自密實橡膠再生混凝土抗水滲透性能試驗研究

陳堅 劉杰 王殷朗 李作謙 蔡詠峻 林文皓

（1 清遠市建設工程質量檢測站有限公司；2 廣東省建設工程質量安全檢測總站有限公司；3 廣州協安建設工程有限公司）

自密實混凝土（Self Compacting Concrete，簡稱SCC）作為一種高性能混凝土，它可以依靠自身重力作用將鋼筋密集區域不適合常規振搗部分的混凝土填充密實。自20 世紀80 年代末由日本Okamura 教授在實驗室發明后，其良好的密實性能被世界各國使用，特別在高層建筑、大跨度橋梁、隧道及地鐵等工程當中應用較為廣泛，更為重要的是，它能降低建設工程造價。另一方面，自改革開放以來，我國經濟持續高速增長，推動了城鎮化水平和橡膠制品行業的迅速發展，這也導致廢棄物污染問題日益嚴重，成為亟待解決的難題和痛點。根據國家商務部發布的《中國再生資源回收行業發展報告（2020）》顯示，截至2019 年年底，我國廢舊輪胎產生量已超過3.5億條，更有學者利用BP神經網絡構建出建筑垃圾產量模型，預計在2023 年建筑垃圾的年產量將突破28 億噸[1]。廢棄混凝土和廢舊輪胎作為混凝土骨料回收再利用，不僅可以節約資源、緩解土地需求壓力，還能有效降低二氧化碳排放量，這對于我國實現“雙碳”目標具有重要的戰略意義[2]。

國內外研究學者紛紛開始對自密實再生混凝土（Self compacting recycled concrete）、自密實橡膠混凝土（Self compacting rubber concrete）各項性能展開相關研究。向星赟等[3]對不同取代率下的自密實再生混凝土進行基本力學試驗，結果發現自密實再生混凝土強度及彈性模量隨再生粗骨料摻量的增加而不斷降低；姜健[4]采用水平正交設計法，分析聚丙烯纖維、水灰比及再生粗骨料對自密實再生混凝土抗滲性能的影響，得出再生粗骨料取代率對自密實再生混凝土抗滲性有著較大的影響，且再生骨料摻量越大混凝土抗滲性越差；牟新宇等[5]指出自密實再生混凝土強度主要由于再生粗骨料存在較多孔隙結構以及界面過渡區的弱化，導致再生混凝土超聲波脈沖速度變慢，從而反映出再生混凝土的密實程度較差；Hilald等[6]對自密實橡膠混凝土抗壓強度展開性能試驗，由于橡膠顆粒憎水性，使得橡膠顆粒和混凝土間的粘結性能較弱，導致橡膠混凝土強度降低；傅強等[7,8]對自密實橡膠混凝土的強度及毛細吸水性進行研究，得出橡膠顆粒雖會降低混凝土試件強度，但在混凝土的韌性、變形能力得到提高，當橡膠摻量為60kg/m3，混凝土毛細吸水性降低了41.4%；YUNG[9]等將橡膠顆粒取代混凝土中的天然河砂，并對自密實橡膠混凝土表面電阻進行測試，研究發現橡膠的摻加，顯著提高混凝土試件的表面電阻。

目前，自密實再生混凝土和自密實橡膠混凝土研究成果已較為成熟，但對自密實橡膠再生混凝土的力學性能及耐久性能的研究卻少之又少。本文將自密實混凝土、再生粗骨料和橡膠顆粒三者有機結合，對自密實橡膠再生混凝土抗滲性能展開研究，為日后工程設計和應用提供相關的參考。

1 試驗概況

1.1 試驗材料

試驗水泥選用江門路橋水泥有限公司生產P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰選用鞏義市鉑潤耐火有限公司生產的Ⅰ級粉煤灰；粗骨料選用粒徑大小為5～20mm 的天然碎石與再生碎石；細骨料選用細度模數為2.83的天然河砂；橡膠選用粒徑為1～3mm橡膠顆粒；減水劑選用聚羧酸高效減水劑，減水率Q≥30%；水采用試驗室用水。

表1 粉煤灰性能指標

表2 粉煤灰組成成分

1.2 混凝土配合比

自密實混凝土C40 基準組材料配比依據《自密實混凝土應用技術規程》[10]（JGJ/T 283-2012）計算得出。為分析再生碎石、橡膠顆粒在不同摻量組合對自密實混凝土抗水滲透性能的影響，分別將再生碎石等體積取代30%、50%、100%的天然碎石，橡膠顆粒則等體積取代5%、10%的天然河砂，并采用單一變量控制法，探究12 種不同混凝土材料配合比下混凝土抗水滲透性能。各試驗組材料用量見表3。

表3 混凝土材料配比 （kg m3）

1.3 試驗方法

抗水滲透性能試驗方法參照規范《水工混凝土試驗規程》（SL/T 352-2020）[11]混凝土相對滲透性試驗方法進行。試件規格為上口直徑175mm、下口直徑185mm、高150mm 的圓臺形體。試件密封好后，將其安裝在水壓設定在0.8MPa的自動抗滲儀上，并恒壓24h。試驗結束后沿試件兩端劈開，等間距測量水痕界線的滲水深度，并計算出滲水平均深度和換算出相對滲透系數。

2 試驗結果及討論

2.1 抗水滲透性能試驗

2.1.1 試驗結果

混凝土平均滲水深度及相對滲透系數見圖1 所示，基準組混凝土的滲水深度為3.4cm，隨著再生碎石摻量增加，混凝土抗水滲透性能逐漸下降。在不添加橡膠情況下，再生碎石取代率為30%、50%、100%時，與基準組混凝土的滲水深度相比，分別提高了20.6%，58.8%，76.4%；當摻入橡膠后各試驗組的滲水深度均出現降低，表明橡膠的摻入能提高混凝土抗水滲透性能；與SCC 相比，當再生碎石取代率為0%，橡膠摻量分別為5%、10%時，混凝土的滲水深度分別下降了17.6%和29.4%；當再生碎石取代率為30%，相應橡膠摻量下，相比SCRC-30%-0%試驗組分別降低了14.6%、31.7%；再生碎石取代率為50%，相應橡膠摻量下，相比SCRC-50%-0%降低了16.7%、25.9%；再生碎石取代率為100%時，相比SCRC-100%-0%則降低了20%、28.3%，從圖1（b）可看出，當再生碎石的摻量大于30%，混凝土的抗水滲透性能變化幅度較快。

圖1 抗水滲透試驗與再生碎石摻量關系圖

2.1.2 機理分析

混凝土抗滲性能主要與混凝土密實程度及內部的孔隙結構有關，因再生碎石來源于舊混凝土，其質量受到原有混凝土強度、老化程度、破碎過程等因素的影響，這導致再生粗骨料的強度、密度、吸水率等性能指標波動較大，從而影響混凝土的整體性能；再生骨料表面存在一定的粗糙度和污垢，與水泥基體的界面粘結性能相對較差。在受力過程中，界面處容易產生剝離、滑動等現象，從而降低混凝土的強度和抗滲性能；另外再生碎石中的某些成分可能與水泥發生化學反應，影響水泥水化反應的速度和程度，這會導致混凝土強度發展緩慢，抗滲性能降低。

橡膠顆粒本身具有較好的憎水性能，可以有效減少混凝土外部的水分向內部擴散，因此，在混凝土中加入橡膠顆粒后，有助于降低混凝土的滲透性。另外，橡膠顆粒的加入可以改變混凝土的內部孔結構，增大混凝土內滲流阻，這樣水分通過混凝土的通道減少，從而提高混凝土的抗滲性能。

3 結論

⑴隨著再生碎石摻量的增加，混凝土抗滲性能不斷降低，當再生骨料摻量為100%，降幅最大。

⑵橡膠顆粒因具有良好的憎水性及改善混凝土內部的毛細孔結構，增大混凝土內滲流阻，當橡膠顆粒的摻量越大，混凝土抗水滲透性能越好。

⑶根據抗水滲透性能試驗，建議再生碎石摻量選用30%，橡膠顆粒摻量為10%時，混凝土的抗滲性能優于基準組，適宜在工程中應用。