弹性路面混凝土实验研究.pdf

文 章编 号： 1 0 0 7 - 0 4 6 X( 2 0 i 0 ) 0 4 0 0 2 3 0 4 j 应用研 究 弹性路面混凝土实验研究 Ex p e r i me n t a l S t u d y o f F l e x i b l e Pa v e me n t Co n c r e t e 杨 波 ( 上海市建筑科学研究院 ( 集团)有限公司，上海2 0 0 0 3 2 ) 摘要 ： 通过 试验研 究 了微硅 粉 时橡胶颗 粒混凝 土 力学性能 的影响 。试验 过程 中。分 别利 用两种橡胶 颗粒部 分取代 粗 、细集料 进行橡胶混凝土制备 ，体积取代率从 2 5 0 5 0 分 6个等级微硅粉取代水泥用量从 0 2 0 。制备了 7 0组试 件 。测试 了橡胶混凝土的抗压强度 、劈裂抗拉 强度和静弹性模量。试验研究表明：随着橡胶颗粒体积掺 量的增大， 其 强度 和 弹 性 模 量 降低 ；而微 硅粉 的掺 入 改善 和提 高 了橡胶 颗粒 混凝 土 的力 学性 能 ，并 降低 了其 强度损 失 。 同时 ， 试验结果也表明，当橡胶颗粒体积掺量 2 5 ，能够制备 出强度在 1 6 3 2MP a 的用于工程实践的橡胶颗粒混凝土。 关键词 ： 混凝 土 ；力学性 能 ；橡胶 混凝 土 ；微硅 粉 中 图 分类 号 ：T U5 2 8 3 7 文献 标 识 码 ：A 0前 言 弹性混凝土是一种把橡胶微粒作为水泥混凝土的组成 材料配制而成的新型混凝土，又称为橡胶微粒混凝土。橡 胶微粒是固体工业废弃物的一种，主要由汽车废旧轮胎破 碎产生，大小为 l 2 m m 。 本论文通过掺入不同粒径范围的橡胶颗粒并掺加微硅 粉进行改性，以制备出满足我国道路工程需求的高弹性路 面混凝土材料。 1实 验 1 1试验材料与配比 ( 1 ) 水泥：本实验采用的水泥为上海海螺水泥有限公 司生产的海螺牌 4 2 5级普通硅酸盐水泥，其 2 8 d抗压强 度为 5 6 7 M P a 。 ( 2 )集料：细集料采用中砂，细度模数为2 8 ；粗集 料采用粒径为 5 2 2 5 c m连续级配的碎石。 ( 3 )微硅粉：由 E l k e n公司提供，颗粒粒径约0 0 1 0 1 mo ( 4) 橡胶轮胎颗粒：研究中将废旧橡胶轮胎加工为 两种形态，一种颗粒状 A，其粒径范围为 2 5 6 m m， 表观密度为0 8 3 g c m ；一种为纤维状 B ，其尺寸为长 1 0 1 5 m m，宽度为 1 3 m m ， 表观密度为 1 0 2 g e m 。 ( 5) 减水剂：M i g h t y 一 1 5 0 。 本研究主要探讨两个强度等级下的微硅粉和橡胶颗粒 对混凝土力学性能的影响，采用微硅粉取代部分水泥，掺 量变化范围为 0 一 2 0 ，具体配合比见表 1 。为了更好地 研究微硅粉对橡胶颗粒混凝土性能的影响，配比保持一致， 用 A、 B两种类型橡胶颗粒以等体积取代法，部分取代粗、 细集料，其中A取代细集料，B取代粗集料，体积掺量依 次为 2 5 0 ，5 ： 0 0 ，1 0 ，1 5 ，2 5 和 5 0 。 裹 1 掺徽硅粉废旧橡胶轮胎混凝土配比 k g m 3 1 2 试件制作 采用 3 0 1 的搅拌机进行拌和。首先将废旧橡胶轮胎颗 粒与 3 0 的拌和水进行预湿搅拌 1 m i n ，随后依次加入微 硅粉、水泥、砂、石并搅拌 1 ra i n ，最后将剩余的水和减 水剂加入并进行搅拌，直到搅拌均匀。将均匀的橡胶颗粒 混凝土装入试模并进行人工振动成型。 1 3试件养护与测试 选用不同标准尺寸的试件测试不同的性能参数。抗压 强度测试选用 1 5 0 mm1 5 0 m m1 5 0 m m立方体试模， 4 2 0 1 0 粉煤灰 2 3 劈裂抗拉强度选用 1 0 0 m m1 0 0 m m X 1 0 0 m m 立方体试 模，弹模试验选用 1 5 0 m m X 1 5 0 m m 3 0 0 m m长方体试 模，测试龄期为 2 8 d ，以上每组 3组试件进行测试，取 平均值。 试件成型 2 4 h后，脱模，然后将试件置于标准养护 室养护至规定龄期。抗压强度测试在 2 0 0 0 k N的压力试验 机上进行，加荷速度为 0 3 M P a s 0 5 M P a s ，劈裂抗拉 强度测试以0 0 4 M P a s 0 0 6 M P a s 速度进行加荷。 2 实验结果与讨论 2 1新拌橡胶颗粒混凝土性能 图 1 与图 2 分别给出了新拌橡胶颗粒混凝土坍落度 和表观密度的性能特点。从图 1 中可见，对于相同微硅粉 掺量条件下，随着橡胶颗粒体积掺量的增大，其流动性大 幅度下降，特别是当体积掺量达到 5 0 时，其坍落度接 近 0 ，难以满足施工的要求，因此需要通过掺加减水剂或 增大用水量才能保证施工要求。微硅粉的掺入也相应地降 低了拌和物的流动性，主要是因为微硅粉属于一种非常细 的颗粒，需水量极大，其掺入必将带来拌和物流动性的降 低。通常在掺加微硅粉配制高强混凝土时，以高效减水剂 复合使用。同时在图 2 中发现：随着橡胶颗粒体积掺量的 增大，其表观密度从 2 4 2 7 k g m 下降到 1 8 0 5 k g m ，可 见橡胶颗粒的掺加能降低混凝土的密度，当橡胶体积掺量 达到 5 0 时，其表观密度只有普通混凝土的 7 5 。 1 6 0 1 0 0 鋈8 0 2 0 0 橡胶颗粒体积掺量 f a ) wc= O 6 0 橡胶颗粒体积掺量 ( b ) w c ： o 4 0 图 l 橡胶颗粒和微硅粉掺量对新拌混凝土坍落度的影响 2 4 CoAL ASH 4 2 01 0 目 相 雕 摧 看 翱 饔 橡胶颗粒体积掺量 r a ) w c= 0 6 0 橡 胶颗 粒体 积掺 量 ( b ) w c= O 4 0 图 2 橡胶颗粒和微硅粉掺量对新拌混凝土表观密度的影响 因为微硅粉属于一种非常细的颗粒，需水量极大，其 掺人必将带来拌和物流动性的降低。通常在掺加微硅粉配 制高强混凝土时，以高效减水剂复合使用。同时在图 2 中 发现 ：随着橡胶颗粒体积掺量的增大，其表观密度从 2 4 2 7 k g m 下降到 1 8 0 5 k g m ，可见橡胶颗粒的掺加能 降低混凝土的密度，当橡胶体积掺量达到 5 0 时，其表 观密度只有普通混凝土的7 5 。 2 2硬化橡胶颗粒混凝土力学性能 表 2给出了所有橡胶颗粒混凝土所测试的2 8 d 抗压 强度、劈裂抗拉强度和静弹性模量，以下将分别进行讨论。 2 2 1抗压强度 图 3 给出了不同水灰比下掺加微硅粉和不掺加微硅粉 橡胶颗粒混凝土中橡胶颗粒掺量对其抗压强度的影响。从 图 3表 2中可见：对于未掺加微硅粉的橡胶颗粒混凝土， 随着橡胶颗粒体积含量增大，在水灰比分别为0 6 0和0 4 0 下，其强度下降依次从 4 7 MP a7 MP a和 7 0 MP a 1 0 M P a ；而掺有微硅粉的则下降范围分别是 6 1 MP a一 7 M P a 和 8 6 M P a 1 1 M P a 。从图3中抗压强度数据变化 可见，在低水灰比下，当橡胶颗粒掺量体积高达 2 5 时， 其抗压强度也能达到 4 0 MP a ，满足通常的建筑工程需求 同时发现，对于两种水灰比下的橡胶颗粒混凝土，当橡胶 颗粒体积掺量达到 5 0 时，无论是否掺加微硅粉，其抗 压强度均下降了 8 5 左右。图4给出了微硅粉掺量对橡 舳 柏 加 加 0 胶颗粒混凝土强度的影响。从图4中可见：在水灰比较大 时，微硅粉的掺加对其强度改善明显，对于素混凝土，其 强度提高幅度从 6 0 0 1 3 ；而对于橡胶颗粒混凝土， 强度提高幅度从 2 0 0 4 3 。对于相同的水灰比和相 同的橡胶颗粒体积掺量，强度提高幅度随微硅粉掺量提高 从 5 0 0 增大到 2 0 ，尤其是对于高水灰比下，其强度 提高幅度最大达到2 5 。这主要是因为微硅粉的微集料的 填充效应，使得橡胶颗粒与水泥砂浆间界面强度增强。 表 2 橡胶颗粒混凝土所测试的力学性能结果 通常，橡胶颗粒混凝土抗压强度会随着橡胶颗粒体积 掺量的增大而下降显著，主要原因是： ( 1 ) 橡胶颗粒比 较软 ( 变形较大)，这样当混凝土承受荷载时，易于在橡 胶周围产应力集中从而导致破坏； ( 2) 橡胶颗粒与水泥 砂浆界面黏结力较弱。因此，掺加微硅粉能够提高橡胶颗 粒混凝土抗压强度。 9 O 40 墨3 0 0 橡胶颗粒体积掺量 ( a)w c O 6 0 橡胶颗粒体积掺量 ( b)w c =O 4 0 图 3 橡胶颗粒体积掺量与微硅粉掺量对橡胶颗粒混凝土抗压强度的影响 4 5 4 0 3 5 餮 l 0 5 0 0 2， 5 1 0 l 5 2， 5 0 橡胶颗粒体积掺量 ( b)w c = 0 4 0 图 4 微硅粉掺量对橡胶颗粒混凝土抗压强度提高比例 2 2 2劈裂抗拉强度 图5给出了橡胶颗粒混凝土劈裂抗拉强度随微硅粉和 橡胶颗粒掺量变化曲线。从图表中可见，其整体变化趋势 与抗压强度类似。对于素混凝土，水灰比分别为 0 6和 0 4下，其劈裂抗拉强度分别为 3 1 P a和 4 1 M P a 。微硅 粉掺入后，其劈裂抗拉强度分别从 3 5 M P a 提高到3 7 M P a 和4 - 3 M P a 提高到 4 7 MP a 。图 6给出了微硅粉掺量对橡 胶颗粒混凝土劈裂抗拉强度的影响，其变化规律与抗压强 度类似，当水灰比不变时，微硅粉掺量对其影响显著，其 强度分别提高了 1 9 和 1 5 。 4 2 0 1 0 粉煤灰 2 5 如 加 m 0 ：会如 加 m 0 莲槲 磐 嘿 撼 室 疆 堰 躲 橡胶颗粒体积掺量 ， I al w c = o 6 0 椽胶颗粒体积掺量， ( b) w c = o柏 图5 橡胶颗粒体积掺量与微硅粉掺对橡胶颗粒混凝土 劈裂抗拉强度的影响 述 4 5 嚣40 呶0 O 2 5 5 l 0 1 5 2 5 5 0 橡胶颗粒体积掺量 l a) w c = o 6 0 一 橡胶颗粒体积掺量 ( a) w c = O 6 0 橡 胶颗 粒体 积掺 量 ( b) w c = O 4 0 图 7 橡胶颗粒体积掺量与徽硅粉掺量对橡胶颗粒混凝土弹性模的影响 3结 论 ( 1 ) 通过新拌混凝土性能试验，采用掺加微硅粉的 方法能够制备符合浇注工程需求的具有良好和易性的轻质 橡胶颗粒混凝土。 ( 2 )随着橡胶颗粒体积掺量的增大，其强度和弹性 模量降低；而微硅粉的掺人改善和提高了橡胶颗粒混凝土 的力学性能，并降低了其强度损失。 ( 3 ) 从满足工程需求的力学性能看，橡胶颗粒混凝 土其橡胶颗粒的体积掺量不宜超过 2 5 。从测试试验结 果看，在水灰比为 0 4时，橡胶颗粒体积掺量达到 1 5 时，可获得强度为 4 0 M P a的橡胶颗粒混凝土。当橡胶颗 粒体积掺量 2 5 ，能够制备出强度在 l 6 3 2 M P a 的用于 工程实践的橡胶颗粒混凝土。 参考文献 【 1 张志国大空隙率透水沥青铺面应用的探讨【 J 】 内蒙古公路与运输2 0 0 2 ( 3 ) ：2 0 2 1 。 2 】霍亮，高建明 透水性泥凝土透水系数的试验研究 J 混凝土与水泥制 2 o o 4 ( 1 ) ： 4 4 4 6 【 4 】石元坤，张学亮 粉煤灰透水混凝土的试制研究 J 】 粉煤灰综合利用 2 0 0 2( 1 ) 3 9 4 0 【 5 】李耀龙 透水性混凝土及其性能f fI 】 天津建设科技 2 0 0 2 ( 2 ) ： 2 1 - 2 2 【 6 】杨静， 蒋国梁 透水性混凝土路面材料强度的研究【 J 】 混凝土，2 0 0 0 ( 1 O ) ： 2 7 3 2 收稿 日期： 2 0 1 0年 4月 6日