橡胶混凝土基本力学性能试验研究

陈振壮叶国平郭加雄吕金洪

中国建筑第四工程局有限公司广东广州510006

摘要：由于橡胶具有较大的变形能力，在外荷载作用下吸收更多的能量而变形较小，所以在混凝土材料中加入橡胶可以改变普通混泥土的基本力学性能，本文在总结前人相关研究的基础上，重点研究橡胶颗粒的粒径和掺量对混凝基本力学性能实验的研究。

关键词：橡胶；混凝土材料；力学性能

1实验过程

1.1原材料的基本性能

粗骨料：产自河南荥阳贾峪，石灰石质碎石，粒径5mm~20mm连续级配，含泥量＜3%，泥块含量＜0.5%，含水率为0.3%，符合GB8076-2008中的规定。

细骨料：焦作和郑州产的混合砂，表观密度为1650kg/m3，含水率为5.1%，含泥量＜3%，泥块含量＜1%。

水泥：河水泥的具体物理性能指标如表1所示。

粉煤灰：产自焦作电厂，Ⅱ级粉煤灰。

减水剂：科之杰新材料集团有限公司出产的Point-400高效减水剂。

橡胶集料：产自河南郑州一橡胶厂，分别采用40目（0.45mm）、级配连续的1~3mm以及2~4mm三种粒径，表观密度为分别为1168kg/m3、1114kg/m3和1065kg/m3。

1.2配合比设计

具体的结构设计如表1所示。

表1混凝土试件配合比（kg/m3）

1.3实验试件统计

在本文的试验中，立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试件的尺寸均为的立方体试块，轴心抗压和弹性模量的尺寸均为棱柱体试块，抗折实验的试件的尺寸为棱柱体试块。

1.4橡胶的改性处理

在本文中使用的是无机改性剂NaOH，实验之前配置密度为3%的NaOH溶液若干，将橡胶颗粒倒入到NaOH溶液内，边搅拌边倒入，为了保证橡胶颗粒可以处理充分，加入橡胶颗粒以后静置12h。然后取出橡胶颗粒，用清水反复冲洗，直到橡胶颗粒的表面的NaOH冲洗干净，表面不在有滑腻感为止。然后晾晒干，不能有水存在，以免影响试样过程中的水灰比。试验过程中为了保证安全，用NaOH处理的过程中全部带橡胶手套。

2抗压实验结果与分析

2.1抗压试验结果

实验中发现，没有掺加橡胶颗粒的普通混凝土为明显的脆性断裂，断裂后的截面形状为锥形破坏。而掺加的橡胶颗粒的混凝土有明显的塑性，橡胶混凝土试块在承受外加荷载的作用时，首先在试件的边缘出现一些裂缝，但是破坏后试件依然保持明显的完整状态，对于掺量较高的试件，由于粘结力较弱，试件的脚部有脱落的现象，但是对于试件的整体并没有发现有解体的现象。这和对照的显现完全不同。

2.2抗压试验分析

橡胶混凝土的破坏形式为塑性破坏，可能是因为橡胶颗粒是作为弹性体分布在混凝土中，当承受外界荷载作用的时间，因为橡胶颗粒周围的水泥胶凝材料产生应力集中而受拉开裂，但是橡胶颗粒的变形能力较高，橡胶颗粒较大的变形阻碍了微裂缝的进一步发展，从而使得试件在受压破坏时，内部裂缝无法贯通，使试件在破坏时表现出了较好的完整性。

立方体试块28天抗压强度折减系数为，按下面的公式计算：

式中KR——抗压强度折减系数

——橡胶混凝土28天抗压强度

——对照组混凝土28天抗压强度

对于同一种粒径的橡胶颗粒，随着橡胶颗粒含量的增加，抗压强度折减系数增大，这说明橡胶混凝土的抗压强度下降的越多，对粒径为40目的A组，当橡胶颗粒的含量为10%时，抗压强度与对照组相比降低了17.8%。但当橡胶的含量增大到30%时，抗压强度与对照组相比降低了57.1%。

当橡胶颗粒的掺量较少时，40目的橡胶混凝土的抗压强度降低的最少，但是当掺量增大到30%时，粒径为1-3mm的橡胶混凝土的抗压强度降低的最少。有结果可以看到，当橡胶的含量超过20%是混凝土的强度下降的较多，故橡胶的掺量不易超过20%。

3抗拉实验结果与分析

3.1抗拉试验结果

劈裂抗拉强度按下式计算：

式中——混凝土劈裂抗拉强度（MPa）

F——试件破坏荷载（N）

A——试件劈裂面积（mm2）

在本实验中使用的是非标准试件，因此按照上述式子得到的实验结果应该有折减，折减系数为0.85。劈裂抗拉强度结果应该精确到0.01MPa。

研究劈裂过后的试件，可以看到橡胶颗粒在试件内部分布较为均匀，但是不可避免的在试件上部有轻微的上浮现象（如图8所示），并且橡胶颗粒的粒径越大上浮现象越明显。因为橡胶颗粒的密度较小在振捣的过程中容易上浮，这与振捣的时间和橡胶颗粒的掺量有关，怎么克服实验过程中的上浮现象还需要进一步的研究。

3.2抗拉试验分析

不管是何种掺入量橡胶混凝土的劈裂抗拉强度和对照组相比均有不同程度的减少。对于A组橡胶在替代量分别为10%、20%、30%的情况下劈裂抗拉强度分别减少了17.5%、30.8%、39.5%。B组的劈裂抗拉强度减少的是最多的，在替代量分别为10%、20%、30%的情况下劈裂抗拉强度分别减少了19.3%、36.0%、41.4%。C组的实验结果是介于二者之间，劈裂抗拉强度分别减少了12.7%、28.7%、37.4%。可以看出在粒径为1-3mm掺量为30%时，橡胶混凝土的减少量最大。

混凝土的拉压比是用抗拉强度的值除以抗压强度。对照组混凝土的拉压比为0.092，但是C3组混凝土的拉压比已经达到0.137。由拉压比的结果可以看出掺入橡胶颗粒以后拉压比均比对照组混凝土的大。

4结论

拉压比是混凝土脆性的重要指标，抗拉强度和压缩比越大，混凝土的韧性越好，脆性越小，变形能力越大，反之亦然。这说明橡胶颗粒的加入改变了混凝土的韧性，变形能力增强。

参考文献：

[1]胡鹏，朱涵.掺橡胶细粒混凝土的渗透性与微观结构[J].混凝土与水制品，2007，02：4-6.