高温后橡胶混凝土抗压强度变化及孔结构分析.pdf

2 0 1 5 年 第 1 2 期 总 第 3 1 4 期 Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 5 T o t a l No ． 3 1 4 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 2 3 5 5 0 ． 2 0 1 5 ． 1 2 ． 0 0 8 高温后橡胶混凝土抗压强度变化及孔结构分析 姚新红 ，成聪 慧 ， 杜红秀 1 ． 山西建筑职业技术学院，山西 太原 0 3 0 0 0 6； 2 ． 太原理工大学，山西 太原 0 3 0 0 2 4 摘 要以混凝土强度等级为 C 6 0高强混凝土为对比， 通过对掺加粒径 0 ．6 m m掺量为 3 ％、 5 ％ 废橡胶粉混凝土高温后抗压强度 变化研究 ， 研究表明 高温后橡胶混凝土抗压强度随着温度升高而降低。 随着掺量的增加而降低， 当掺量为 3 ％时， 抗压强度降低 7 ． 3 ％掺量为 5 ％时抗压强度降低 1 4 ％， 通过压汞试验测得 ， 随着掺量的增加， 橡胶混凝土最可几孔径增大。 关键词 橡胶混凝土； 高温； 抗压强度； 最可几孔径 中图 分类号 TU 5 2 8 ． 0 1 文 献标 志码 A 文章 编号 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 2 0 0 2 8 0 2 C omp r e s s i v e s t r e n g t h v a r i a t i o n a n d p o r e s t r u c t u r e a n a l y s i s o f r u b b e r c o n c r e t e a f t e r h i g h t e mp e r a t u r e YAO Xi n ho n g ， CHENG Co n g hu i ， D U H o n gx i u 1 ． S h a n x i Ar c h i t e c t u r a l Co l l e g e ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 6， Ch i n a ；2 ． Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4， C h i n a Abs t r a ct Ba s e d o n the c o n c r e t e C6 0 h i g h s t r e n gt h c o n c r e t e f o r c o mp a r i s o n， b y a d d i n g 3 ％ ， 5％ ， di a me t e r0． 6 mm， o f wa s t e r ub b e r p o w d e r c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a f t e r h i g h t e mpe r a tur e r e s e a r c h， i t s ho ws t h a t the rub b e r c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n gth d e c r e a s e d a s t h e t e mp e r a t u r e i n c r e a s e s a n d de c r e a s e wi t h the i n c r e a s e o f d o s a g e， wh e n the d o s a g e o f 3 ％ ， d e c r e a s e 7． 3 ％ ， 5％ d e c r e a s e 1 4 ％． M e a s u r e d b y me r c u r y i n j e c t i o n e x p e r i me n t ， wi th the i n c r e a s e o f d o s a g e ， mo s t p r o b a b l e a p e r t u r e i n c r e a s i n g r u b b e r c o n c r e t e ． K e y wo r d s rub b e r c o n c r e t ； h i g h t e mp e r a t u r e ； c o mp r e s s i v e s t r e n g th ； mo s t p r o b a b l e a p e r t u r e 随着有车一族人数 的不断增加 ， 每年废弃轮胎 的数量 越来越大 ， 贯彻 国家关 于科学发展 、 低碳经济 、 节能减排和 环保等产业政策 ， 某 些省份 已经将其列入发展规 划 ， 例如 山西省将废 旧轮胎的回收利用 已列入 山西省资源节约和 综合利用十二五规划 ， 橡胶粉作为一种废弃的弹性材料 ， 废橡胶粉是利用废橡胶处理的主要途径⋯。 将废旧橡胶粉 掺入混凝土中 ， 一方面可 以解决“ 黑色污染” ， 另一方便 ， 高 强混凝土相 比于普通混凝土具有强度高 、 脆性大 的特点且 高温后易爆 裂 的特点 ， 而橡 胶粉 可 以降低混 凝 土脆 性 ， 提高} 昆 凝土韧性 ， 也有 专家认 为橡胶粉具有提 高高性 能混凝土抗爆裂性能。 因此利用橡胶粉具有 良好 的弹性和 延展性 ， 可得到具 备轻质 ， 减震 ， 降噪 ， 隔音 ， 高延性 ， 高韧 性特点 的混凝土 。 当前橡胶混凝土 目前 已经广泛应用 于道路桥梁等工程 ， 但对于民建工程应 用较少 。 本试 验 主要研究掺废 旧橡胶 高强混凝土高温后抗压强度 随温 度 变化 混凝土是一种多孔性材料 ， 内部存在着众多尺度大小 不一的孔 以及微裂纹 ， 使得混凝土宏观力学性能所表现出 不规则性 、 不确定性 J 。 因此研究 昆 凝土 的孔结 构是研究 混凝土微观结构 的重要课题 ， 笔者通过对 比掺量 3 ％、 5 ％的 橡胶混凝土孔径分布， 以及掺量 5 ％的橡胶混凝土常温与 高温孔径分布对 比， 得 出规律并与宏观力学性 能相 比对 ， 进一步为研究混凝土的宏观力学性能提供依据 。 1 试验方案 1 ． 1 试验原材料 根据 J G J ／ T 2 8 1 --2 0 1 2 高强 混凝土应用 技术规程 ， 本试验采用 P 0 4 2 ． 5级水 泥 ， 粗 骨料 碎 石 ， 粒径 为 5 ～ 2 5 m m的连续级 配。 细骨料 优质 豆罗砂 ， 细度模 数2 ． 9 ， I I 区中砂 ； 采用粒径 为 0 ． 6 mi l l 的橡 胶粉 ； I i 级粉煤 灰 ， 9 5 级矿粉 ； 减水剂 采用山西铁力 T LA型聚羧酸高效减水 剂 ， 减水率 2 8 ％。 1 ． 2配合 比设计及试件制作 混凝 土配合 比设计 如 表1 所示 。 试 件采 用标 立方体 表 1 橡胶混凝土配合比 收 稿 日期 2 0 1 5 0 2 0 6 基 金项 目 罔家 门然科学基金 5 1 2 7 8 3 2 5 ； 国家 自然科学基金 5 1 4 7 8 2 9 0 2 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 体试件 1 5 0 m m x 1 5 0 m m1 5 0 m m 。 成型好的试件 自 然养护 2 4 h 后拆模 ， 将试件移入标准养护室内养护 2 8 d 。 标准养护 2 8 d的试件 含有大量 水分 ， 将养护好 的试件放 置在干燥通风环境中一段时间后进行高温试验 。 1 ． 3 混凝土坍 落度试验 试验依据 G B ／ T 5 0 0 8 0 --2 0 0 2 普通混凝 土拌合 物性 能试验方法标准 ， 测得掺橡胶混凝土坍落度如表 2 。 表2橡胶混凝土坍落度 1 ． 4 混凝土力 学试验 为评价橡胶粉掺量以及高温对橡胶混凝土性能的影 响， 设计 出 0 ． 6 mm橡 胶 粉不 同掺 量 0 、 3 ％、 5 ％ 分别 在 3 0 0 、 4 0 0 、 5 0 0 、 6 0 0 、 7 0 0 oC情 况的橡胶混凝土 ， 以及基 准配 合 比的} 昆 凝土 ， 制成标准规格 的试 件 ； 分 别进行混凝 土立 方体抗压 、 劈裂抗拉试验 以及超 声波无损检测试 验 ， 分别 考察橡胶粉对混凝土性能的影响效果 ， 并得 出橡胶粉掺量 及温度对混凝土性能的影响。 1 ． 5橡胶混凝土 MI P试验 本试 验采 用美 国麦克公 司生产 的 A u t o P o r e I V 9 5 0 0 型压汞仪 ， 具有精度高 、 可进行扫 描模 式或速率平衡模 式 操 作 性 等 特 点。 仪 器 测 试 孔 的 范 围 为 0 ． 0 0 3 m 到 1 1 0 0 m。 压汞法 MI P 是分析混凝土孔结构和分形特征 的有效方法。 2 试验结果及分析 2 ． 1 高温前后抗压强度结果及分析 由图 1可知 随着温度升高 ， 混凝 土抗压强 度逐渐 降 低 ， } 昆 凝土高温后 内部发生一系列物理化 学变化 ， 内部结 构破坏 ， 承载力下 降。 随着升温到 3 0 0℃ ， 层 间水与结合水 逐渐失去 ， 掺有橡胶 粉混凝土在 3 0 0 o C时， 强度 略低 于常 温时， 孙伟等认为， 1 0 0 - 3 0 0 oC时候， 被认为对“ 蒸养” 条件 的形成最为有利 。 因此 3 0 0℃ ， 混凝土抗压强度变化不 大 。 在 3 0 0 o C以后 ， 总体上抗压强度速率是先升高再放缓。 在 6 0 0 o C有拐点 ， 有学者认为是 因为在 6 0 0 - 7 0 0 o C范 围发 生 了物象变化 ， C ． S ． H凝胶会形成 B C S ， 且在5 7 3 o C， 骨料 中的石英 由 型转变 B型 ， 膨胀而开裂 。 7 80 5 7 0 主 i 2 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 温度i／ ％ 图 1 抗压强度随温度变化 曲线 同温度 ， 不 同掺量对 比发珊 ， 随着掺量 的增加 ， 混凝土 抗压强度逐渐降低 ， 以基准} 昆 凝土作为对 比， 掺量 3 ％、 5 ％ 的橡胶粉 ， 常温下混凝 土抗压强度 降低 了 7 ． 3 ％、 1 4 ％， 劈裂 抗拉强度降低 ， 在 5 0 0 ～ 6 0 0 o C， 掺量 3 ％与掺量 5 ％的混凝 土抗压强度相近 ， 但分别均低于基准混凝土 1 7 ％、 1 9 ％。 在 7 0 0 o C时 ， 三者强度相近 ， 说明随着温度的升高 ， 掺量对} 昆 凝土抗压的影响逐渐减弱。 由图 2不同温度 下橡 胶混凝土残余抗 压强度百分 比 变化 图可知 ， 掺橡胶粉混凝 土高温后 ， 抗 压强度柱状 图呈 现锯齿状 ， 且较基准混凝土平稳 ， 4 0 0 o C以下 ， 6 0 0 oC以上 抗压强度变化量相对较小。 而 由图 4 不 同温度下橡胶混凝 土残余抗压强度百分比变化图可见， 掺量橡胶混凝土在残 余劈裂抗拉强度 变化率 明显大 于基准 橡胶混凝 土 ， 而在 3 0 0 ～ 5 0 0 oC ，变化率高于基本混凝土 。 1 ． 0 差0 ．8 虹 0 ． 6 嘣 幽 0 ． 4 z O 掺量， ％ 图 2混凝 土残 余抗 压强度 百分 比随 温度变 化柱 2 ． 2 橡胶混凝土 MI P试验 结果分析 压汞仪测孔径 的原理是根据压 人多孔 材料结构 中的 汞 的数量与所加压力之间的函数关系 ， 计算孔尺寸和相应 的孔体积。 图中所示为进汞量与孔径关系 曲线 图， 而最可 几孔径指分布所包含 的微观状态数 最多或出现的几率最 大的孔径。 如图 3可知 ， 掺量 5 ％ 橡胶混凝土的最可几孔径 略大于掺量 3 ％的橡胶粉最可几孔径， 可以看 出， 随橡胶颗粒 取代量 的增加最可几孔径 出现概率最大的孔径 向大孔方 向移动。 而混凝土孔结构对强度 影响很大 。 由混凝土抗 压强度随掺量变化 曲线可知， 最可几孔径增大 ， 强度降低 。 莨 删 囹 i 』 、 ， O 1 2 3 4 5 6 L 径尺寸对数 图 3 常温下 掺量 3 ％与 5 ％橡胶 混凝 土的孔 径分 布 由图 4 可知 ， 对 比掺量 5 ％的橡胶混凝土常温与3 0 0℃ 孔径与进汞量关系 曲线可知 ， 随着温度 的升高 ， 最可几孔 径亦随着温度的升高 而向右移动 ， 强度 降低 。 而且高温使 得最可几孔径出现的概率降低 ， 使得孔径出现概率分布趋 缓 ， 说明高温后孔径分布趋于均匀 。 下转第 3 3页 29 啪 呦 ㈣ n O O 0 O O O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 加 ， 两者在 0 ． 5 5 左右时分别达到极值 。 2 当水胶 比 0 ． 4 5 ～ 0 ． 5 5时 ， 随水 胶 比的增加 ， 普通硅 酸盐水泥体系泡沫混凝土的 f e r e t m e a n 孔径减小， 而硫 铝酸盐水泥体系泡沫混凝 土 的 f e ,r e t m e a n 孔径增加 ； 当 水胶 比0 ． 5 5 0 ． 6 5时 ， 水胶 比增加 ， 普通硅酸盐水泥体系泡 沫混凝 土的 f e r e t m e a n 孔径 增加 ， 硫铝酸 盐水泥体 系泡 沫混凝 土的 f e r e t m e an 孔径减小． 。 3 当水胶 比在 0 ． 4 5 0 ． 6 5范 围内时， 随着水胶 比的 增大 ， 两种胶凝材料体系泡沫混凝 土的抗压强度先增加后 降低， 均在水胶比为 0 ． 5 5时强度达到最大值。 参考文献 [ 1 ]R AMA MU R T H Y K， K U N H A N A N D A N E K， N A MB I A R G， e t a 1 ． A c l a s s i fi c a t i o n o f s t u d i e s o n p r o p e r t i e s o f f o a m c o n c r e t e [ J 3 ． Ce me nt a n d Co n c r e t e Co mp os i t e s ， 2 0 0 9， 31 3 8 83 9 6． [ 2 ]邱军付 ， 罗淑湘， 鲁虹 ， 等． 普通硅酸盐水泥超轻泡沫混凝土的 试验研究[ J ] ． 混凝土， 2 0 1 4 1 3 { } 一 4 0 ． [ 3 ]王朝强， 谭克锋 ， 徐秀霞． 我国泡沫混凝土的研究现状[ J ] ． 混凝 土 ， 2 0 1 3 1 2 5 7 6 2 ． [ 4 ]谷亚新， 王延钊， 王小萌． 不同工艺泡沫混凝土的研究进展[ J ] ． 混 凝土， 2 0 1 3 1 2 1 4 8 1 5 2 ． [ 5 ]刘大庆， 陈博 ， 周文． 化学发泡剂应 用技术[ J ] ． 新型材料 ， 2 0 1 2 2 1 51 7 ． [ 6 ]Y A N G Q， Z H U P ， wu X， e t a 1 ． P r o p e r t i e s o f c o n c r e m w i t h a n e w t y p e o f s a p o n i n a i r e n t r a i n i n g a g e n t [ J ] ． C e m e n t a n d C o n c r e t e 上接第 2 9页 瓤 莨 血i 融 话 孔 径尺 寸对数 图 4 常温、 3 0 0 o C下掺量 5 ％橼胶混凝土的孔径分布 3 结 论 1 随着橡胶粉掺量 的增加 ， 橡胶混凝土抗压强度逐 渐降低 ， 但在 5 ％以内， 强度 降低在 1 5 ％ 左右 。 2 随着温度 的升高 ， 橡胶混凝土强度逐渐降低 ， 但在 7 0 0 o C时 ， 三者的强度相近。 3 由双因素可看 ， 掺量对橡胶混凝土强度 的影 响小 于高温对橡胶混凝土强度的影响 。 4 橡胶混凝土最可几孔径随着掺量的增加而增大， 随着温度的升高而增大 ， 且高温后橡胶混凝土孔径分布趋 于均匀。 参考 文献 [ 1 ]毛寿昌． 常温法处理废胎制造精细胶粉废橡 胶综合利用 新途径[ J ] ． 中国橡胶， 2 0 0 3 5 4 6 ． R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 3 0 8 1 3 1 3 1 3 1 7 ． [ 7 3刘立华， 邢丹． 发泡剂掺入量对泡沫混凝土性能的影响[ J ] ． 唐 山师范学院学报 ， 2 0 1 4 ， 3 6 2 3 6 3 8 ． [ 8 ]李博， 张晏清． 化学发泡泡沫混凝士制备及力学性能研究[ J ] ． 粉煤灰综合利用 ， 2 0 1 4 2 1 7 2 O ． [ 9 3毛晓红， 张婷， 张丹． 水料比对泡沫混凝土性能影响的试验研 究[ J ] ． 水科学与工程技术 ， 2 0 1 2 3 6 7 6 8 ． [ 1 0 ] 谭伟 ， 魏天伟 ， 陈明． 对 以双氧水为发泡剂的泡沫混凝土的探 究[ J ] ． 山西建筑， 2 0 1 3 ， 3 9 2 4 1 2 9 1 3 1 ． [ 1 1 ] 郭明洋， 杨荣俊， 张金喜． 水灰比对混凝土气泡特征参数影响 的试验研究[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 7 1 2 1 3 1 6 ． [ 1 2 ] 王燕谋， 苏慕珍 ， 张量． 硫铝酸盐水泥的分类及其各品种间的 区Y U E J ] ． 中国水泥 ， 2 0 1 1 1 2 9 1 1 ． [ 1 3 - 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