废轮胎骨料对粉土基可控性低强度材料抗冻性影响研究.pdf
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1、新型建筑材料圆园23援090引言在我国北部高纬度地区和西部高海拔地区广泛分布着冻土,季节性冻土地区更是占领土面积的一半以上1。这些地区受温度影响变化,土体中的水分产生相变引起土体的体积膨胀或收缩,出现冻胀融沉的现象,导致桩基失效、路基翻浆、坡体失稳、塔基歪斜等岩土工程问题。减轻季节性冻土地区和永冻性冻土地区的冻害对工程具有重大意义。与此同时,随着经济的发展和大量基础设施建设,许多工程中无可避免存在大量的开挖剩土2,在工程场地有限的情况下开挖出的剩土还需要外运,产生额外费用。汽车工业的发展导致大量报废轮胎逐年上升,废轮胎虽然可以回收但仍然存在一部分作为固体废弃物堆放填埋3。废轮胎骨料对粉土基可控
2、性低强度材料抗冻性影响研究施娇婕1,2,李朝晖1,2,李鑫1,2,张立娟1,2(1.西北民族大学 土木工程学院,甘肃 兰州730124;2.甘肃省新型建材与建筑节能重点实验室,甘肃 兰州730124)摘要:粉土基可控性低强度材料可广泛应用于公路三背回填和狭窄空间回填,无需振捣,具有施工快速节约人工成本的特点。以废轮胎派生骨料橡胶颗粒(约5 mm)替代部分粉土作流动性回填材料的细骨料,研究了废轮胎颗粒掺量对粉土基可控性低强度回填材料抗冻性的影响。结果表明,随废轮胎颗粒掺量增加,混合物强度损失率出现先减小后增大的趋势。掺加适量废轮胎橡胶颗粒可以显著提高粉土基可控性低强度回填材料的抗冻性,降低材料的
3、强度损失率,抑制裂缝的产生与扩张。但当掺量过大时(跃80%),强度损失率增大,试件表面严重剥蚀,不利于材料的耐久性。试验发现存在有利于抗冻性能的最佳掺量,当水泥含量较低时该掺量为40%,水泥含量较高时该掺量为 60%。关键词:废橡胶轮胎;可控性低强度材料;抗冻性;粉土;冻土地区回填中图分类号:TU528.041文献标识码:A文章编号:1001-702X(2023)09-0086-06Effect of waste tire aggregate on freezing resistance of silty based controlled low strength materialsSHI J
4、iaojie1,2,LI Zhaohui1,2,LI Xin1,2,ZHANG Lijuan1,2(1援College of Civil Engineering,Northwest University for Nationalities,Lanzhou 730124,China;2援Gansu Key Laboratory of New Building Materials and Building Energy Conservation,Lanzhou 730124,China)Abstract:Soil-based controlled low-strength materials ca
5、n be widely used in highway and narrow space backfill,without vi原brating,and have the characteristics of quick construction and labor cost saving.In this study,rubber particles(5 mm),which arederived from waste tires,are used to replace part of silty soil as fine aggregate of flowing backfill materi
6、al,and the influence of thecontent of waste tires on the frost resistance of soil-based controllable low-strength backfill material is studied when the weight ofwaste tires accounts of silty soil respectively.Waste tire particles have high elasticity,high thermal insulation and hydrophobicity.When t
7、he content of waste tire particles increases,the strength loss rate of mixture decreases first and then increases.Adding aproper amount of waste tire rubber particles can significantly improve the frost resistance of silt-based controllable low-strengthbackfill materials,reduce the strength loss rat
8、e of materials,and inhibit the generation and expansion of cracks.However,when therubber content is more than 80%,the strength loss rate will increase and the surface of the specimen will be severely denuded,which is not conducive to the durability of the material.The experiment shows that there is
9、an optimum rubber content of frostresistance,which is 40%when the cement content is low,and 60%when the cement content is high.Key words:scrap rubber tire,controlled low strength material,frost resistance,silt,backfill of permafrost areas基金项目:甘肃省自然科学基金项目(22JR5RA180)收稿日期:2022-11-09;修订日期:2023-06-06作者简
10、介:施娇婕,女,1997 年生,硕士研究生,E-mail:。通讯作者:李朝晖,博士,教授,E-mail:。中国科技核心期刊86晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂在土木工程回填项目中,许多场地狭窄,无需振捣、自流平、强度可控的流动性回填材料成为该领域的研究热点。可控性低强度材料(Controlled Low Strength Material,简称 CLSM)是一种 28 d 无侧限抗压强度不高于 8.3 MPa、高流动性、可自密实、无需振捣或少许振捣便可自密实的回填材料4-5。Du等6在 2003 年开发出一种利用当地天然砂和 C 级高钙粉
11、煤灰制成的早强、速凝的可控性低强度材料用于修复美国得克萨斯州圣安东尼奥的几座大桥,基于材料的速凝特性,修复过程仅花了 4 个晚上,并且大大改善了桥梁的路段状况,基本没有出现“桥头跳车”的现象。Lim 等7利用高碳粉煤灰和铜渣开发一种具有导电性能的 CLSM,使CLSM 能应用于电磁屏蔽、道路除冰等方面。Wang8将废液晶玻璃磨成粉应用于 CLSM 中,制备出满足高流动性、低强度、高渗透率、低电阻等特性的 CLSM,并发现抗压强度随着玻璃粉与砂置换量的增加有降低的趋势,超声波脉冲速度随着置换量的增加而增大。Ran 等9将黏土砖建筑垃圾应用在可控性低强度材料中,还建立了 2 个自变量(水泥与砂子之
12、比、水和所有固相之比)的拟合模型。目前已有研究证实橡胶颗粒和土经过合理的配比能够制备出各方面均合格的 CLSM。Anil10利用管道施工现场取回的土样制备 CLSM,结果证实高塑性黏土可以成功作为可控性低强度材料的骨料。Kim 和 Kang11发现在轻土基CLSM 中加入橡胶,可以降低样品的单位质量和强度,材料应力应变曲线也表现出材料的破坏过程是塑性破坏而不是脆性破坏,橡胶含量较低的样品应力应变曲线有明显的峰值,剪切模量较高。开发废轮胎派生骨料橡胶颗粒改良粉土基可控性低强度材料应用于季节性冻土地区及永冻土地区,利用现场开挖的弃土,添加废轮胎派生骨料制成可流动性回填材料,既可以开辟废弃物在土木工
13、程中的处理途径,又可以节约天然建筑材料,降低成本,还可以利用废轮胎颗粒的优良特性改善建筑材料的性能12,特别是提升材料的保温性能,降低冻融循环带来的危害,有利于可持续发展。但同时也对材料抗冻性提出了更高的要求。目前对以粉土和废轮胎橡胶颗粒作为骨料的可控性低强度材料抗冻性的研究还非常少,虽然有许多的研究证实,在混凝土中掺入橡胶材料能够有效改善混凝土的抗冻性能,但关于废轮胎橡胶颗粒是否能够改善粉土基可控性低强度回填材料抗冻性的还需要进一步研究。因此,本文开展了废轮胎派生骨料改良粉土基可控性低强度材料的抗冻试验,通过试件的破坏形态、强度损失率、质量损失率和弹性波速研究分析废轮胎橡胶颗粒对材料抗冻性的
14、影响情况。1试验1.1试验材料水泥:兰州京兰水泥厂,P O42.5R,标准稠度用水量为145 mL,初、终凝时间分别为 125、255 min,28 d 抗折、抗压强度分别为 6.5、52.3 MPa,符合 GB 1752007 通用硅酸盐水泥 的要求;粉煤灰:域级,甘肃宏大投资开发集团(西固热电厂),细度(45 滋m 筛筛余)为 30%,需水量比 105%,烧失量8%,符合 GB/T 15962005 用于水泥与混凝土中的粉煤灰的要求;细骨料:江苏泰州、粒径为 15 mm 的黑色废轮胎橡胶颗粒和兰州当地某工地挖掘剩土。土的液限为 27.6%,塑限为 18.9%。废轮胎破碎橡胶颗粒如图 1 所
15、示,颗粒级配如图 2所示。图 1废轮胎破碎橡胶颗粒图 2橡胶颗粒的级配1.2试验方案设计为保证试验变化规律的准确性,设置 2 个不同的水泥掺量,按水泥质量占干土质量的比例,将试验分为高水泥掺量和低水泥掺量 2 大组。低水泥掺量组中 m(水泥)颐m(粉煤灰)颐m(粉土)=1颐2颐8;高水泥掺量组中 m(水泥)颐m(粉煤灰)颐m(粉土)=1颐1颐4。拌合水用量以材料达到合格的流动度所需用水量进行添加。每组试验按废轮胎橡胶颗粒掺量占粉土质量的 0、20%、40%、60%、80%、100%进行对照试验,2 组试验共 12 种配合比,具体如表 1 所示。施娇婕,等:废轮胎骨料对粉土基可控性低强度材料抗冻
16、性影响研究87新型建筑材料圆园23援09图 3低水泥掺量组试件冻融循环后的破坏形态表 1CLSM 的配合比1.3试验方法本试验抗冻性测试方法参照 JGJ/T 702009 建筑砂浆基本性能试验方法标准中的慢冻法进行,采用 70.7 mm伊70.7mm伊70.7 mm 的立方体试件,每种配比制备 6 个试块,分别作为抗冻与抗冻试件同龄期的对比抗压强度检验试件。试验前2 d 将试件从标准养护箱中取出浸泡 48 h。2 d 后将对比试件放回标准养护箱中继续养护,冻融试块放入冷冻箱在-20-15 益的温度下冻 4 h 后取出,放入水中融化 4 h,以上 8 h 为 1个循环。因为试件本身强度较低,参考
17、文献13中建筑渣土基可控性低强度材料的冻融循环试验,本试验仅进行 2 次冻融循环。其中,强度损失率=(对比试件强度-冻融试件强度)/对比试件强度,质量损失率=(试件冻融前质量-试件冻融后质量)/试件冻融前质量。1.4试验仪器设备冻融试验使用上海路达实验仪器有限公司生产的低温试验箱对试件进行冷冻;使用微型控制电子万能试验机对试件进行力学性能测试,保持加载速度为 1 mm/min;超声波速测试使用 ZBL-U5600/U5700 多通道超声测桩仪进行。2试验结果与讨论2.1试件破坏形态试件经过 2 次冻融循环后的破坏形态如图 3、图 4 所示。编号 组别橡胶掺量/%材料用量/(kg/m3)水泥粉煤
18、灰粉土橡胶水1#低水泥掺量组0107.24214.47857.880560.412#2094.52189.05756.20151.24493.993#4084.41168.82675.28270.11461.384#6076.21152.42609.69365.81434.865#8068.07136.14544.54435.63415.626#10058.42116.83467.33467.33408.097#高水泥掺量组0202.43202.43809.710569.438#20180.90180.90723.60144.72508.879#40160.45160.45641.79256.
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