摘要：针对我国一些地区势复杂，多深沟峡谷，件数、桥梁数量巨大需要开发一种高强度、高耐磨蚀、抗冲击、耐久性好的超高性能混凝土结构防护层材料，以服役于我国新建建筑、桥梁及旧桥修复加固工程。
关键词：混凝土；耐久性能；结构设计
1.实验原材料
水泥选用 P·O 52.5，主要性能指标见表 1。硅灰比表面积 19 500 m2/kg。粉煤灰微珠比表面积≥1 200 m2/kg，28 d 活性指数＞90%，非晶态。细集料为河卵石破碎机制砂，细度模数 3.0，石粉含量 5%。亚甲基蓝(MB)值 1.0，针片状含量≤20%，表观密度 2 650 kg/m3。水泥、粉煤灰微珠和细集料的主要化学组成见表 2。养护集料为快冷高钛重矿渣砂，TiO2 含量 15% (质量分数)，细度模数 3.1，石粉含量 5% (质量分数)，表观密度 2 970 kg/m3，孔隙率 20%，饱和面干吸水率 10%。外加剂选用聚羧酸高效减水剂，固含量 35%，减水率 30%。选用微细镀铜短钢纤维，弹性模量 210 GPa，表观密度 7 980 kg/m3，公称长度 13 mm，当量直径0.25 mm。
选用3 种粒径的废旧轮胎破碎橡胶颗粒，粒径分别为 0~0.178、1.000~3.000、3.000~6.000 mm，表观密度 1 120 kg/m3。选用 γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，分子式为 CH3CCH2COO(CH2)3Si(OCH3)3。
表1.水泥主要技术指标
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表2.原材料主要化学构成
2.橡胶颗粒表面改性工艺
结合文献，选择工艺流程简单、成本适宜的 NaOH 水溶液表面改性和有机–无机界面黏结效果提升显著的 KH570 硅烷偶联剂-C2H5OH 溶液表面改性以及 NaOH 水溶液+KH570-C2H5OH 溶液复合表面改性(以下简称 NaOH 改性、KH570 改性和 NaOH+KH570 复合改性)3种表面改性方式。。
3.结果与讨论
3.1.橡胶颗粒对超高性能混凝土工作性能的影响
以基准配合比为基础，采用 0~0.178、1~3 和3~6 mm 3 种粒径的橡胶颗粒进行不同方式的改性处理，等体积取代 5%、10%、15%和 20%的机制砂集料制备 超高性能混凝土，以扩展度和坍落度评价新拌混凝土的工作性能。
3.1.1 橡胶颗粒粒径和掺量
橡胶颗粒粒径和在适宜掺量(15%及以下)，掺加0~0.178、1~3 mm 的橡胶颗粒可提升 超高性能混凝土 工作性能，而在试验掺量范围内 3~6mm 粒径的橡胶颗粒显著降低 超高性能混凝土 的工作性能。为保证 超高性能混凝土 工作性能，制备橡胶颗粒抗冲磨 超高性能混凝土 时，适宜粒径为0~0.178、1~3 mm，掺量宜在 15%以下，较优掺量为 10%。
3.1.2表面改性方式橡胶颗粒不同表面改性
与未改性橡胶颗粒相比，经不同方式表面改性后的 1~3 mm 橡胶颗粒(掺量 10%)掺杂超高性能混凝土 的工作性能均有提升，其中经 NaOH+KH570复合改性橡胶颗粒掺杂 超高性能混凝土 的工作性能最优。
3.2 橡胶颗粒对超高性能混凝土力学性能的影响
掺加 0~0.178 mm 和 1~3 mm两种粒径制备的 超高性能混凝土 的 28 d 抗压、抗弯强度均低于未掺橡胶颗粒组，且均随橡胶颗粒掺量的增加而降低。掺加橡胶颗粒显著降低 超高性能混凝土 的力学性能，1~3 mm 橡胶颗粒制备的 超高性能混凝土 力学性能降低幅度较小。橡胶颗粒的掺量对 超高性能混凝土 力学性能有显著影响，随其掺量的增加，混凝土内部薄弱界面增多，进而降低混凝土力学性能。综合考虑充分利用废旧轮胎橡胶颗粒和保证 超高性能混凝土 力学性能，制备橡胶颗粒抗冲磨 超高性能混凝土 时，宜选用粒径为 1~3 mm 的橡胶颗粒，掺量宜在 10%以下，较优掺量为 10%。
3.3 橡胶颗粒对 超高性能混凝土 抗冲磨/抗冲击性能的影响
3.3.1 橡胶颗粒粒径和掺量
粒径为 0~0.178 mm 的橡胶颗粒降低超高性能混凝土 的 28 d 抗冲磨强度和终裂冲击功，显著降低超高性能混凝土 的抗冲磨/抗冲击性能。与未掺橡胶颗粒组相比，掺加 1~3 mm 粒径橡胶颗粒制备的 超高性能混凝土 的28 d 抗冲磨强度和终裂冲击功的提升幅度分别可达 12%和 48%，其适宜掺量为 10%~15%。在相同掺量情况下 1~3 mm 粒径橡胶颗粒制备的 超高性能混凝土 材料内部的橡胶颗粒–胶凝浆体薄弱界面较少，对超高性能混凝土 材料整体强度的降低幅度较小，且大粒径橡胶颗粒吸能效应显著，进而提升了 超高性能混凝土 材料抗冲磨/冲击性能。橡胶颗粒的掺量对 超高性能混凝土 抗冲磨/抗冲击性能有显著影响，掺量适中时，橡胶颗粒在混凝土内部间距适中、分散均匀，可有效吸收冲磨/冲击应力，减少应力损伤破坏。
3.3.2 表面改性方式
NaOH 改性、KH570 改性和NaOH+KH570 复合改性 3 种改性方式均可提升超高性能混凝土 材料的抗冲磨/冲击性能，其中 NaOH+KH570复合改性方式效果最佳，与未掺橡胶颗粒制备的超高性能混凝土 材料相比，其 28 d 抗冲磨强度和终裂冲击功的提升幅度分别可达 26%和 72%，显著提高了超高性能混凝土 的抗冲磨/抗冲击性能。
4结论
采用 NaOH+KH570 复合改性后的 1~3 mm 粒径的橡胶颗粒掺杂的 超高性能混凝土力学性能降低幅度较小，抗冲磨/抗冲击性能显著提升，其主要通过改变橡胶颗粒表面形貌、提升表面亲水性而改善橡胶颗粒–胶凝材料基体界面黏结性能，进而提升超高性能混凝土 材料各项性能。利用饱水预湿的高强耐磨多孔高钛重矿渣砂内养护作用和 CaO 型膨胀剂协同补偿收缩，可进一步提升橡胶颗粒 超高性能混凝土 体积稳定性。相较于未掺杂的 超高性能混凝土，橡胶颗粒抗冲磨 超高性能混凝土抗压/抗弯拉强度略有下降，抗冲磨强度和终裂冲击功提升率分别大于 15%和 60%，收缩降低率大于50%，抗冲磨性能和体积稳定性更优。
参考文献：
[1]孙斯慧. 玄武岩纤维增强混凝土力学性能和耐久性能的研究[D].沈阳理工大学,2020.
[2]陆大勇. 混凝土搅拌站废水处理工艺及再生利用技术研究[D].西南科技大学,2020.
[3]谭文欣. 油基岩屑在水泥混凝土路面面层结构中的应用研究[D].西南科技大学,2020.