消泡剂对橡胶颗粒混凝土性能的影响

【摘要】为提高橡胶颗粒混凝土的强度，采用室内试验分析了消泡剂对橡胶颗粒混凝土拌合物含气量以及硬化混凝土力学性能的影响。结果表明，随着橡胶颗粒掺量的增大，混凝土内部的含气量迅速增大；当继续掺入消泡剂以后，含气量显著降低，混凝土的密实性得以提高，抗压和抗弯强度下降幅度减小，说明掺加适量的消泡剂可以明显改善橡胶颗粒混凝土的力学性能。

【关键词】水泥混凝土；橡胶颗粒；消泡剂；密实性

由于具有强度高、稳定性好和使用寿命长等优点，水泥混凝土路面在我国早期修建的高等级路面结构中得到大量的推广应用。但是由于脆性破坏而引发的路面板开裂等病害，已成为限制其发展的重要因素之一。将橡胶颗粒掺加至水泥混凝土中，有助于提高混凝土的韧性、减振降噪及抗冲击性能，延长混凝土面板的使用寿命[1，2]。但是随着橡胶颗粒掺量的增大，混凝土的抗压和抗弯强度均明显降低，对路面结构的承载力不利[3，4]。为了提高橡胶颗粒混凝土的力学性能，使橡胶颗粒混凝土更好地应用于高等级路面结构中，本文分析了消泡剂对橡胶颗粒混凝土强度的影响，并对其机理进行了探讨。

1. 试验

1.1原材料。

胶凝材料为P.O42.5普通硅酸盐水泥；细集料为洁净河砂，细度模数2.78，表观密度2620Kg/m3；20目废旧轮胎橡胶颗粒，表观密度为1050Kg/m3；粗集料为5～20mm连续级配的石灰岩碎石，表观密度为2710Kg/m3；减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率25%；消泡剂为GPE聚醚类消泡剂；拌合水为饮用自来水。

1.2试验方法。

（1）基准混凝土的配比为水：水泥：砂：石子：减水剂=0.38：1.00：1.81：2.93：0.008，橡胶颗粒分别按5%、10%、15%和20%等体积取代砂，制备橡胶颗粒混凝土，其中消泡剂的掺量为水泥质量的0.4%。

图1新拌混凝土含气量测试结果

（2）混凝土搅拌完成后采用混合式气压法对拌合物的含气量进行测试，同时分别成型100 mm×100 mm×100 mm的抗压试块和100 mm×100 mm×400 mm的抗弯试块，成型24h后拆模，然后放入标准养护室养护至28d龄期进行强度测试。

2. 结果与讨论

2.1新拌混凝土含气量测试结果。

（1）新拌混凝土含气量测试结果如图1所示。从图中可以看出，掺入橡胶颗粒以后，混凝土内部的含气量基本呈线性增长的趋势，当橡胶颗粒掺量达到20%时，混凝土内部的含气量已达到9.3%，相对于普通混凝土约增大了2倍。分析其原因主要是因为，橡胶颗粒为憎水性材料且其表面较粗糙[5，6]，当其与水泥浆体接触时其表面容易裹覆气泡，形成气囊。在拌合物流动性不是太大的情况下，橡胶颗粒表面的气泡很难溢出拌合物内部，所以导致含气量的增大。并且，当橡胶颗粒的取代量增大时，不能完全分散的橡胶颗粒之间包裹的气泡更大，所以含气量迅速增高。

（2）掺入消泡剂以后拌合物内部含气量下降很明显，并且随着橡胶颗粒用量的增大，消泡剂的消泡作用更加明显。当橡胶颗粒用量达到20%时，下降幅度达到34%。所以，掺入适量的消泡剂能明显提高混凝土的密实性，有助于改善混凝土的内部结构。

2.2抗压和抗弯强度测试结果。

（1）混凝土的抗压和抗弯强度测试结果分别如图2和图3所示。从图中可以看出，掺入橡胶颗粒后混凝土的强度下降迅速，当橡胶颗粒掺量达到20%时，混凝土的抗压和抗弯强度下降幅度分别为24%和19%。但是当继续加入消泡剂以后，对橡胶颗粒混凝土又有较明显的补强作用，此时20%橡胶颗粒掺量混凝土的抗压和抗弯强度下降幅度分别为15%和11%。结合含气量测试结果可以看出，消泡剂的加入大大减小了混凝土内部的含气量，提高了混凝土内部的密实性，有利于橡胶颗粒表面与水泥基体的粘结，所以橡胶颗粒混凝土的强度下降较慢。可以看出，为提高橡胶颗粒混凝土的强度，应尽量减小混凝土内部的空隙率。

（2）为对混凝土的脆性特征进行分析，现将各组配比的压弯比计算结果绘于图4。从图中可以看出，不管有没有掺入消泡剂，橡胶颗粒混凝土的压弯比均比普通混凝土低，并且随着橡胶颗粒掺量的增大压弯比有减小的趋势。说明掺入橡胶颗粒以后混凝土的脆性性能得以改善，延性特征得以提高，并且随着橡胶颗粒掺量的增大，材料的延性越好。主要是因为橡胶颗粒的加入能在试件内部形成分布较为均匀的弹性颗粒群，显著降低了试件的弹性模量，提高了变形能力，并且当裂缝尖端传递到橡胶颗粒时能对应力集中进行较好的吸收，延缓了裂缝扩展时间。所以经过合理设计的橡胶颗粒混凝土不仅能改善水泥混凝土路面的脆性破坏，还能实现废物的回收利用。

3. 结论

（1）随着橡胶颗粒掺量的增大，混凝土内部的含气量迅速增大。当继续掺入消泡剂以后，含气量显著降低，混凝土的密实性得以提高。

（2）掺入橡胶颗粒后混凝土的强度下降迅速，当橡胶颗粒掺量达到20%时，混凝土的抗压和抗弯强度下降幅度分别为24%和19%。当继续掺入消泡剂以后，提高了混凝土内部的密实性，有利于橡胶颗粒表面与水泥基体的粘结，强度得以部分恢复。

（3）不管有没有掺入消泡剂，橡胶颗粒的加入均能提高混凝土的延性。经过合理设计的橡胶颗粒混凝土不仅能改善水泥混凝土路面的脆性破坏，还能实现废物的回收利用。

参考文献

[1]杨若冲， 谈至明， 黄晓明， 贾致荣. 硅灰改性橡胶混凝土路用性能研究[J]. 公路交通科技. 2010. 27（10）： 6～10.

[2]朱 涵， 刘春生， 张永明， 李志国. 橡胶集料掺量对混凝土压弯性能的影响[J]. 天津大学学报. 2007. 40（7）： 761～765.

[3]田帅， 张大宁， 丁明鹤. 路用橡胶混凝土橡胶粉的最佳改性剂研究[J]. 混凝土. 2011. 10： 72～81.

[4]周梅， 朱涵， 刘春生， 张世越. 橡胶集料掺量对混凝土弯曲性能的影响及评价方法研究[J]. 硅酸盐通报. 2009. 28（2）： 264～268.

[5]王涛， 洪锦祥. 橡胶混凝土的含气量及其控制方法[J]. 混凝土与水泥制品. 2009. 3： 15～17.

[6]田薇， 郑磊， 袁勇. 橡胶混凝土脆性的试验研究[J]. 混凝土. 2007. 2： 37～40.