鋼纖維改性橡膠混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

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1、鋼纖維改性橡膠混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究第1章緒論1.1研究背景及意義近幾年國(guó)民經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)迅速發(fā)展，尤其是基礎(chǔ)設(shè)施如高速公路、高等級(jí)的公路和公路網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展更是迅猛，而這些公路的快速發(fā)展直接促進(jìn)了汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，那么隨著車(chē)輛的不斷增加，廢舊輪胎的產(chǎn)量更是驚人，在我國(guó)許多大城市的郊區(qū)或城鄉(xiāng)結(jié)合區(qū)，都可以看到像小山一樣大小的廢舊輪胎堆積點(diǎn)。資料顯示，每年全世界的汽車(chē)輪胎報(bào)廢量有10億條以上，而國(guó)內(nèi)2006年生產(chǎn)輪胎量就達(dá)到2.8億條（不包括摩托車(chē)輪胎），廢舊輪胎達(dá)到1.5億條，約合410萬(wàn)t，并且以每年15%的速度遞增，廢舊

2、輪胎量居世界首位[1]。在自然條件下，廢舊輪胎橡膠是一種極難降解的固體聚合物，它填埋和堆放的地方極易成為蚊子、蒼蠅的滋生場(chǎng)所[3]。廢舊橡膠的回收及再處理已經(jīng)成為世界性的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的問(wèn)題，廢舊輪胎橡膠合理的回收和再利用，對(duì)我們這種資源相對(duì)缺乏、環(huán)保相對(duì)突出的國(guó)家來(lái)說(shuō)具有更重要意義。由于我們國(guó)家資源過(guò)度開(kāi)發(fā)、消耗，導(dǎo)致資源浪費(fèi)量過(guò)大，與此同時(shí)，對(duì)環(huán)境污染也較嚴(yán)重，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，我國(guó)必須倡導(dǎo)且必須要堅(jiān)持環(huán)境友好、資源節(jié)約型兩型的建設(shè)。將廢舊橡膠輪胎磨成粉或顆粒摻入瀝青等材料中，已經(jīng)被比較廣泛的應(yīng)用到了現(xiàn)代公路

3、建設(shè)中，橡膠的摻入降低了車(chē)輛行駛時(shí)的馬路噪音；提高了瀝青的黏度、抗變形能力，且有較強(qiáng)的封水性能。將橡膠顆粒摻入到水泥混凝土中也是廢物利用的有效方式，混凝土中摻入橡膠顆粒后，可以提高混凝土的韌性、抗沖擊性能和減震性能，但是，混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度下降明顯[4]。強(qiáng)度是混凝土材料最重要的力學(xué)指標(biāo)，而橡膠混凝土強(qiáng)度較低的缺點(diǎn)，限制了橡膠混凝土材料的推廣應(yīng)用，在這種情況下，改性橡膠混凝土也就應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)外Eldin[5]等試驗(yàn)研究了用水預(yù)先浸泡橡膠的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度比未處理的橡膠混凝土提高16%。經(jīng)過(guò)NaoH飽和溶

4、液預(yù)先浸泡橡膠顆粒的橡膠混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度均有很大提高[6]。RafatSiddique[7]等試驗(yàn)研究了用氯化鎂水泥作為膠凝材料時(shí)，橡膠混凝土的抗折、劈裂抗拉強(qiáng)度均大程度高于普通水泥的橡膠混凝土。鄭州大學(xué)的馬青文等學(xué)者也研究了用NaoH溶液進(jìn)行橡膠顆粒表面處理，處理后的橡膠混凝土的強(qiáng)度和韌性有不同程度的提高，但是通過(guò)化學(xué)溶液浸泡橡膠顆粒后，將產(chǎn)生對(duì)混凝土性能不利的殘留物，并且會(huì)污染生態(tài)環(huán)境[8]。.1.2國(guó)內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀廢舊橡膠輪胎經(jīng)過(guò)粉碎、研磨、分選等機(jī)械處理，可以加工成大小不同的橡膠塊（13-76mm

5、）、橡膠顆粒(0.15-19mm)、橡膠粉(0.075-4.75mm)。橡膠粉粒具有天然彈性，而不具有粘性和可塑性，橡膠分子結(jié)構(gòu)為空間網(wǎng)絡(luò)狀，其在外力作用下，能夠很快的發(fā)生較大變形，一旦外力撤銷(xiāo)，又重新恢復(fù)原來(lái)的形狀，并且橡膠還具有一定的強(qiáng)度、抗滑移性能，因此，在混凝土中摻橡膠將是一種對(duì)混凝土改性的有效物理方法。國(guó)內(nèi)外關(guān)于橡膠混凝土力學(xué)性能方面起始于二十世紀(jì)八十年代末，具體研究如下：1993年，關(guān)于橡膠混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，隨橡膠摻量的增加，橡膠混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和立方體劈裂抗拉強(qiáng)度均逐漸下降；當(dāng)

6、混凝土中的所有粗骨料被橡膠顆粒取代時(shí)，則其立方體抗壓強(qiáng)度、立方體劈拉強(qiáng)度分別下降85%、50%；當(dāng)混凝土中的所有細(xì)骨料被橡膠顆粒取代時(shí)，則其立方體抗壓強(qiáng)度、立方體劈拉強(qiáng)度下降量至多分別達(dá)到65%、50%，但是，橡膠混凝土吸收能量的效果和韌性效果均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通混凝土；兩人通過(guò)多組試驗(yàn)及分析研究，得出摻入橡膠后的混凝土破壞機(jī)理的本構(gòu)模型，從而為后人的研究奠定重要基礎(chǔ)[6]。Ali和FattuhiandClark[11]研究得出，摻入較小粒徑的橡膠顆粒導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度下降量大于摻入較大粒徑橡膠顆粒的；Khatib、B

7、ayomy[12]和Topcu[13]通過(guò)試驗(yàn)研究，結(jié)論與其正好相反。.第2章試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1試驗(yàn)原材料2.1.1水泥水泥在鋼纖維橡膠混凝土中作為一種膠凝材料，與水拌合生成水泥漿，作用1：把粗骨料、細(xì)骨料、橡膠顆粒和鋼纖維等膠結(jié)成一體，凝結(jié)硬化形成鋼纖維橡膠混凝土；作用2：可以填充骨料間的空隙，增強(qiáng)混凝土內(nèi)部的密實(shí)性。本實(shí)驗(yàn)中所用水泥為武漢華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥。2.1.2碎石混凝土中常采用碎石作為粗骨料，由于碎石表面粗糙、多棱角，與混凝土中其他材料之間有良好機(jī)械嵌鎖作用，

8、一般碎石比表面積比卵石要大，從而他需要較多的水泥砂漿，所以碎石與水泥砂漿的粘結(jié)性比卵石強(qiáng)，同等情況下，由碎石配制的混凝土強(qiáng)度比卵石的要高。鋼纖維橡膠混凝土也采用碎石為粗骨料，且碎石最大粒徑不超過(guò)20mm,粒徑主要選取范圍為5mm~20mm,級(jí)配曲線如圖2.1所示。2.2試件及配合比設(shè)計(jì)2.2.1試件分組設(shè)計(jì)本文主要研究的是鋼纖維摻量、橡膠摻量二種因素對(duì)鋼纖維橡膠混凝土性能