纳米二氧化硅和橡胶双掺再生混凝土抗渗性实验研究
时间：2020-10-13 04:02:19 来源：达达文档网 本文已影响 人 
屈梦星 屠艳平 甘锋礼 方明鹏 谢君 曹禹
摘要：本文以C30普通混凝土为基准组，纳米 SiO2 按 0%、1.5%、3%等质量取代水泥，橡胶粉按 0、1%、3%、5%等质量取代天然河砂，再生粗骨料和再生细骨料30%取代来配制成再生混凝土。通过试验研究纳米SiO2和橡胶粉双掺对再生混凝土抗渗性能的影响。得出单独掺入纳米 SiO2或单独掺入橡胶粉均可使再生混凝土抗渗性能提高，前者效果优于后者，但橡胶粉和纳米SiO2 同时掺入较多时，再生混凝土抗渗性能会降低，橡胶粉和纳米SiO2的掺量分别为 1%、3%时，对再生混凝土抗渗性能的优化效果最好。
Abstract：
In this paper， C30 ordinary concrete is taken as the reference group， the concrete is prepared by nano-SiO2 at the mass of 0%， 1.5%， 3% respectively， and the natural river sand is replaced by rubber powder at the mass of 0， 1%， 3%， 5% respectively， the replacement rate of recycled coarse aggregate and recycled fine aggregate is 30%. The effect of the amount of rubber powder and nano-SiO2 on the impermeability of recycled concrete was experimentally studied. The results show that， the improvement effect of nano-SiO2 on the impermeability of recycled concrete is better than that of rubber powder alone， but more rubber powder and nano-SiO2 will reduce the impermeability of recycled concrete at the same time. When the content of rubber powder and nano-SiO2 is 1% and 3% respectively， the improvement effect on the impermeability of recycled concrete is the best.
关键词：纳米 SiO2;橡胶粉;再生混凝土;抗渗性
Key words：
nano-SiO2;rubber powder;recycled concrete;impermeability
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）27-0225-03
0 引言
随着建筑业的发展，建筑材料消耗量日益增大。据统计，我国的混凝土使用量占全球总消耗量的45%，预计到2020年国内建筑废弃物的产量将达到惊人的39.66亿吨[1]。同时，随着汽车工业的发展，我国每年产生的废橡胶轮胎超过5000 万条，只有少部分经过处理后加以利用，大量未处理的废旧轮胎会对环境造成十分不利的影响，还会对人的身体健康造成危害。因此发展循环利用混凝土技术己经成为迫在眉睫的问题，必须减少天然砂石的开采，同时有效利用建筑废弃物生产混凝土，走可持续发展的道路。
再生混凝土是将废弃混凝土经过冲洗、破碎、筛分然后按一定比例混合后得到的再生骨料，部分或全部替代天然骨料重新配置形成的新混凝土[2]。橡胶属于韧性材料，具有高弹、耐磨、耐久及可塑等众多优点，掺入橡胶颗粒的再生混凝土密度會有所降低，耐磨、 耐久性能得到显著提高，同时又消耗了大量建筑废弃物和废橡胶，有效的实现了两者的资源化利用。但橡胶再生混凝土存在强度低的缺点，纳米SiO2尺寸小、比表面积大、火山灰活性高，将其掺入到再生混凝土中，能与浆体中的 Ca（OH）2 充分发生作用，促进水化产物的生成，细化界面过渡区的结构，从而改善混凝土的力学性能和耐久性能[3]。本文进行纳米氧化硅—橡胶再生混凝土耐久性试验研究。
1 试验材料及配合比
1.1 试验原材料
①水泥：诸城市杨春水泥有限公司生产的P.O 42.5 普通硅酸盐水泥，物理性能见表1。②再生粗骨料：由学校实验室改造工程中的地面废弃混凝土经破碎、筛分后按要求混合得到，试验所用的再生粗骨料公称粒径均为5～20mm连续级配的再生骨料，各项指标具体见表2。③细骨料。1）天然细骨料：本次试验采用的天然细骨料为武汉市天然河砂，烘干后筛分，试验所用天然河砂细度模数为2.6，密度2.64g/cm3，属Ⅱ区中砂。2）再生细骨料：由学校污水、雨水管道改造工程中的路面废弃混凝土以及实验室改造工程中的地面废弃混凝土经破碎后筛分得到的连续级配细骨料，再生细骨料细度模数为3.0，属Ⅱ区中砂。各项指标具体见表3。④水：采用武汉市自来水。⑤纳米SiO2：来自于南宫市盈泰金属材料有限公司，技术指标由厂家提供，见表4。⑥橡胶粉：四川省某橡胶材料厂生产的粒径为80目（0.18mm）的废旧轮胎橡胶粉，外观呈现为黑色粉末状，外表光滑，具有憎水性。⑦高性能减水剂：聚羧酸高效减水剂，其固含量为20%，呈淡黄色液体。
1.2 试验配合比
混凝土配合比是由JGJ55-2011-《普通混凝土配合比设计规程》中相关规定所设计，在实验过程中根据实际情况调整，具体配合比见表5。
2 抗水渗透试验
2.1 试验方法的选择
再生混凝土的抗渗性能的研究是我们这次实验的重要部分，因为我们平时在实际情况下用到的材料是规格不一，质量也是参差不齐的，更不用说其中还掺杂了各种各样性能不一样、使用条件不一样的物质，因此我们放弃了用抗氯离子渗透为试验方法的选择，进而我们根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》和《水工混凝土试验规程》等规范的要求，采用了渗水高度法，使用混凝土抗渗仪来进行实验。所用试件为的规格是175mm*185mm*150mm。
2.2 抗渗透试验的过程
首先准备好抗渗仪并完成排气操作，然后把装入试模的试件小心安装在抗渗仪上，抗渗仪必须在24小时内都处于1.2MPa的恒压状态下，且前面加压的时间最好不要多于5分钟。在整个试验的进程中，我们需要仔细密切的观测试件上表面的渗水情况，只要有一个试件的外表面出现了渗水的情况就立马停止试验，并立即写下时间节点。然后将出现渗水情况的试件劈裂开并测量该试件的渗水高度，此时测出的渗水高度即为混凝土的渗水高度。如若实验时间已经到了24小时，没有一个试件的上表面出现渗水现象，停止试验，小心取出试件然后将其劈裂为大小尽量相等的两份，与试验之前画好的梯形板进行比较，测出此时混凝土的渗水高度。然后调试好压力机，并将刚刚取出来的试件平稳放在压力机上，将两根钢垫条分别放在试件的上端面以及下端面的正中心位置上，保持两个钢垫条钢在同一个竖直平面上，垫条的半径为3mm。准备工作做好后启动压力机把试件顺着纵方向的断面劈裂两半，然后用有防水功能的笔描画出水痕，再把透明的梯形板放在被劈裂试件的劈裂面上，沿着刚画的水痕按照同样的间距对十个测点的渗水高度进行测量。
在实验过程中混凝土的渗水高度按照下式计算：
式中：
hj——第i个试件的第j个测点位置的渗水高度（mm）;
——第i个试件的平均渗水高度（mm）把10个等距测点的渗水高度的平均值作为此试件的渗水高度测定值。
一组试件的平均渗水高度按下式计算：
式中：——以6个试件为一组试件的平均渗水高度（mm）。一组试件渗水高度的测定值用该组6个试件渗水高度的算术平均值来表示。
相对渗透性系数按式（3）计算：
式中：Kr——相对渗透性系数，cm/h;a——混凝土的吸水率，一般取0.03;Dm——平均渗水高度，cm;t——恒压时间，h;H——水压力，1MPa水压力以水柱高度10200cm
表示。
2.3 试验结果
试验结果见表6。
2.4 结果分析
试验结果表明：橡胶粉掺量较少时可以起到一定的填充作用，可以使再生混凝土内部的孔隙减少，密实性则有所增加，进而使抗渗性得到一定提高。而适量的纳米二氧化硅可以有效填充再生骨料和砂浆之间的微裂缝，使再生混凝土中的毛细孔数量大量减少，并使其细化，曲化，进而更好的阻断联通的孔隙，从而提高再生混凝土的抗渗性。
3 结论
本文在C30普通混凝土的基础上，设置了30%再生粗骨料取代率，30%再生细骨料取代率，橡胶粉分别按 0%、1%、3%、5%等质量取代天然河砂，纳米SiO2分别按0%、1.5%、3%等质量取代水泥的十二组配合比来制作再生混凝土，并通过渗水高度法来比较各组再生混凝土试件的抗水渗透性能，得出如下结论：
①30%再生骨料的取代会降低再生混凝土的抗渗性能，橡胶粉掺量为1%、3%、5%，纳米SiO2摻量为0%、1.5%、3%时，单独掺入橡胶粉或单独掺入纳米SiO2都能使再生混凝土抗渗性能增强，且随着掺入量的提高而增强，其中的纳米SiO2效果更为显著。
②当橡胶与纳米SiO2同时掺入时，增加橡胶粉掺量会降低再生混凝土的抗渗性能，增加纳米SiO2的掺量也会降低再生混凝土的抗渗性能，因此不宜同时掺入较多的橡胶粉和纳米SiO2。当橡胶粉掺量为5%、纳米SiO2掺量为1.5%时，再生混凝土表现出仍高于基准组的抗渗性能，当橡胶粉掺量为1%、纳米SiO2掺量为3%时，它的抗渗性能则最好。
参考文献：
[1]彭博，杨光照.再生混凝土的研究现状[J].江西建材，2019，242（03）：24-25.
[2]王甜甜，王健健，左工.浅述再生混凝土技术在建筑工程中的发展与应用[J].四川建材，2015（05）：16-17.
[3]曾伟，马芹永.纳米 SiO2钢纤维补偿收缩混凝土力学性能的试验分析[J].混凝土与水泥制品，2013（04）：42-44.
基金项目：武汉工程大学第十四期校长基金项目（2019054）。
作者简介：屈梦星（2000-），女，湖北荆门人，本科生在读;屠艳平（通讯作者）（1977-），女，湖北孝感人，博士，副教授，研究方向为再生混凝土。
