钢纤维改性橡胶混凝土力学性能试验研究

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1、钢纤维改性橡胶混凝土力学性能试验研究第1章绪论1.1研究背景及意义近几年国民经济平稳迅速发展，尤其是基础设施如高速公路、高等级的公路和公路网络的发展更是迅猛，而这些公路的快速发展直接促进了汽车工业的发展，那么随着车辆的不断增加，废旧轮胎的产量更是惊人，在我国许多大城市的郊区或城乡结合区，都可以看到像小山一样大小的废旧轮胎堆积点。资料显示，每年全世界的汽车轮胎报废量有10亿条以上，而国内2006年生产轮胎量就达到2.8亿条（不包括摩托车轮胎），废旧轮胎达到1.5亿条，约合410万t，并且以每年15%的速度递增，废旧

2、轮胎量居世界首位[1]。在自然条件下，废旧轮胎橡胶是一种极难降解的固体聚合物，它填埋和堆放的地方极易成为蚊子、苍蝇的滋生场所[3]。废旧橡胶的回收及再处理已经成为世界性的环境污染和资源浪费的问题，废旧轮胎橡胶合理的回收和再利用，对我们这种资源相对缺乏、环保相对突出的国家来说具有更重要意义。由于我们国家资源过度开发、消耗，导致资源浪费量过大，与此同时，对环境污染也较严重，根据我国国情，我国必须倡导且必须要坚持环境友好、资源节约型两型的建设。将废旧橡胶轮胎磨成粉或颗粒掺入沥青等材料中，已经被比较广泛的应用到了现代公路

3、建设中，橡胶的掺入降低了车辆行驶时的马路噪音；提高了沥青的黏度、抗变形能力，且有较强的封水性能。将橡胶颗粒掺入到水泥混凝土中也是废物利用的有效方式，混凝土中掺入橡胶颗粒后，可以提高混凝土的韧性、抗冲击性能和减震性能，但是，混凝土的抗压强度及抗折强度下降明显[4]。强度是混凝土材料最重要的力学指标，而橡胶混凝土强度较低的缺点，限制了橡胶混凝土材料的推广应用，在这种情况下，改性橡胶混凝土也就应运而生。国外Eldin[5]等试验研究了用水预先浸泡橡胶的橡胶混凝土抗压强度比未处理的橡胶混凝土提高16%。经过NaoH饱和溶

4、液预先浸泡橡胶颗粒的橡胶混凝土抗压、抗折强度均有很大提高[6]。RafatSiddique[7]等试验研究了用氯化镁水泥作为胶凝材料时，橡胶混凝土的抗折、劈裂抗拉强度均大程度高于普通水泥的橡胶混凝土。郑州大学的马青文等学者也研究了用NaoH溶液进行橡胶颗粒表面处理，处理后的橡胶混凝土的强度和韧性有不同程度的提高，但是通过化学溶液浸泡橡胶颗粒后，将产生对混凝土性能不利的残留物，并且会污染生态环境[8]。.1.2国内外研究与发展现状废旧橡胶轮胎经过粉碎、研磨、分选等机械处理，可以加工成大小不同的橡胶块（13-76mm

5、）、橡胶颗粒(0.15-19mm)、橡胶粉(0.075-4.75mm)。橡胶粉粒具有天然弹性，而不具有粘性和可塑性，橡胶分子结构为空间网络状，其在外力作用下，能够很快的发生较大变形，一旦外力撤销，又重新恢复原来的形状，并且橡胶还具有一定的强度、抗滑移性能，因此，在混凝土中掺橡胶将是一种对混凝土改性的有效物理方法。国内外关于橡胶混凝土力学性能方面起始于二十世纪八十年代末，具体研究如下：1993年，关于橡胶混凝土的力学性能试验研究，结果表明，随橡胶掺量的增加，橡胶混凝土立方体抗压强度和立方体劈裂抗拉强度均逐渐下降；当

6、混凝土中的所有粗骨料被橡胶颗粒取代时，则其立方体抗压强度、立方体劈拉强度分别下降85%、50%；当混凝土中的所有细骨料被橡胶颗粒取代时，则其立方体抗压强度、立方体劈拉强度下降量至多分别达到65%、50%，但是，橡胶混凝土吸收能量的效果和韧性效果均远远大于普通混凝土；两人通过多组试验及分析研究，得出掺入橡胶后的混凝土破坏机理的本构模型，从而为后人的研究奠定重要基础[6]。Ali和FattuhiandClark[11]研究得出，掺入较小粒径的橡胶颗粒导致混凝土抗压强度下降量大于掺入较大粒径橡胶颗粒的；Khatib、B

7、ayomy[12]和Topcu[13]通过试验研究，结论与其正好相反。.第2章试验材料与试验设计2.1试验原材料2.1.1水泥水泥在钢纤维橡胶混凝土中作为一种胶凝材料，与水拌合生成水泥浆，作用1：把粗骨料、细骨料、橡胶颗粒和钢纤维等胶结成一体，凝结硬化形成钢纤维橡胶混凝土；作用2：可以填充骨料间的空隙，增强混凝土内部的密实性。本实验中所用水泥为武汉华新水泥股份有限公司生产的P.C32.5复合硅酸盐水泥。2.1.2碎石混凝土中常采用碎石作为粗骨料，由于碎石表面粗糙、多棱角，与混凝土中其他材料之间有良好机械嵌锁作用，

8、一般碎石比表面积比卵石要大，从而他需要较多的水泥砂浆，所以碎石与水泥砂浆的粘结性比卵石强，同等情况下，由碎石配制的混凝土强度比卵石的要高。钢纤维橡胶混凝土也采用碎石为粗骨料，且碎石最大粒径不超过20mm,粒径主要选取范围为5mm~20mm,级配曲线如图2.1所示。2.2试件及配合比设计2.2.1试件分组设计本文主要研究的是钢纤维掺量、橡胶掺量二种因素对钢纤维橡胶混凝土性能