第23期总第273期
内蒙古科技与经济
InnerMongoliaScienceTechnology&EconomyDecember2012No.23TotalNo.273
橡胶颗粒混凝土抗冻性能试验研究
孙 杰,魏树梅
(内蒙古建筑职业技术学院工程管理学院,内蒙古呼和浩特 010070)
摘 要:从探索新型高性能混凝土的角度出发,将橡胶颗粒作为混凝土的外加掺合料加入混凝土中,按照不同的橡胶颗粒粒径及同粒径下不同掺量制备橡胶颗粒混凝土,进行相应的抗冻试验,测试其抗冻性能,进而得出相应结论,为实际工程中大量使用橡胶颗粒资源提供理论依据。关键词:橡胶颗粒;混凝土;质量损失率;相对动弹性模量;抗冻性能 中图分类号:TU528.041 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)23—0078—02 混凝土抗冻性能的好坏是该材料是否可用于寒冷地区的重要前提,因此,混凝土材料的抗冻性能一直是备受混凝土界关注的研究方向之一,具有十分重要的现实意义。混凝土抗冻性能的好坏反映了混凝土抵抗冻融循环的能力大小,是评价混凝土构件以及钢筋混凝土结构在严寒地区耐久性的重要指标之一。橡胶作为一种有机高分子弹性材料,将橡胶制成的橡胶颗粒加入普通混凝土中不会与水泥、砂、石子等材料发生反应,不会改变原材料的性质,主要起到物理作用。笔者主要论述在不同橡胶颗粒粒径和掺量下橡胶颗粒混凝土的抗冻性。混凝土抗冻性能的好坏通过质量损失率和相对动弹性模量来反映:表面剥落破坏。主要通过质量损失率来反映,反映了混凝土试件经冻融循环后试件表面的变化情况;内部开裂破坏。主要通过相对动弹性模量变化来反映,体现了混凝土试件内部的损伤变化情况。1 技术参数及试验方法本试验以C20普通混凝土配合比为基础,在保持配合比中各种材料用量不变的条件下,取粒径为8目、16目、28目的橡胶颗粒,以外掺法分别按3%、6%、9%、12%、15%的用量掺入混凝土中,试验共设计15组,配合比中各种材料用量见表1。橡胶颗粒混凝土的编号为XJm——n,其中m代表橡胶颗粒的目数,n代表橡胶颗粒的掺量。如X8——3表示该试验中8目的橡胶颗粒掺量为3%,基准混凝土编号为XJ0。外加剂选用RSD——8型高效减水剂。表1 橡胶颗粒混凝土配合中各种材料用量(kg/m3)
水灰比
水泥用量
砂子
石子外加剂
不同粒径橡胶颗粒掺量(kg)3%8.4
6%
9%
12%
15%42
0.5428069212881.0%
16.825.233.6
橡胶颗粒混凝土抗冻性能试验采用《GB——T/50082——2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定的试验方法进行。一次冻融循环
历时2.5h～4.0h,其中制冷持续1.5h～2.5h,加热持续1.0h～1.5h。冻融终了时,试件中心温度应分别控制在-17℃±2℃和8℃±2℃。热电偶测量冻融过程中试件中心温度的变化时,精度达到0.3℃。试验试件为100mm×100mm×400mm的棱柱体,试件成型后放入室内养护24h后脱模,然后移入恒温恒湿养护箱中养护至28d龄期后开始冻融试验。当养护龄期达到规定龄期的前4d时,将试件移入20℃±3℃的水中浸泡4d。浸泡结束后取出试件并用抹布擦去表面水分,测出试件的初始质量以及初始自振频率。冻融循环开始后每经50次冻融循环后取出试件,用清水冲洗干净并擦去表面水分,称一次试件的质量和自振频率。若相对动弹性模量下降到初始值的60%或质量损失率达到5%时结束试验。橡胶颗粒混凝土的相对动弹性模量和质量损失率分别按试(1)和(2)计算。f-fn
×100%(1) fc=0
f0
式中:fc——n次冻融循环后橡胶颗粒混凝土的相对动弹性模量,%;f0——橡胶颗粒混凝土试件冻融循环前的自振频率,Hz/s;fn——橡胶颗粒混凝土经n次冻融循环后的自振频率,Hz/s。G-Gn×100%(2) Wn=0G0
式中:Wn——橡胶颗粒混凝土试件经n次冻融循环的质量损失率,%;G0——橡胶颗粒混凝土试件冻融循环前的重量,kg;Gn——橡胶颗粒混凝土试件n次冻融循环后的重量,kg。2 冻融循环试验结果、照片及结果分析2.1 冻融循环试验结果各种橡胶颗粒粒径和掺量下的橡胶颗粒混凝土在经历了50次、100次、150次冻融循环后的质量损失率和相对动弹性模量的变化见表2、表3、表4。收稿日期:2012-06-25
・78・ 孙杰,等・橡胶颗粒混凝土抗冻性能试验研究 表2 8目橡胶颗粒混凝土冻融试验数据
50次
含气
编号
量/%/MPa
XJ0
1.4
40.836.634.532.328.828.2强度
质量损
相对动弹
质量损
相对动弹
质量损
相对动弹
失率/%性模量/%失率/%性模量/%失率/%性模量/%1.80.80.60.40.30.6
94.696.093.194.993.794.0
6.21.51.10.70.61.3
92.593.492.391.990.290.4
9.92.82.01.10.91.7
87.084.291.290.189.489.2
100次
150次
2012年第23期
2.2 冻融循环试验照片图1～图4分别为XJ0组、XJ8——3组、XJ16——3组、XJ28——3组经150次冻融循环后的试验照片。XJ0组的混凝土试块表面剥蚀情况相对较严重,从图中已经看不出该试块表面的水泥浆,碎石和砂子均已暴露;而橡胶颗粒混凝土的破坏情况很弱,仅试块表层水泥浆轻微剥蚀,看不到任何粗骨料,外观变化不大。2.3 冻融循环试验结果分析根据《GB——T/50082——2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》可知,混凝土的抗冻等级应以相对动弹性模量不小于初始值的60%或者质量损失率不大于初始值的5%时的最大冻融循环次数来确定。从表1可以看出,XJ0组混凝土经100次冻融循环后其质量损失率超过了5%,达不到F100,为了和橡胶颗粒混凝土的抗冻性能作对比,试验继续进行到150次为止。从表2～表4可知,本试验所选择的8目、16目、28目橡胶颗粒,在相应的掺量下所配置的橡胶颗粒混凝土试块均达到了F150,说明橡胶颗粒的掺入对提高混凝土的抗冻性能是有帮助的。由表2～表4可以看出,橡胶颗粒混凝土的相对动弹性模量和基准混凝土的相对动弹性模量均随着冻融次数的增加而降低,并且降低的幅度不大,故可以认为橡胶颗粒混凝土和普通混凝土在冻融循环条件下相对动弹性模量的变化规律基本一致。而且在橡胶颗粒掺量确定的情况下,橡胶颗粒混凝土的相对动弹性模量受橡胶颗粒粒径的影响并不明显。据此可得出,冻融条件下,当橡胶颗粒掺量一定时,橡胶颗粒的粒径对混凝土相对动弹性模量的变化影响较小。对于在冻融循环条件下质量损失率的变化,从表2～表4中我们可以看出,当冻融次数确定的条件下,掺橡胶颗粒混凝土的质量损失率比XJ0组的质量损失率有较大程度的降低。并且在确定的橡胶颗粒粒径下,当橡胶颗粒掺量增加时,橡胶颗粒混凝土的质量损失率总体上有减小的趋势。当橡胶颗粒掺量相同的情况下,随着橡胶颗粒粒径的减小,质量损失率也有减小的趋势。3 结论橡胶颗粒作为一种有机弹性材料,可以有效缓解混凝土在受冻条件下产生的挤压应力以及因温差作用而产生的温度应力。当外界条件恢复到初始情况时,受挤压的橡胶颗粒又可以恢复到原来的状态。因此,橡胶颗粒的掺入可以有效缓解和阻止混凝土内部微裂缝的产生和扩展,进而提高了混凝土内部抵抗应力破坏的能力。此外,橡胶颗粒的粒径越小,越可充分填充混凝土内部对抗冻性能有害的较大孔隙,改变了混凝土内部的孔结构,增强了混凝土的密实性,因此,提高了混凝土的抗冻能力。通过试验得到以下结论:橡胶颗粒的掺入不仅可以提高混凝土表面抵抗冻融破坏的能力还可以提高混凝土内部抵抗冻融损伤的能力,即橡胶颗粒的掺入可以提高混凝土的抗冻能力,橡胶颗粒的掺入量越高,混凝土抗冻性能越好;橡胶颗粒混凝土和普通混凝土在冻融循环条件下相对动弹性模量的变化规律基本一致;同掺量下橡胶颗粒粒径的变化对混凝土抗冻性能的影响小于由于同粒径下掺量变化对混凝土抗冻性能的影响。XJ8——31.9XJ8——62.2XJ8——92.4XJ8——122.7XJ8——152.8
表3 16目橡胶颗粒混凝土冻融试验数据
50次
含气
编号
量/%/MPa
XJ16——32.2XJ16——62.6XJ16——93.8XJ16——124.5XJ16——156.3
32.823.620.126.323.6强度
质量损
相对动弹
质量损
相对动弹
质量损
相对动弹
失率/%性模量/%失率/%性模量/%失率/%性模量/%0.60.2000.2
93.392.895.292.191.0
1.30.60.20.60.7
89.991.493.289.888.2
2.51.10.30.70.9
83.889.387.988.086.6
100次
150次
表4 28目橡胶颗粒混凝土冻融试验数据
50次
含气
编号
量/%/MPa
XJ28——32.4XJ28——63.2XJ28——93.8XJ28——124.6XJ28——156.5
31.626.223.319.616.8强度
质量损
相对动弹
质量损
相对动弹
质量损
相对动弹
失率/%性模量/%失率/%性模量/%失率/%性模量/%0.30.2000.2
94.197.694.092.792.1
0.70.40.40.30.4
91.592.789.589.984.7
1.20.90.60.50.7
88.390.388.189.282.4
100次
150次
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