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浅析橡胶钢纤维混凝土性能
摘要：将废旧橡胶与钢纤维同时作为掺合料添加到混凝土中，既可以发挥橡胶混凝土增韧减脆及隔声减震的作用，又利用了钢纤维混凝土较好的抗折及抗拉强度，解决了传统混凝土收缩大，脆性大，抗折强度低等缺点。本文通过橡胶和钢纤维掺量的变化对混凝土工作性及力学性能的试验，找出橡胶及钢纤维的最佳掺量。
1.绪论
混凝土是一种脆性材料，其特性为延性差，冲击强度低以及抗震性低。有效地改进混凝土的韧性及抗冲击性已经做为了研究混凝土的首要目标。在众多的可行方案中，由于具有优异的弹塑性能，在混凝土中加入废旧汽车轮胎碎片可以解决上述问题。与此同时，减少对废旧轮胎的处理也可以保护环境。
均匀分散的纤维在混凝土中呈现三维网状结构，其效果是阻止粗、细骨料的下沉，减少混凝土表面的离析和泌水。从而可以有效降低由于胶凝材料的收缩引起的内力，并且纤维与水泥基体之间的界面粘结力会增大混凝土抵抗收缩变形的能力。
2.原材料
本试验采用河北省三河市燕郊建材有限公司出产的钻牌P·O 42.5#普通硅酸盐水泥，粉煤灰为石景山发电厂所产的II级灰，细骨料采用细度模数为2.4的天然砂，粗骨料采用粒径为5～20mm的碎石，橡胶采用粒径2～3mm的橡胶颗粒，钢纤维使用佳密克丝弯钩型钢纤维，长度35mm，直径0.55mm。
3.新拌混凝土的工作性能
表3-1混凝土基础配合比
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编号
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水泥(kg/m3)
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水(kg/m3)
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粉煤灰(kg/m3)
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砂(kg/m3)
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石(kg/m3)
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减水剂(kg/m3)
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WJ
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350
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170
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150
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709
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978
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10
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以橡胶掺量为1%、5%、10%、15%、20%等体积替代砂进行试配，测定橡胶混凝土的工作性能，混凝土的坍落度值见图3-1。
由图中可以看出，随着橡胶掺量的增加，混凝土的坍落度随之下降，但是掺量在10%以内时，混凝土的坍落度降低的并不明显。小掺量橡胶对混凝土坍落度影响不大的原因这可能是由于橡胶颗粒表面粗糙，包裹了一些气体，这些气体在混凝土搅拌时形成了气泡，气泡在混凝土拌和物中如同滚珠，减少了骨料间的摩擦，增强了润滑作用。随着橡胶的掺量增加，混凝土的坍落度呈现明显下降的趋势。这说明增大了橡胶的掺量以后，橡胶所引进的气泡对于混凝土的润滑作用已经很小或者可以忽略不计了。同时，橡胶掺量的增加，也使得橡胶与胶凝材料之间的粘结力、橡胶与橡胶之间、橡胶与骨料之间的摩擦力变大，从而影响了混凝土流动性的发展。
由于橡胶掺量在10%时混凝土还能保持较好的坍落度，所以以橡胶掺量为10%做为基准，钢纤维掺量分别为0.125%、0.25%、0.375%、0.5%进行试配，测定橡胶钢纤维混凝土的工作性能，混凝土的坍落度值见图3-2。
由图中可以看出，随着钢纤维掺量的逐渐增加，混凝土的坍落度较只掺加橡胶的混凝土下降幅度更大。造成混凝土坍落度降低的原因可能在于钢纤维在混凝土中较为集中，分散不均匀，并且钢纤维的加入造成了混凝土内各组分之间的摩擦力增大。
4.橡胶钢纤维混凝土的力学性能
4.1混凝土的抗压强度
从上面的折线图中可以看出，混凝土中掺加橡胶以后，无论是3天，7天还是28天，混凝土的抗压强度都呈现出了一定程度的下降，并且混凝土的抗压强度随着橡胶掺量的增加而下降，橡胶掺量在10%时，混凝土的28d抗压强度较基础混凝土只下降了5.6MPa，当橡胶掺量增加到20%时，混凝土的强度则下降了13MPa，降幅达到了25%。橡胶的加入使得混凝土抗压强度降低的原因有两方面:(l)橡胶作为弹性体，其强度远远小于混凝土的强度，加入到混凝土中后，混凝土中的软弱点增多，实际承载面积减少，削弱了原来水泥混凝土的受力性能。因此，在荷载作用下，橡胶的变形与周围水泥浆体的变形不一致，这样橡胶的周围将很快产生裂缝，会导致橡胶水泥浆骨架的破坏。(2)橡胶作为有机高分子材料填充到混凝土中，与混凝土基体的界面结合是脆弱的，当混凝土受外力作用时，混凝土很容易沿着界面破坏。但是，从混凝土的破坏形态来看，橡胶的掺入对于增加混凝土韧性的效果是十分明显的。对于橡胶混凝土，当受到外力作用时，橡胶在混凝土内部能够负担并缓冲一定应力，可消除孔隙中存在的应力集中，从而使其破坏形式发生了变化，试件在破坏后能保持一定的完整性。因此，橡胶的加入，改善了混凝土的受压、变形和破坏特性，由脆性破坏转变成具有一定塑性的破坏形态。
从图4-2中可以看出随着钢纤维掺量的逐步增加，混凝土的抗压强度呈上升趋势，但是钢纤维对混凝土抗压强度的提升是很有限的，所以钢纤维对混凝土抗压强度的帮助几乎可以忽略不计，但是掺加钢纤维后，混凝土在破坏时同样能够保持相对完整的状态，这同样可以说明钢纤维的加入，对混凝土韧性的提升还是有一定帮助的。
4.2混凝土的抗折强度
由于混凝土属于脆性材料，其自身的抗折强度就不高，掺加橡胶以后，混凝土的抗折强度进一步下降，随着橡胶掺量的增加，混凝土的抗折强度下降幅度变小。混凝土中掺入橡胶后，导致混凝土内各组分与橡胶的界面变为薄弱界面，降低了混凝土的抗折强度。
图4-4为在混凝土中掺加10%橡胶后，分别在混凝土中掺加0.125%、0.25%、0.375%、0.50%钢纤维后混凝土的抗折强度。从图中可以看出，在加入钢纤维后，混凝土的抗折强度有了进一步的提升，并且混凝土的抗折强度随着钢纤维掺量的增加而变高。
5.总结
（1）混凝土的坍落度会随着橡胶掺量的增加而降低，但是掺量在10%以内时，影响并不大。在橡胶混凝土中加入钢纤维后，坍落度进一步降低。这是由于橡胶加入到混凝土当中导致橡胶与混凝土各组分间的摩擦力变大所致，另外，钢纤维的分布不均匀也是导致混凝土坍落度降低的原因。当橡胶掺量在10%，钢纤维掺量在0.25%时，混凝土的坍落度为170mm，依然能够满足泵送要求。
（2）基础混凝土28d抗压强度为51MPa，掺加10%橡胶后，混凝土的抗压强度为45.4MPa，再加入0.25%钢纤维后，混凝土的抗压强度为47.8MPa。混凝土的抗压强度会随着橡胶掺量的增加而变得更低，橡胶掺量在10%时，混凝土强度只下降了一个等级。加入钢纤维后，对混凝土的强度有所提升，但是幅度很小。在抗压强度降低的同时，混凝土的韧性会有所增加，混凝土在破坏时依然能够保持相对完整的状态。
（3）混凝土中掺入橡胶后抗折强度也会降低，但是加入钢纤维后，对混凝土抗折强度的提升是明显的。
参考文献
[1]刘日鑫,孙可伟,林志伟 废胶粉在混凝土中的应用(昆明理工大学环境工程学院,云南昆明 650093)
[2]高丹盈 刘建秀 钢纤维混凝土基本理论北京：科学技术文献出版社，1994
[3] 姚兵.我国混凝土技术的成就和发展趋势.[J].混凝土，1997(6)
[4]李悦 王玲 橡胶集料混凝土研究进展综述(北京工业大学建工学院,北京100022,中国建筑材料科学研究院,北京100024)
[5]高丹盈 赵军 朱海堂钢纤维混凝土设计与应用 中国建筑工业出版社 2002（12）
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