塑钢纤维增强的橡胶混凝土基本强度及变形特性

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1、塑钢纤维增强的橡胶混凝土基本强度及变形特性1绪论1.1论文的研究背景与意义随着汽车产业的迅猛发展，废旧轮胎的数量以惊人的速度递增，成为国际公认必须处理的固体废弃物[1]。橡胶作为有机高分子弹性材料，降解性较低，废弃后的大量堆积不仅占用耕地、破坏植被生长，而且滋生蚊虫，严重危害人类健康和地球生态环境。因此如何妥善处理废旧橡胶轮胎引起了国内外专家学者的重视。20世纪80年代末开始，研究者针对废旧橡胶的回收利用进行了一系列的试验研究，其中将废旧橡胶颗粒加入到混凝土中形成的复合混凝土被公认为最有效的方式之一[2]。橡胶混凝土造价较低，消耗橡胶量大，同时相对于普通混凝土具有良好的弹性、韧性、抗

2、疲劳开裂、降噪隔音、抗冻抗渗等性能，但存在明显不足，一是强度明显降低[3~7]，限制了橡胶混凝土在工程中的应用。二是混凝土拌合时，橡胶颗粒上浮，离散化程度差，影响了橡胶混凝土的力学性能。力学性能的欠佳是橡胶混凝土广泛应用的障碍，如何改善和避免这些缺陷成为工程界和学术界研究的重点。已有研究表明，在橡胶混凝土中掺入纤维材料，利用纤维的拉结作用，可制备出韧性好、抗裂性好、强度满足力学要求的混凝土材料，进一步改善橡胶混凝土的施工性能及物理力学性能。目前混凝土中常用的纤维种类有钢纤维、聚丙烯纤维和塑钢纤维等。钢纤维是一种新型高性能的纤维品种，它以切断细钢丝、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝

3、等方法制成，掺入混凝土中可提高强度，但其生产成本较高、相对密度较大，掺量大时搅拌困难、施工困难；同时钢纤维在混凝土中不易均匀分散，外露时容易在养护阶段锈蚀从而影响耐久性。聚丙稀纤维的原料广泛、生产成本较低、质轻、抗碱性好，掺入混凝土中有助于提高抗裂性和耐久性，但其弹性模量较小，在较高应力下混凝土易达到极限变形；同时柔性大、吸水性差、容易结团、与水泥基体粘结弱。钢纤维和聚丙烯纤维的一系列缺点限制了它的进一步发展，此时就需要研发新型纤维材料。.1.2国内外研究现状国外橡胶混凝土的研究始于20世纪80年代末，起步较早，众多专家学者对橡胶混凝的强度、弹性模量、耐久性等多方面进行了研究，并取得

4、了一系列成果。本文主要从施工性能、力学性能、耐久性能、抗冲击性能和隔音隔热性能等多个方面进行描述。Raghvan.D和Huynh.H等[8]将两种不同几何形状的橡胶加入到水泥砂浆中，试验表明，掺入橡胶的砂浆裂缝宽度明显减小，延长了开裂时间；橡胶掺量越多，试件内部裂缝的长度和宽度就越少，同时裂缝开裂时间相对越晚。Zaher.K.Khatib等人[9]研究发现，随着橡胶粉掺量的增加混凝土的坍落度降低，当胶粉掺量比例增加到一定程度时，混凝土的坍落度几乎为0；细橡胶颗粒对混凝土坍落度降低的影响更显著。众多研究表明，橡胶混凝土的塑性及韧性得到了较大的改善的同时，强度有一定程度的降低。Topcu

5、[10,11]的研究表明，混凝土中掺入橡胶粉后抗压强度降低；橡胶粒径越大，强度降低越明显。Fattuhi和Clark等人[12]的研究表明水泥净浆、砂浆和混凝土的强度均随橡胶掺量的增加而降低，容重也有所减小。A.Benazzouk和K.Mezreb等人[13]研究表明，锯齿状和弹性系数大的橡胶颗粒在混凝土材料的变形能力和抗折强度方面均有所改善；橡胶掺量越大，抗折强度提高，同时抗压强度降低。.2试验原材料及试验设计2.1试验原材料本文采用包头市蒙西水泥有限责任公司生产的P•O42.5R普通早强型硅酸盐水泥，其主要化学组成及基本物理性能指标如表2.1和表2.2所示。其他指标符合

6、GB175-2007标准要求。砂率的影响因素较多，所以一般先通过试验或根据已有经验暂定砂率，随后由拌合物和易性试验确定。塑钢纤维掺入到橡胶混凝土中，会使混凝土和易性下降，此时需增大砂率。砂率过高会降低混凝土的强度，砂率过低会使混凝土流动性变差。综合考虑着两方面的影响，根据现有文献，本研究的砂率最初暂定为0.4，根据试配的结果进行修订。根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）的规定进行配合比设计。据上述已有的实验研究结果，采用整体最优的性能参数。因此橡胶颗粒粒径选用5-10目，在保证砂石比例不变的原则下，以15%等体积代砂将橡胶颗粒加入到混凝土中；外掺长度为30~40m

7、m的塑钢纤维2kg/m3、4kg/m3、6kg/m3、8kg/m3、10kg/m3；粉煤灰和矿渣粉各按胶凝材料的15%掺入。固定胶凝材料为400kg/m3、改变用水量140kg/m3、160kg/m3、180kg/m3分别得到0.35、0.4、0.45三种不同水胶比。.2.2试验设计三种不同橡胶颗粒5-10目、6-18目、40-60目，分别以2%，5%，10%，15%，20%，25%等体积取代细骨料进行试验，测定混凝土试件的基本力学性能以确定本试验采用的橡