较大的成果。

废玻璃用于混凝土骨料替换也是现今骨料替换中趋势之一。周梅、江振双等人[2]将废玻璃破碎配做集料，粉煤灰作填料，对树脂混凝土的7d强度做了大量研究，在研究中，废玻璃的掺入量达72.23%;孙家英[3]等研究了橡胶对混凝土的延性、硬度、抗磨、抗老化等方面的性能的影响。

1 试验原材料

1.1 废玻璃

在本试验中应用无色玻璃，杂质较少，粒径较平均，加工简单容易得到。

1.2 废橡胶

本试验采用黑色橡胶普通颗粒，级配系数为4.88。

1.3 其他材料

砂为河沙，级配系数为3.12;石子最大粒径为31mm。

本试验试件均以C30为基准混凝土，32.5普通水泥，水灰比w/c=0.43，砂率为33%。各材料的密度见表1。

2 试验设计

本试验基于水泥与砂的用量不变，将粗骨料替换成废玻璃、细骨料替换成废橡胶的原则进行试验。二者等量取代0%、10%、20%、30%，交叉配比，每组配比2个试件，逐一试验。

试件尺寸150*250*2800，在温度（20±2）℃，相对湿度不低于95%的条件下养护28天。

养护完成后，取出试件，将梁侧面置于压力机中心，根据GB/T50081-2002的规则，—3.0-5.0KN/S的速度以集中荷载形式进行加载，直到彻底破坏。

3 试验结果及分析

3.1 试验结果

在进行了16试件实验、数据整理后，表明：配比为20%废橡胶、20%废玻璃的混凝土梁抗剪程度最大，0%废橡胶、0%废玻璃的混凝土梁抗剪程度稍次于前者，30%废橡胶、20%废玻璃的混凝土梁抗剪程度居第三位。

3.2 结果分析

当不掺入替换材料橡胶玻璃时，混凝土强度受水泥等级、用量，钢筋强度以及密实度影响。当水泥、钢筋等级不变时，水泥用量过多，混凝土内部易发生化学反应收缩而引起维细裂缝。

数据表明：仅掺入玻璃时，数据呈先上升后下降状，玻璃中活性二氧化硅与水泥中的碱发生反应，形成碱的硅酸盐凝胶体，致使混凝土发生体积膨胀呈蛛网状龟裂，使结构发生破坏。当玻璃含量为20%时，与混凝土的咬合力最强，超过石粒与混凝土的咬合力，能提高混凝土强度。

当玻璃含量一定时，混凝土抗剪强度随着橡胶掺入量的增加而先上升后下降，曲线峰值接近20%处，此时碱集料反应延性作用契合度也达到峰值。

4 结论

橡胶作为高分子材料不会与水泥、石子等材料发生反应，且能够优化混凝土抗冲击性能、提高密实度，但仅掺入橡胶会使混凝土的强度大幅度降低;玻璃硬度高，且在含量为20%时与混凝土的咬合力超过石子与混凝土的咬合力，但仅掺入玻璃的混凝土会产生碱骨料反应，导致结构膨胀、开裂甚至破坏，并且强度与普通混凝土大体相同;同时掺入两种废料，玻璃与混凝土的碱骨料反应能与橡胶的弹性变化相互弥补，混凝土能从中得到一些延性、与抗冲击性，还能保持相对较高的强度。二者掺入量均为20%时，碱骨料反应与延性作用契合度最高，混凝土的强度提升相对最大。

参考文献：

[1]刘超峰.废橡胶在水泥混凝土和沥青混凝土改性中的应用[J].橡胶科技，2008，6（7）：11-13.

[2]周梅，江振双，杨利辉.废玻璃粉煤灰制备树脂混凝土的试验研究[J].

[3]孙家英.宝钢钢渣微粉用于水泥混凝土的安定性和相容性试验研究[C].上海：建筑新技术研讨会论文集，2005：195-199.

[4]王振伟.废弃玻璃混凝土梁的试验研究[J].新型建筑材料，2011，38（11）：12-14.

[5]王凤池.废弃玻璃骨料混凝土梁抗剪性能研究[J].新型建筑材料.

基金项目：2017年辽宁省大学生创业创新训练计划项目（201710146000116 201910146355）

作者简介：赵朗（1997-）男，辽宁朝阳人。

*通讯作者：高松（1978-），辽宁岫岩人，讲师。