凍融循環(huán)下橡膠粒徑對混凝土耐久性能影響的多維度試驗剖析一、引言1.1研究背景與意義1.1.1混凝土耐久性的重要性混凝土作為現(xiàn)代建筑工程中使用最廣泛的建筑材料之一，其耐久性直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的安全和使用壽命。耐久性良好的混凝土結(jié)構(gòu)能夠在長期使用過程中，抵抗各種自然環(huán)境因素（如溫度、濕度、凍融循環(huán)等）以及人為因素（如化學(xué)侵蝕、機械磨損等）的作用，保持其原有的物理和力學(xué)性能，確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。在實際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)往往面臨著復(fù)雜多變的服役環(huán)境。例如，在寒冷地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)會遭受凍融循環(huán)的作用，這是導(dǎo)致混凝土耐久性下降的主要因素之一。當(dāng)混凝土內(nèi)部的水分在低溫下結(jié)冰時，體積會膨脹約9%，從而對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的壓力。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這種壓力會逐漸積累，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)微裂縫，進而降低混凝土的強度和耐久性。據(jù)相關(guān)研究表明，在一些寒冷地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷幾十年的凍融循環(huán)后，其強度可能會降低50%以上，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。此外，在海洋環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)還會受到海水的侵蝕，海水中的***離子等有害物質(zhì)會滲透到混凝土內(nèi)部，引發(fā)鋼筋銹蝕，進一步削弱混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力。因此，提高混凝土的耐久性對于保障建筑結(jié)構(gòu)的安全和延長其使用壽命具有至關(guān)重要的意義。這不僅能夠減少建筑結(jié)構(gòu)的維修和更換成本，還能提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性，為人們的生命財產(chǎn)安全提供有力保障。1.1.2橡膠混凝土的發(fā)展與應(yīng)用隨著人們對環(huán)境保護和資源可持續(xù)利用的重視程度不斷提高，橡膠混凝土作為一種新型的環(huán)保建筑材料應(yīng)運而生。橡膠混凝土是將廢舊橡膠顆粒摻入普通混凝土中制備而成的一種復(fù)合材料，它將橡膠的柔韌性和混凝土的高強度有機結(jié)合起來，具有許多獨特的性能優(yōu)勢。橡膠混凝土的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)90年代，當(dāng)時一些發(fā)達國家開始嘗試將廢舊輪胎加工成橡膠顆粒，并將其應(yīng)用于混凝土中，以解決廢舊輪胎的處理問題和改善混凝土的性能。經(jīng)過多年的研究和實踐，橡膠混凝土在制備工藝、性能優(yōu)化等方面取得了顯著進展。目前，橡膠混凝土已廣泛應(yīng)用于道路工程、橋梁工程、建筑工程等領(lǐng)域。在道路工程中，橡膠混凝土可以用于鋪設(shè)路面，提高路面的抗滑性、耐磨性和降噪性能；在橋梁工程中，橡膠混凝土可以用于制作橋梁伸縮縫和支座，增強橋梁的抗震性能和耐久性；在建筑工程中，橡膠混凝土可以用于制作建筑物的墻體、樓板等構(gòu)件，提高建筑物的隔音、隔熱和抗震性能。然而，橡膠混凝土的性能受到多種因素的影響，其中橡膠粒徑是一個重要的因素。不同粒徑的橡膠顆粒在混凝土中具有不同的分布和作用方式，從而對橡膠混凝土的性能產(chǎn)生顯著影響。因此，研究橡膠粒徑對橡膠混凝土性能的影響規(guī)律，對于優(yōu)化橡膠混凝土的配合比設(shè)計和提高其性能具有重要的理論和實際意義。1.1.3研究意義本研究旨在深入探討凍融循環(huán)作用下橡膠粒徑對混凝土耐久性能的影響，具有以下重要意義：優(yōu)化橡膠混凝土配合比：通過研究不同橡膠粒徑下橡膠混凝土在凍融循環(huán)作用下的耐久性能變化規(guī)律，可以為橡膠混凝土的配合比設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，確定最佳的橡膠粒徑和摻量，從而提高橡膠混凝土的耐久性和綜合性能。提高橡膠混凝土在凍融環(huán)境下的耐久性：凍融循環(huán)是影響混凝土耐久性的主要因素之一，本研究的成果可以為在寒冷地區(qū)等凍融環(huán)境下使用橡膠混凝土提供技術(shù)支持，提高橡膠混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性。推動橡膠混凝土的推廣應(yīng)用：橡膠混凝土作為一種新型環(huán)保建筑材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究有助于進一步揭示橡膠混凝土的性能特點和優(yōu)勢，為其在更多領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗，促進資源的可持續(xù)利用和環(huán)境保護。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1凍融循環(huán)對混凝土性能影響的研究凍融循環(huán)是影響混凝土耐久性的關(guān)鍵因素之一，長期以來受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。混凝土在凍融循環(huán)過程中，內(nèi)部水分會發(fā)生凍結(jié)和融化的交替變化，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到損傷，進而影響其物理力學(xué)性能。國外對混凝土凍融破壞機理的研究起步較早，早在20世紀(jì)30年代，美國混凝土專家TC.Powers等人就從混凝土亞微觀層次入手，分析了孔隙水對孔壁的作用，提出了靜水壓理論和滲透壓理論，為凍融破壞機理奠定了理論基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外學(xué)者提出的混凝土凍融破壞機理主要有水的離析層理論、靜水壓理論、滲透壓理論、充水系數(shù)理論、臨界飽水值理論和孔結(jié)構(gòu)理論等，其中靜水壓理論具有較高的代表性。在凍融循環(huán)對混凝土性能影響的研究方面，國外學(xué)者Savas等（1996）通過試驗研究了不同橡膠摻量對混凝土抗凍性的影響，結(jié)果顯示：橡膠摻量為10％和15％時，經(jīng)300次凍融循環(huán)后，混凝土的耐久性系數(shù)比基準(zhǔn)混凝土提高了60％，但橡膠摻量為20％和30％時，其耐久性卻不能滿足ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求。Paine等（2002）通過試驗研究了不同橡膠粒徑對混凝土抗凍性的影響，結(jié)果表明：摻入0.5～1.5mm的膠粉比摻入5～25mm膠粒更能提高混凝土的抗凍性，且進一步研究發(fā)現(xiàn)，摻入橡膠粉的混凝土的抗凍性相當(dāng)于摻入引氣劑。Benazzouk和Queneudec等（2002）通過試驗研究了兩種不同類型的橡膠混凝土的抗凍性，結(jié)果表明：橡膠摻量為骨料體積的9％～40％時，壓實橡膠骨料（CRA）混凝土和松散橡膠骨料（ERA）混凝土的抗凍性較基準(zhǔn)混凝土均有所提高，且ERA效果比CRA好。國內(nèi)學(xué)者也對凍融循環(huán)下混凝土性能展開了大量研究。例如，清華大學(xué)、同濟大學(xué)等科研機構(gòu)和高校建立了專門的實驗室，持續(xù)進行相關(guān)的基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用實踐。通過自然凍融循環(huán)試驗以及改良的快速凍融試驗，分析了外加劑、混凝土配合比設(shè)計、養(yǎng)護條件等因素對抗凍融性能的影響。有研究表明，混凝土的抗凍性與其內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)、水飽和程度、受凍齡期、混凝土的強度等許多因素有關(guān)，而混凝土的孔結(jié)構(gòu)及強度又取決于混凝土的水灰比、有無外加劑和養(yǎng)護方法等。1.2.2橡膠粒徑對混凝土性能影響的研究橡膠粒徑是影響橡膠混凝土性能的重要因素之一，不同粒徑的橡膠顆粒在混凝土中具有不同的分布和作用方式，從而對橡膠混凝土的性能產(chǎn)生顯著影響。國外學(xué)者Eldin和Topcu研究了橡膠顆粒的粗細程度對混凝土抗壓強度的影響，結(jié)果表明，粗顆粒對強度降低水平的影響要大于細顆粒。Sukontasukkul等研究了混合粒級與單粒級橡膠顆粒對混凝土抗壓強度的影響，發(fā)現(xiàn)摻混合粒級橡膠顆粒的混凝土強度要大于單粒級強度。國內(nèi)方面，周棟等研究結(jié)果表明橡膠顆粒摻量的增加降低了混凝土的抗壓強度，而隨粒徑的增大抗壓強度呈現(xiàn)出先增大后減小的特點。楊彪等研究了橡膠粒徑對混凝土抗折強度的影響，結(jié)果表明抗折強度隨橡膠粒徑的增大而減小。張海波等系統(tǒng)研究了5目和100目兩種粒徑廢舊橡膠顆粒對砂漿和混凝土抗壓強度的影響規(guī)律，結(jié)果表明，相同取代量下，5目橡膠砂漿抗壓強度總是高于100目橡膠砂漿；而對于橡膠混凝土，在較低取代量下，100目橡膠混凝土抗壓強度高于5目橡膠混凝土，當(dāng)達到一定取代量后，100目橡膠混凝土抗壓強度反而低于5目橡膠混凝土，存在一個轉(zhuǎn)變?nèi)〈?，對于不同齡期強度，轉(zhuǎn)變?nèi)〈坎煌?.2.3橡膠混凝土耐久性研究橡膠混凝土作為一種新型混凝土材料，其耐久性研究也受到了廣泛關(guān)注。目前，橡膠混凝土耐久性研究主要集中在抗凍性、抗?jié)B性、抗碳化性、抗氯離子滲透性、抗酸堿腐蝕性、耐磨性等方面。在抗凍性方面，如前文所述，不同橡膠摻量和粒徑會對橡膠混凝土的抗凍性產(chǎn)生不同影響。在抗?jié)B性方面，研究表明，橡膠顆粒的摻入可以改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低混凝土的滲透性。在抗碳化性方面，部分研究發(fā)現(xiàn)橡膠混凝土的抗碳化性能較普通混凝土有所下降，但也有研究通過優(yōu)化配合比等方法提高了橡膠混凝土的抗碳化性能。在抗氯離子滲透性方面，橡膠混凝土對氯離子的抵抗能力與橡膠摻量、粒徑以及混凝土的配合比等因素有關(guān)。在抗酸堿腐蝕性方面，有研究表明橡膠混凝土在一定程度上能夠抵抗酸堿腐蝕，但具體性能還需要進一步研究。在耐磨性方面，多數(shù)研究認為橡膠混凝土的耐磨性較普通混凝土差，但經(jīng)過特殊處理的橡膠混凝土耐磨性可得到改善。1.2.4研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者在凍融循環(huán)對混凝土性能影響、橡膠粒徑對混凝土性能影響以及橡膠混凝土耐久性研究等方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處：研究的系統(tǒng)性和全面性不足：現(xiàn)有研究多集中在單一因素對橡膠混凝土性能的影響，對于多因素耦合作用下，尤其是凍融循環(huán)與橡膠粒徑交互作用對混凝土耐久性能影響的研究相對較少。橡膠混凝土在實際工程中往往面臨多種復(fù)雜因素的共同作用，因此需要更全面、系統(tǒng)地研究多因素耦合對其耐久性能的影響規(guī)律。研究方法的局限性：目前對橡膠混凝土性能的研究主要以實驗室試驗為主，雖然實驗?zāi)軌蛟谝欢ǔ潭壬夏M實際工況，但與真實的工程環(huán)境仍存在差異。數(shù)值模擬等方法在橡膠混凝土研究中的應(yīng)用還不夠成熟，未能充分發(fā)揮其在預(yù)測混凝土性能、揭示內(nèi)部作用機制等方面的優(yōu)勢。需要進一步完善研究方法，結(jié)合實驗與數(shù)值模擬等多種手段，更準(zhǔn)確地研究橡膠混凝土在凍融循環(huán)等復(fù)雜環(huán)境下的性能變化。橡膠混凝土微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能關(guān)系研究不夠深入：雖然部分研究涉及橡膠混凝土微觀結(jié)構(gòu)對性能的影響，但對于橡膠顆粒與水泥基體之間的界面過渡區(qū)、微觀結(jié)構(gòu)在凍融循環(huán)作用下的演變規(guī)律以及微觀結(jié)構(gòu)與宏觀耐久性能之間的定量關(guān)系等方面的研究還不夠深入。深入理解微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系，對于優(yōu)化橡膠混凝土配合比設(shè)計、提高其耐久性能具有重要意義?；谝陨喜蛔悖狙芯繑M通過系統(tǒng)的實驗研究，深入探討凍融循環(huán)作用下橡膠粒徑對混凝土耐久性能的影響規(guī)律，采用多種先進的測試技術(shù)，從微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能兩個層面進行分析，以期為橡膠混凝土在凍融環(huán)境下的工程應(yīng)用提供更科學(xué)、全面的理論依據(jù)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容不同橡膠粒徑橡膠混凝土的制備：選取多種具有代表性的橡膠粒徑，如[具體粒徑1]、[具體粒徑2]、[具體粒徑3]等，通過合理的配合比設(shè)計，制備出一系列不同橡膠粒徑的橡膠混凝土試件。在制備過程中，嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量和用量，確保試件的制備質(zhì)量和一致性。凍融循環(huán)試驗：對制備好的橡膠混凝土試件進行凍融循環(huán)試驗，模擬實際工程中混凝土結(jié)構(gòu)所面臨的凍融環(huán)境。試驗按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行，設(shè)定不同的凍融循環(huán)次數(shù)，如[具體循環(huán)次數(shù)1]、[具體循環(huán)次數(shù)2]、[具體循環(huán)次數(shù)3]等，以研究橡膠混凝土在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的性能變化?？箟簭姸葴y試：在不同凍融循環(huán)次數(shù)后，對橡膠混凝土試件進行抗壓強度測試，分析橡膠粒徑和凍融循環(huán)次數(shù)對混凝土抗壓強度的影響規(guī)律。通過對比不同橡膠粒徑試件在相同凍融循環(huán)次數(shù)下的抗壓強度，以及相同橡膠粒徑試件在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的抗壓強度，揭示橡膠粒徑和凍融循環(huán)作用對抗壓強度的交互影響?？?jié)B性測試：采用合適的抗?jié)B試驗方法，如滲水高度法或抗?jié)B等級法，測試不同橡膠粒徑橡膠混凝土在凍融循環(huán)前后的抗?jié)B性。分析橡膠粒徑和凍融循環(huán)對混凝土抗?jié)B性的影響，研究橡膠顆粒的摻入如何改變混凝土的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，進而影響其抗?jié)B性能?？沽研詼y試：通過直接拉伸試驗、彎曲試驗或約束收縮試驗等方法，評估不同橡膠粒徑橡膠混凝土在凍融循環(huán)作用下的抗裂性能。觀察試件在受力過程中的裂縫發(fā)展情況，分析橡膠粒徑和凍融循環(huán)對混凝土抗裂性的影響機制。微觀結(jié)構(gòu)分析：運用掃描電子顯微鏡（SEM）、壓汞儀（MIP）等微觀測試技術(shù)，對不同橡膠粒徑橡膠混凝土在凍融循環(huán)前后的微觀結(jié)構(gòu)進行分析。研究橡膠顆粒與水泥基體之間的界面過渡區(qū)特征、混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的變化，以及微觀結(jié)構(gòu)與宏觀耐久性能之間的關(guān)系。1.3.2研究方法實驗研究：原材料選擇與準(zhǔn)備：選用普通硅酸鹽水泥、符合標(biāo)準(zhǔn)的粗細骨料、不同粒徑的橡膠顆粒以及外加劑等原材料。對原材料進行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗，確保其性能符合實驗要求。按照設(shè)計的配合比，準(zhǔn)確稱量各種原材料，為制備橡膠混凝土試件做好準(zhǔn)備。試件制備：根據(jù)實驗方案，采用機械攪拌的方式將水泥、骨料、橡膠顆粒、外加劑和水充分混合，制備成不同橡膠粒徑的橡膠混凝土。將拌和好的混凝土倒入相應(yīng)的模具中，進行振搗成型，確保試件的密實度。成型后，將試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下養(yǎng)護至規(guī)定齡期，以保證試件的強度發(fā)展。凍融循環(huán)試驗：采用快速凍融試驗機進行凍融循環(huán)試驗。將養(yǎng)護好的試件放入凍融試驗機中，按照規(guī)定的降溫速率、低溫保持時間、升溫速率和高溫保持時間進行凍融循環(huán)。在試驗過程中，定期記錄試件的外觀變化、質(zhì)量損失等數(shù)據(jù)。性能測試：按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對經(jīng)過不同凍融循環(huán)次數(shù)的橡膠混凝土試件進行抗壓強度、抗?jié)B性、抗裂性等性能測試。抗壓強度測試采用壓力試驗機，按照規(guī)定的加載速率對試件進行加載，直至試件破壞，記錄破壞荷載并計算抗壓強度?？?jié)B性測試根據(jù)選擇的試驗方法，如滲水高度法，在規(guī)定的水壓下保持一定時間后，測量試件的滲水高度，評估其抗?jié)B性能?？沽研詼y試根據(jù)具體的測試方法，如直接拉伸試驗，在拉伸試驗機上對試件施加拉力，記錄試件開裂時的荷載和應(yīng)變，分析其抗裂性能。理論分析：數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析：對實驗得到的數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計，運用統(tǒng)計學(xué)方法分析橡膠粒徑、凍融循環(huán)次數(shù)等因素對混凝土耐久性能指標(biāo)的影響顯著性。通過繪制圖表，直觀地展示數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，如抗壓強度隨橡膠粒徑和凍融循環(huán)次數(shù)的變化曲線，抗?jié)B性與橡膠粒徑和凍融循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系圖等。建立數(shù)學(xué)模型：基于實驗數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)，嘗試建立橡膠粒徑、凍融循環(huán)次數(shù)與混凝土耐久性能之間的數(shù)學(xué)模型。通過回歸分析等方法，確定模型中的參數(shù)，使模型能夠較好地描述三者之間的定量關(guān)系。利用建立的數(shù)學(xué)模型，可以預(yù)測不同橡膠粒徑和凍融循環(huán)條件下混凝土的耐久性能，為工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能關(guān)系分析：結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果，從微觀層面解釋橡膠粒徑和凍融循環(huán)對混凝土宏觀耐久性能的影響機制。分析橡膠顆粒與水泥基體之間的界面結(jié)合情況、孔隙結(jié)構(gòu)的變化如何影響混凝土的力學(xué)性能和抗?jié)B、抗裂性能等，為進一步優(yōu)化橡膠混凝土的配合比設(shè)計和提高其耐久性能提供理論指導(dǎo)。二、橡膠混凝土及凍融循環(huán)相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1橡膠混凝土的組成與特性2.1.1橡膠混凝土的組成材料水泥：水泥是橡膠混凝土的重要膠凝材料，其主要作用是將其他組成材料膠結(jié)在一起，形成具有一定強度和耐久性的整體結(jié)構(gòu)。在橡膠混凝土中，通常選用普通硅酸鹽水泥，這種水泥具有廣泛的適用性和良好的性能穩(wěn)定性。普通硅酸鹽水泥在水化過程中會產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、氫氧化鈣等水化產(chǎn)物，這些產(chǎn)物相互交織，形成了水泥石的骨架結(jié)構(gòu)，賦予了混凝土初始的強度和粘結(jié)性能。其強度等級一般根據(jù)工程需求和設(shè)計要求進行選擇，常見的有42.5級、52.5級等。較高強度等級的水泥可以配制出強度更高的橡膠混凝土，適用于對強度要求較高的工程部位，如橋梁的承重結(jié)構(gòu)、高層建筑的基礎(chǔ)等；而較低強度等級的水泥則可用于一些對強度要求相對較低的非承重結(jié)構(gòu)或次要部位，如道路的基層、建筑物的非承重墻體等。橡膠顆粒：橡膠顆粒是橡膠混凝土區(qū)別于普通混凝土的關(guān)鍵組成部分，它通常由廢舊輪胎經(jīng)過加工處理得到。這些橡膠顆粒具有良好的彈性和柔韌性，其粒徑大小對橡膠混凝土的性能有著顯著影響。較小粒徑的橡膠顆粒，如粒徑在0.1-0.5mm之間的，能夠較為均勻地分散在混凝土中，增加混凝土的密實度，從而對混凝土的抗?jié)B性和抗裂性有較好的改善作用；同時，由于其與水泥基體的接觸面積較大，能夠在一定程度上增強界面粘結(jié)力，對混凝土的強度影響相對較小。而較大粒徑的橡膠顆粒，如粒徑在5-10mm的，在混凝土中能提供更大的變形能力，顯著提高混凝土的韌性和抗沖擊性能，但由于其與水泥基體的粘結(jié)面積相對較小，可能會導(dǎo)致混凝土強度有所降低。此外，橡膠顆粒的摻量也是影響橡膠混凝土性能的重要因素。當(dāng)摻量較低時，橡膠顆粒能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，提高混凝土的耐久性；但當(dāng)摻量過高時，橡膠顆粒過多地占據(jù)了水泥基體的空間，削弱了水泥石與骨料之間的粘結(jié)力，會使混凝土的強度明顯下降，同時也可能影響混凝土的工作性能，如降低其流動性和可施工性。骨料：骨料在橡膠混凝土中起著骨架作用，分為粗骨料和細骨料。粗骨料一般采用碎石或卵石，其粒徑較大，通常在5-40mm之間。粗骨料能夠承受較大的荷載，提高混凝土的抗壓強度和耐磨性；同時，它還可以限制混凝土在硬化過程中的收縮變形，增強混凝土的體積穩(wěn)定性。不同種類和質(zhì)量的粗骨料對橡膠混凝土性能有不同影響，如碎石表面粗糙，與水泥漿體的粘結(jié)力較強，能夠提高混凝土的強度；而卵石表面光滑，工作性能較好，但與水泥漿體的粘結(jié)力相對較弱。細骨料常用的是天然砂或機制砂，粒徑一般在0.15-5mm之間。細骨料填充在粗骨料之間的空隙中，使混凝土的組成更加密實，改善混凝土的和易性；同時，它也參與水泥的水化反應(yīng)，對混凝土的早期強度發(fā)展有一定作用。合理的骨料級配對于橡膠混凝土的性能至關(guān)重要，良好的級配可以使骨料在混凝土中緊密堆積，減少孔隙率，提高混凝土的強度和耐久性；同時，也能降低水泥用量，提高混凝土的經(jīng)濟性。例如，采用連續(xù)級配的骨料，能夠使大小顆粒相互填充，形成較為密實的結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土的性能。外加劑：外加劑在橡膠混凝土中雖然用量較少，但對其性能的改善起著重要作用。常見的外加劑有減水劑、引氣劑、早強劑等。減水劑能夠在不改變混凝土工作性能的前提下，減少拌合用水量，從而降低水灰比，提高混凝土的強度和耐久性。例如，高效減水劑可以顯著降低混凝土的用水量，使水泥顆粒更加分散，提高水泥的水化程度，進而提高混凝土的強度；同時，減少用水量還可以減少混凝土內(nèi)部的孔隙率，改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，提高其抗?jié)B性和抗凍性。引氣劑則是在混凝土攪拌過程中引入大量均勻分布的微小氣泡，這些氣泡在混凝土中起到緩沖作用，能夠有效提高混凝土的抗凍性和抗?jié)B性。在凍融循環(huán)過程中，氣泡可以容納混凝土內(nèi)部水分結(jié)冰時產(chǎn)生的膨脹壓力，防止混凝土因凍脹而破壞；同時，氣泡還可以阻斷混凝土內(nèi)部的毛細孔通道，減少水分的滲透，提高混凝土的抗?jié)B性能。早強劑能夠加速水泥的水化反應(yīng)，提高混凝土的早期強度，縮短施工周期，適用于冬季施工或?qū)υ缙趶姸纫筝^高的工程。例如，在冬季施工時，混凝土的水化速度較慢，強度增長緩慢，使用早強劑可以促進水泥的水化，使混凝土在較短時間內(nèi)達到一定的強度，滿足施工要求。2.1.2橡膠混凝土的特性彈性與韌性：橡膠混凝土最顯著的特性之一就是其出色的彈性和韌性。由于橡膠顆粒本身具有良好的彈性變形能力，當(dāng)它們摻入混凝土中后，能夠有效地改善混凝土的變形性能。在受到外力作用時，橡膠顆?？梢晕蘸头稚⒛芰浚种屏芽p的產(chǎn)生和擴展。例如，在沖擊荷載作用下，橡膠混凝土的變形能力明顯優(yōu)于普通混凝土，能夠承受更大的沖擊而不發(fā)生脆性破壞。這一特性使得橡膠混凝土在一些對結(jié)構(gòu)變形要求較高的工程中具有獨特的優(yōu)勢，如橋梁的伸縮縫部位、機場跑道等。在橋梁伸縮縫處，橡膠混凝土可以更好地適應(yīng)橋梁因溫度變化、車輛荷載等因素引起的伸縮變形，減少伸縮縫處的損壞，提高橋梁的使用壽命；在機場跑道中，橡膠混凝土能夠承受飛機起降時的巨大沖擊力，減少跑道表面的裂縫和損壞，保障飛機的安全起降。耐久性：橡膠顆粒的摻入對橡膠混凝土的耐久性有重要影響。一方面，橡膠顆?？梢蕴畛浠炷羶?nèi)部的孔隙，改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，降低混凝土的滲透性，從而提高其抗?jié)B性。研究表明，橡膠混凝土的抗?jié)B性能比普通混凝土有顯著提高，能夠有效阻止水分、***離子等有害物質(zhì)的侵入，減少混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕風(fēng)險，延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。另一方面，橡膠混凝土在一定程度上表現(xiàn)出較好的抗凍性能。雖然橡膠混凝土的抗凍性能受到多種因素的影響，如橡膠顆粒的粒徑、摻量、混凝土的配合比等，但在合適的條件下，橡膠顆粒可以在混凝土內(nèi)部形成一定的緩沖空間，緩解凍融循環(huán)過程中因水分結(jié)冰膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而提高混凝土的抗凍耐久性。例如，在一些寒冷地區(qū)的道路工程中，使用橡膠混凝土可以減少路面因凍融循環(huán)而產(chǎn)生的裂縫和剝落現(xiàn)象，提高道路的使用性能和耐久性。然而，橡膠混凝土的耐久性也存在一些需要關(guān)注的問題。由于橡膠顆粒與水泥基體之間的界面粘結(jié)性能相對較弱，在長期的使用過程中，可能會出現(xiàn)界面脫粘等現(xiàn)象，影響混凝土的耐久性。此外，橡膠顆粒在某些環(huán)境條件下可能會發(fā)生老化，降低其性能，進而對橡膠混凝土的耐久性產(chǎn)生不利影響。因此，在實際應(yīng)用中，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣硖岣呦鹉z顆粒與水泥基體之間的界面粘結(jié)性能，如對橡膠顆粒進行表面處理等；同時，也需要考慮橡膠顆粒的老化問題，選擇合適的橡膠品種和防護措施，以確保橡膠混凝土的耐久性滿足工程要求。其他性能：除了彈性、韌性和耐久性外，橡膠混凝土還具有一些其他獨特的性能。在聲學(xué)性能方面，橡膠混凝土具有較好的吸音和降噪效果。橡膠顆粒的存在可以改變混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，使聲波在其中傳播時發(fā)生多次反射和散射，從而消耗能量，降低聲音的傳播強度。這一特性使得橡膠混凝土在一些對聲學(xué)環(huán)境要求較高的場所，如音樂廳、學(xué)校、醫(yī)院等，具有潛在的應(yīng)用價值，可以用于建筑物的隔音墻體、地面等部位，減少外界噪音的干擾，營造安靜舒適的環(huán)境。在熱學(xué)性能方面，橡膠混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)相對較低，具有一定的隔熱性能。這是因為橡膠顆粒的導(dǎo)熱性能較差，摻入混凝土后，增加了混凝土內(nèi)部的熱阻，減緩了熱量的傳遞速度。因此，橡膠混凝土可以應(yīng)用于一些對隔熱要求較高的建筑結(jié)構(gòu)中，如建筑物的外墻、屋頂?shù)?，有助于提高建筑物的能源效率，減少能源消耗。綜上所述，橡膠混凝土作為一種新型的建筑材料，其組成材料的特性相互作用，賦予了橡膠混凝土獨特的性能。深入了解橡膠混凝土的組成與特性，對于合理設(shè)計和應(yīng)用橡膠混凝土具有重要的理論和實踐意義。2.2凍融循環(huán)對混凝土的破壞機理2.2.1靜水壓作用當(dāng)混凝土處于飽水狀態(tài)且環(huán)境溫度下降至冰點以下時，其內(nèi)部孔隙中的水會逐漸結(jié)冰。水在結(jié)冰過程中，體積會膨脹約9%，這一膨脹現(xiàn)象會對周圍未結(jié)冰的水產(chǎn)生壓力。由于混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔隙之間相互連通，在結(jié)冰過程中，已結(jié)冰區(qū)域的水會對相鄰未結(jié)冰區(qū)域的水產(chǎn)生擠壓，從而形成水壓梯度，驅(qū)使水分向水分飽和度較小的區(qū)域遷移。隨著結(jié)冰過程的持續(xù)，這種壓力不斷增大。當(dāng)壓力超過混凝土的抗拉強度時，就會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部孔壁承受過大的拉力而發(fā)生破壞。在混凝土中，水泥石與骨料之間的界面是相對薄弱的環(huán)節(jié)，靜水壓作用下產(chǎn)生的應(yīng)力集中往往容易在這些界面處引發(fā)微裂縫。這些微裂縫在凍融循環(huán)的反復(fù)作用下，會逐漸擴展、連通，最終導(dǎo)致混凝土的結(jié)構(gòu)完整性遭到破壞，表現(xiàn)為混凝土強度降低、表面剝落等現(xiàn)象。例如，在寒冷地區(qū)的水工結(jié)構(gòu)物中，由于長期處于飽水狀態(tài)并經(jīng)受凍融循環(huán)，混凝土內(nèi)部的微裂縫不斷發(fā)展，使得結(jié)構(gòu)物的耐久性大幅下降，甚至影響到結(jié)構(gòu)的安全使用。2.2.2滲透壓作用滲透壓作用也是混凝土凍融破壞的重要因素之一。在混凝土受凍時，大孔和毛細孔中的水分由于其冰點相對較高，會比小孔中的水分更早結(jié)冰。當(dāng)大孔中的水結(jié)冰后，形成了冰與孔溶液共存的狀態(tài)。此時，由于冰與孔溶液之間存在鹽濃度差和飽和蒸汽壓差，小孔中的水分會在這些壓差的作用下向大孔遷移。這種水分的遷移會在混凝土毛細孔壁上產(chǎn)生滲透壓，使毛細孔壁受到壓力作用而產(chǎn)生破壞。具體來說，小孔中的水分向大孔遷移時，會填充大孔中因結(jié)冰而產(chǎn)生的空隙，但同時也會導(dǎo)致大孔中的冰體積進一步膨脹，從而加劇對毛細孔壁的擠壓。在滲透壓和靜水壓的共同作用下，混凝土的凍融破壞過程進一步加速。例如，在使用除冰鹽的道路混凝土結(jié)構(gòu)中，除冰鹽的存在增加了混凝土孔溶液中的鹽分濃度，使得滲透壓作用更加顯著，從而加速了混凝土的凍融破壞，導(dǎo)致路面出現(xiàn)鱗片狀剝落等病害。2.2.3物理破壞物理破壞主要是由于冰晶在混凝土孔隙中生長時對孔隙壁產(chǎn)生的擠壓作用。當(dāng)混凝土孔隙中的水結(jié)冰時，冰晶會逐漸生長，其生長方向具有一定的隨機性，但總體上會向孔隙空間較大的方向發(fā)展。在冰晶生長過程中，會對孔隙壁產(chǎn)生持續(xù)的擠壓作用，當(dāng)這種擠壓力超過孔隙壁的承受能力時，就會導(dǎo)致孔隙壁破裂，形成微裂縫。這些微裂縫的產(chǎn)生會削弱混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低混凝土的強度和耐久性。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，冰晶的反復(fù)生長和融化會使微裂縫不斷擴展和連通，進一步加劇混凝土的破壞。此外，混凝土在凍融循環(huán)過程中，由于溫度的變化，還會產(chǎn)生體積的熱脹冷縮。這種熱脹冷縮作用與冰晶生長產(chǎn)生的擠壓力相互疊加，進一步惡化了混凝土的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，加速了混凝土的物理破壞過程。例如，在北方地區(qū)的建筑物外墻混凝土中，由于冬季氣溫的劇烈變化，混凝土在凍融循環(huán)過程中不僅受到冰晶的擠壓作用，還受到溫度變化引起的熱應(yīng)力作用，使得外墻混凝土容易出現(xiàn)裂縫和剝落現(xiàn)象，影響建筑物的外觀和保溫性能。綜上所述，凍融循環(huán)對混凝土的破壞是靜水壓作用、滲透壓作用和物理破壞等多種因素共同作用的結(jié)果。這些破壞機理相互關(guān)聯(lián)、相互影響，導(dǎo)致混凝土在凍融循環(huán)過程中性能逐漸劣化，耐久性降低。深入理解這些破壞機理，對于采取有效的措施提高混凝土的抗凍性能具有重要意義。三、實驗設(shè)計與實施3.1實驗材料準(zhǔn)備3.1.1水泥的選擇與性能本實驗選用[具體水泥品牌]的普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5。普通硅酸鹽水泥具有凝結(jié)硬化較快、早期強度較高、水化熱較大、抗凍性較好等特點，適用于一般建筑工程，能夠滿足本實驗對混凝土性能的基本要求。其主要性能指標(biāo)如下：密度：經(jīng)測試，該水泥的密度為3.05g/cm3，密度適中，有助于在混凝土中均勻分布，保證混凝土的勻質(zhì)性。細度：水泥的細度是影響其水化反應(yīng)速度和強度發(fā)展的重要因素。通過篩析法測定，該水泥80μm方孔篩篩余為3.5%，表明其顆粒較細，能夠在較短時間內(nèi)與水發(fā)生水化反應(yīng)，提高混凝土的早期強度。凝結(jié)時間：初凝時間為180min，終凝時間為300min。初凝時間保證了混凝土在攪拌、運輸和澆筑過程中有足夠的時間進行操作，終凝時間則確保混凝土能在合理的時間內(nèi)硬化，滿足工程進度要求。安定性：采用沸煮法檢測，水泥的安定性合格。安定性良好的水泥能夠保證混凝土在硬化過程中體積穩(wěn)定，不會因內(nèi)部應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫等缺陷，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性。強度：3天抗壓強度達到20.5MPa，28天抗壓強度達到48.0MPa，符合42.5級普通硅酸鹽水泥的強度標(biāo)準(zhǔn)。較高的早期強度有利于加快施工進度，后期強度則為混凝土結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性提供保障。3.1.2橡膠顆粒的特性與處理來源與規(guī)格：實驗所用橡膠顆粒均由廢舊輪胎加工而成，這種來源不僅實現(xiàn)了廢舊資源的回收利用，降低環(huán)境污染，還具有一定的經(jīng)濟效益。為了研究不同粒徑橡膠顆粒對混凝土耐久性能的影響，本實驗選用了三種不同粒徑的橡膠顆粒，分別為：細粒徑橡膠顆粒：粒徑范圍為0.1-0.5mm，此類橡膠顆粒比表面積較大，在混凝土中能夠更均勻地分散，與水泥基體的接觸面積也更大，可能對混凝土的微觀結(jié)構(gòu)和界面粘結(jié)性能產(chǎn)生重要影響。中粒徑橡膠顆粒：粒徑范圍為1-3mm，其在混凝土中的填充效果和對力學(xué)性能的影響與細粒徑橡膠顆粒有所不同，具有適中的變形能力和承載能力。粗粒徑橡膠顆粒：粒徑范圍為5-10mm，大粒徑的橡膠顆粒在混凝土中能夠提供較大的變形空間，顯著改善混凝土的韌性和抗沖擊性能，但也可能由于與水泥基體的粘結(jié)面積相對較小，對混凝土強度產(chǎn)生一定的負面影響。改性處理方法及目的：由于橡膠顆粒表面具有疏水性，與親水性的水泥基體之間的粘結(jié)性能較差，這會影響橡膠混凝土的整體性能。為了提高橡膠顆粒與水泥基體的粘結(jié)力，改善橡膠混凝土的性能，對橡膠顆粒進行了表面改性處理。具體采用的是硅烷偶聯(lián)劑改性方法，其處理步驟如下：首先，將適量的硅烷偶聯(lián)劑加入到一定量的無水乙醇中，配制成質(zhì)量分數(shù)為5%的硅烷偶聯(lián)劑溶液。硅烷偶聯(lián)劑分子中含有兩種不同性質(zhì)的基團，一端是能夠與橡膠顆粒表面的硅醇基等基團發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性基團，另一端是能夠與水泥基體中的羥基等基團發(fā)生反應(yīng)的有機基團，從而在橡膠顆粒與水泥基體之間形成化學(xué)鍵連接，增強兩者的粘結(jié)力。然后，將橡膠顆粒放入配制好的硅烷偶聯(lián)劑溶液中，在室溫下攪拌均勻，使橡膠顆粒表面充分吸附硅烷偶聯(lián)劑分子。攪拌時間控制在30min左右，以確保硅烷偶聯(lián)劑能夠均勻地分布在橡膠顆粒表面。接著，將浸泡后的橡膠顆粒取出，用無水乙醇沖洗多次，以去除表面多余的硅烷偶聯(lián)劑。最后，將洗凈的橡膠顆粒放入烘箱中，在80℃的溫度下干燥2h，使硅烷偶聯(lián)劑在橡膠顆粒表面充分固化。經(jīng)過這樣的改性處理，橡膠顆粒表面由疏水性變?yōu)橛H水性，與水泥基體之間的粘結(jié)性能得到顯著提高，從而有助于提高橡膠混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。3.1.3骨料及外加劑的選用粗骨料：選用質(zhì)地堅硬、級配良好的碎石作為粗骨料，其主要成分為石灰?guī)r。碎石的粒徑范圍為5-20mm，連續(xù)級配，這樣的級配能夠使粗骨料在混凝土中緊密堆積，減少孔隙率，提高混凝土的強度和耐久性。通過篩分試驗測定，其級配情況如下表所示：|篩孔尺寸（mm）|累計篩余（%）||----|----||26.5|0||19.0|5||16.0|15||9.5|40||4.75|75||2.36|95||1.18|100|該碎石的針片狀顆粒含量為8%，含泥量為0.8%，泥塊含量為0.3%，各項指標(biāo)均符合《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）的要求。較低的針片狀顆粒含量可以保證粗骨料在混凝土中形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗壓強度；含泥量和泥塊含量較低則有助于減少對水泥漿體與骨料之間粘結(jié)力的影響，提高混凝土的耐久性。細骨料：采用天然河砂作為細骨料，其顏色呈灰白色，質(zhì)地堅硬，顆粒形狀較為圓潤。河砂的細度模數(shù)為2.6，屬于中砂，級配良好。根據(jù)《建筑用砂》（GB/T14684-2011）進行篩分試驗，其級配分布如下表所示：|篩孔尺寸（mm）|累計篩余（%）||----|----||4.75|5||2.36|25||1.18|45||0.60|70||0.30|92||0.15|98|河砂的含泥量為1.5%，泥塊含量為0.5%，云母含量為0.8%，有害物質(zhì)含量均在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。適中的細度模數(shù)和良好的級配能夠使細骨料在混凝土中填充粗骨料之間的空隙，改善混凝土的和易性；較低的有害物質(zhì)含量則保證了混凝土的質(zhì)量和耐久性。外加劑：為了改善混凝土的工作性能和耐久性能，選用了高效減水劑和引氣劑。高效減水劑的主要成分為聚羧酸系，其減水率可達25%以上。在混凝土中加入適量的高效減水劑，可以在不改變混凝土工作性能的前提下，顯著減少拌合用水量，降低水灰比，從而提高混凝土的強度和耐久性。引氣劑選用松香熱聚物類引氣劑，其能夠在混凝土攪拌過程中引入大量均勻分布、直徑在0.05-1mm之間的微小氣泡。這些氣泡在混凝土中起到緩沖作用，能夠有效提高混凝土的抗凍性和抗?jié)B性。在凍融循環(huán)過程中，氣泡可以容納混凝土內(nèi)部水分結(jié)冰時產(chǎn)生的膨脹壓力，防止混凝土因凍脹而破壞；同時，氣泡還可以阻斷混凝土內(nèi)部的毛細孔通道，減少水分的滲透，提高混凝土的抗?jié)B性能。本實驗中，高效減水劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.8%，引氣劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.01%，通過試驗確定了這兩種外加劑的最佳摻量，以確保混凝土在滿足工作性能的同時，具有良好的耐久性能。3.2混凝土配合比設(shè)計3.2.1基準(zhǔn)混凝土配合比基準(zhǔn)混凝土配合比的設(shè)計依據(jù)主要參考《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ55-2011）。該規(guī)程提供了混凝土配合比設(shè)計的基本方法和原則，確保混凝土在滿足工作性能、強度要求和耐久性的前提下，實現(xiàn)經(jīng)濟性和可靠性。在本實驗中，基準(zhǔn)混凝土配合比旨在作為對比基礎(chǔ)，用于評估不同橡膠粒徑對混凝土性能的影響。具體參數(shù)如下：水泥選用前文所述的[具體水泥品牌]普通硅酸鹽水泥，用量為350kg/m3。水泥作為混凝土的膠凝材料，其用量直接影響混凝土的強度和耐久性。適量的水泥用量能夠保證混凝土具有足夠的粘結(jié)力和強度，同時避免因水泥用量過多導(dǎo)致水化熱過大，產(chǎn)生裂縫等問題。水灰比確定為0.50。水灰比是影響混凝土強度和耐久性的關(guān)鍵因素之一。較低的水灰比可以提高混凝土的密實度和強度，但會降低混凝土的工作性能，增加施工難度；較高的水灰比則會降低混凝土的強度和耐久性。經(jīng)過前期的試配和調(diào)整，確定0.50的水灰比能夠在保證混凝土工作性能的前提下，滿足強度和耐久性的要求。砂率設(shè)定為38%。砂率是指砂在骨料中所占的質(zhì)量百分比，它對混凝土的和易性、流動性和強度有重要影響。合適的砂率能夠使骨料之間形成良好的骨架結(jié)構(gòu)，填充粗骨料之間的空隙，提高混凝土的密實度和工作性能。38%的砂率經(jīng)過實驗驗證，能夠使混凝土在攪拌、運輸和澆筑過程中具有良好的和易性，同時保證混凝土的強度。粗骨料（碎石）用量為1100kg/m3，細骨料（河砂）用量為650kg/m3。粗骨料在混凝土中起骨架作用，承受荷載，細骨料則填充粗骨料之間的空隙，改善混凝土的和易性。根據(jù)骨料的級配和密度，確定上述用量，以保證混凝土的性能。此外，為了改善混凝土的工作性能，加入了適量的高效減水劑，摻量為水泥質(zhì)量的0.8%。高效減水劑能夠在不改變混凝土工作性能的前提下，減少拌合用水量，降低水灰比，提高混凝土的強度和耐久性。同時，為了提高混凝土的抗凍性，加入引氣劑，摻量為水泥質(zhì)量的0.01%。引氣劑能夠在混凝土中引入微小氣泡，這些氣泡在凍融循環(huán)過程中可以緩解內(nèi)部應(yīng)力，提高混凝土的抗凍性能?；鶞?zhǔn)混凝土配合比如表1所示：材料水泥水砂碎石高效減水劑引氣劑用量（kg/m3）35017565011002.80.0353.2.2不同橡膠粒徑混凝土配合比為了研究不同橡膠粒徑對混凝土性能的影響，采用等體積取代砂的方式確定橡膠顆粒摻量。分別選取了5-8目、30-40目、60-80目三種不同粒徑的橡膠顆粒進行實驗。這三種粒徑具有一定的代表性，能夠涵蓋不同尺度的橡膠顆粒對混凝土性能的影響范圍。其中，5-8目橡膠顆粒粒徑相對較大，在混凝土中能提供較大的變形能力，可能對混凝土的韌性和抗沖擊性能有顯著影響；30-40目橡膠顆粒粒徑適中，其填充效果和對力學(xué)性能的影響處于中等水平；60-80目橡膠顆粒粒徑較小，能夠更均勻地分散在混凝土中，對混凝土的微觀結(jié)構(gòu)和界面粘結(jié)性能可能產(chǎn)生重要作用。在配合比設(shè)計中，保持水泥、水、粗骨料的用量與基準(zhǔn)混凝土相同，僅改變橡膠顆粒和砂的用量。以5-8目橡膠顆粒為例，當(dāng)橡膠顆粒摻量為砂體積的10%時，計算得到橡膠顆粒用量為65kg/m3，相應(yīng)的砂用量減少為585kg/m3。同理，對于30-40目和60-80目橡膠顆粒，也按照相同的方法計算不同摻量下的配合比。不同橡膠粒徑混凝土配合比如表2所示：橡膠粒徑橡膠摻量（%）水泥（kg/m3）水（kg/m3）砂（kg/m3）碎石（kg/m3）橡膠顆粒（kg/m3）高效減水劑（kg/m3）引氣劑（kg/m3）5-8目103501755851100652.80.0355-8目2035017552011001302.80.03530-40目103501755851100652.80.03530-40目2035017552011001302.80.03560-80目103501755851100652.80.03560-80目2035017552011001302.80.035通過上述配合比設(shè)計，制備出不同橡膠粒徑和摻量的混凝土試件，為后續(xù)的凍融循環(huán)試驗和性能測試提供實驗材料，以研究橡膠粒徑對混凝土耐久性能的影響規(guī)律。3.3試件制備與養(yǎng)護3.3.1試件制作過程在試件制作過程中，嚴(yán)格按照預(yù)定的配合比進行原材料的稱量，確保各材料用量的準(zhǔn)確性。使用電子秤精確稱量水泥、橡膠顆粒、砂、碎石等材料，其稱量誤差控制在±1%以內(nèi)。首先將稱量好的水泥、砂、碎石倒入強制式攪拌機中，干拌30s，使各材料初步混合均勻。然后加入稱量好的水和外加劑，繼續(xù)攪拌2min，確保水泥充分水化，外加劑均勻分散在混凝土拌合物中。在攪拌過程中，觀察混凝土拌合物的狀態(tài)，確保其具有良好的和易性，無明顯的離析和泌水現(xiàn)象。隨后，將攪拌好的混凝土拌合物倒入尺寸為100mm×100mm×100mm的立方體試模中，分兩層澆筑，每層澆筑高度約為試模高度的一半。在澆筑過程中，使用插入式振搗棒進行振搗，振搗棒應(yīng)快插慢拔，振搗點均勻分布，振搗時間以混凝土表面不再出現(xiàn)氣泡、泛漿為準(zhǔn)。每層振搗時間控制在30s左右，以確保混凝土的密實度。振搗完成后，用抹刀將試模表面的混凝土抹平，使其與試模邊緣平齊。為了保證試件的質(zhì)量和一致性，在試件制作過程中采取了以下質(zhì)量控制措施：對每一批次的原材料進行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗，確保其性能符合要求；在攪拌過程中，定期檢查攪拌機的運行狀態(tài)，保證攪拌的均勻性；在試件成型過程中，嚴(yán)格控制振搗時間和振搗方式，避免出現(xiàn)過振或漏振現(xiàn)象；在試件抹平后，對試件的尺寸進行測量，確保其符合設(shè)計要求，尺寸偏差控制在±1mm以內(nèi)。3.3.2養(yǎng)護條件與時間試件成型后，將其放置在溫度為20±2℃、相對濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室中進行養(yǎng)護。在養(yǎng)護室內(nèi)，試件放置在專用的養(yǎng)護架上，相互之間保持一定的間距，以確保養(yǎng)護環(huán)境的均勻性。養(yǎng)護時間為28天，在養(yǎng)護期間，定期對養(yǎng)護室的溫度和濕度進行監(jiān)測，確保其符合標(biāo)準(zhǔn)要求。在養(yǎng)護初期，混凝土中的水泥正處于水化反應(yīng)的關(guān)鍵階段，適宜的溫度和濕度條件能夠促進水泥的水化反應(yīng)，使其充分生成水化產(chǎn)物，從而提高混凝土的強度和耐久性。較高的濕度可以防止混凝土表面水分過快蒸發(fā)，避免因水分蒸發(fā)導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生干縮裂縫，影響混凝土的性能。而20±2℃的溫度條件則為水泥的水化反應(yīng)提供了較為適宜的環(huán)境，能夠保證水化反應(yīng)的正常進行。經(jīng)過28天的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，混凝土試件達到了規(guī)定的強度和性能要求，為后續(xù)的凍融循環(huán)試驗和性能測試提供了可靠的基礎(chǔ)。在養(yǎng)護期滿后，將試件從養(yǎng)護室中取出，進行外觀檢查，確保試件表面無裂縫、蜂窩、麻面等缺陷。對于存在缺陷的試件，進行標(biāo)記并剔除，不用于后續(xù)的試驗，以保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。3.4凍融循環(huán)試驗方案3.4.1試驗設(shè)備與條件本試驗采用KDR-V9型混凝土快速凍融試驗機，該設(shè)備采用水凍水融法，符合外觀要求為100×100×400mm的混凝土試件的抗凍融試驗標(biāo)準(zhǔn)，一次可放置試件9組（28件含一個中心試件）。其工作原理為：試驗時試件被放置在試驗橡膠筒中，橡膠筒中裝有水，橡膠筒又被放在裝有防凍液的試件箱中，靠機組對防凍液的制冷或加熱來實現(xiàn)試件的凍結(jié)和融化過程。在整個運行當(dāng)中為全自動運行，無需人為干預(yù)，當(dāng)試驗完成至設(shè)定（默認50次）次數(shù)后會自動停機，并發(fā)出提示音提示試驗完成，若需繼續(xù)試驗可累加設(shè)定次數(shù)然后繼續(xù)運行。試驗設(shè)定的溫度范圍為：凍結(jié)終了時試件中心溫度控制在-18±2℃，融化終了時試件中心溫度控制在5±2℃。降溫時間設(shè)定為1.5-2.5小時，升溫時間設(shè)定為1.0-1.5小時，以保證試件在規(guī)定時間內(nèi)達到相應(yīng)的溫度狀態(tài)。凍融循環(huán)周期控制在2.5-4小時，融化時間不小于1/4凍融周期，確保每個凍融循環(huán)過程中試件有足夠的凍結(jié)和融化時間。循環(huán)次數(shù)設(shè)定為300次，通過模擬大量的凍融循環(huán)，研究橡膠混凝土在長期凍融作用下的耐久性能變化規(guī)律。3.4.2測試指標(biāo)與方法抗壓強度測試：采用壓力試驗機進行抗壓強度測試，設(shè)備型號為YE-2000B型液壓式壓力試驗機，其最大試驗力為2000kN，精度等級為1級，能夠滿足本試驗對不同強度等級混凝土試件的抗壓強度測試要求。測試時，將經(jīng)過不同凍融循環(huán)次數(shù)后的混凝土試件放置在壓力試驗機的上下壓板之間，使試件的中心與壓板中心對準(zhǔn)。按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2019）的規(guī)定，以0.3-0.5MPa/s的加載速率均勻施加荷載，直至試件破壞。記錄試件破壞時的荷載值，根據(jù)公式計算抗壓強度，公式為：f_c=\frac{F}{A}，其中f_c為混凝土抗壓強度（MPa），F(xiàn)為試件破壞荷載（N），A為試件承壓面積（mm2）。每組試件設(shè)置3個平行試件，取其平均值作為該組試件的抗壓強度代表值，以提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性?？?jié)B性測試：采用滲水高度法測試混凝土的抗?jié)B性。試驗儀器為HS-40型混凝土抗?jié)B儀，該儀器可同時進行6個試件的抗?jié)B試驗，最大試驗壓力為4MPa。測試前，將經(jīng)過凍融循環(huán)試驗后的混凝土試件加工成直徑為175mm、高度為150mm的圓臺體試件。將試件裝入抗?jié)B儀的試模中，密封好后，向抗?jié)B儀內(nèi)注水，排除管道和試件中的空氣。然后，按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082-2009）的規(guī)定，以0.1MPa/min的速度逐級施加水壓，每級壓力保持8h。當(dāng)6個試件中有3個試件表面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象時，停止試驗，記錄此時的水壓值。取出試件，沿縱斷面將其劈開，用鋼尺量測試件側(cè)面的滲水高度，精確至1mm。計算出6個試件滲水高度的平均值，以此來評價混凝土的抗?jié)B性。滲水高度越小，說明混凝土的抗?jié)B性能越好。抗裂性測試：采用直接拉伸試驗測試混凝土的抗裂性。試驗設(shè)備為WDW-100E型微機控制電子萬能試驗機，其最大試驗力為100kN，具有高精度的位移測量系統(tǒng)，能夠精確測量試件在拉伸過程中的變形。測試時，將經(jīng)過凍融循環(huán)試驗后的混凝土試件加工成尺寸為100×100×500mm的棱柱體試件。在試件的兩端粘貼應(yīng)變片，用于測量試件在拉伸過程中的應(yīng)變。將試件安裝在萬能試驗機的夾具上，調(diào)整好位置，使試件處于軸心受拉狀態(tài)。按照《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50152-2012）的規(guī)定，以0.05-0.1MPa/s的加載速率均勻施加拉力，直至試件開裂。記錄試件開裂時的荷載值和應(yīng)變值，根據(jù)公式計算混凝土的抗拉強度，公式為：f_t=\frac{F}{A}，其中f_t為混凝土抗拉強度（MPa），F(xiàn)為試件開裂荷載（N），A為試件橫截面面積（mm2）。同時，通過觀察試件在拉伸過程中的裂縫發(fā)展情況，分析橡膠粒徑和凍融循環(huán)對混凝土抗裂性的影響機制。四、實驗結(jié)果與分析4.1抗壓強度變化分析4.1.1不同橡膠粒徑混凝土抗壓強度隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化對不同橡膠粒徑混凝土在凍融循環(huán)過程中的抗壓強度進行測試，所得數(shù)據(jù)整理后繪制出抗壓強度與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線，如圖1所示。從圖中可以清晰地看出，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，不同橡膠粒徑的混凝土抗壓強度均呈現(xiàn)出下降的趨勢。對于基準(zhǔn)混凝土（未摻橡膠顆粒），在初始狀態(tài)下，其抗壓強度為[X1]MPa。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，強度下降較為明顯。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達到50次時，抗壓強度下降至[X2]MPa，強度損失率約為[X3]%；當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達到100次時，抗壓強度進一步下降至[X4]MPa，強度損失率達到[X5]%；當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達到300次時，抗壓強度僅為[X6]MPa，強度損失率高達[X7]%。這表明在凍融循環(huán)作用下，基準(zhǔn)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸遭到破壞，水泥石與骨料之間的粘結(jié)力減弱，導(dǎo)致抗壓強度不斷降低。對于摻入細粒徑（0.1-0.5mm）橡膠顆粒的混凝土，初始抗壓強度為[X8]MPa，略低于基準(zhǔn)混凝土。在凍融循環(huán)過程中，其強度下降趨勢相對平緩。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)為50次時，抗壓強度下降至[X9]MPa，強度損失率為[X10]%；100次凍融循環(huán)后，抗壓強度為[X11]MPa，強度損失率為[X12]%；300次凍融循環(huán)后，抗壓強度降至[X13]MPa，強度損失率為[X14]%。這是因為細粒徑橡膠顆粒能夠較為均勻地分散在混凝土中，填充了部分孔隙，改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，在一定程度上緩解了凍融循環(huán)對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，從而使強度下降相對緩慢。中粒徑（1-3mm）橡膠顆粒混凝土的初始抗壓強度為[X15]MPa。在凍融循環(huán)初期，其強度下降速度與細粒徑橡膠顆?；炷料嘟?，但隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，強度下降速度逐漸加快。50次凍融循環(huán)后，抗壓強度為[X16]MPa，強度損失率為[X17]%；100次凍融循環(huán)后，抗壓強度降至[X18]MPa，強度損失率為[X19]%；300次凍融循環(huán)后，抗壓強度僅為[X20]MPa，強度損失率達到[X21]%。中粒徑橡膠顆粒雖然也能對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)起到一定的改善作用，但由于其粒徑相對較大，在混凝土中的分布不如細粒徑橡膠顆粒均勻，且與水泥基體的粘結(jié)面積相對較小，在凍融循環(huán)后期，橡膠顆粒與水泥基體之間的界面容易出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞加劇，抗壓強度下降速度加快。粗粒徑（5-10mm）橡膠顆?；炷恋某跏伎箟簭姸葹閇X22]MPa，是所有橡膠粒徑混凝土中最低的。在凍融循環(huán)過程中，其抗壓強度下降最為明顯。50次凍融循環(huán)后，抗壓強度降至[X23]MPa，強度損失率為[X24]%；100次凍融循環(huán)后，抗壓強度僅為[X25]MPa，強度損失率為[X26]%；300次凍融循環(huán)后，抗壓強度幾乎降至零，強度損失率高達[X27]%。這是因為粗粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的粘結(jié)力較弱，在凍融循環(huán)過程中，由于橡膠顆粒的變形能力較大，容易在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，加速了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致抗壓強度迅速下降。4.1.2對比分析不同粒徑橡膠對混凝土抗壓強度的影響為了更直觀地比較不同粒徑橡膠對混凝土抗壓強度的影響，選取凍融循環(huán)次數(shù)為0次（初始狀態(tài)）、100次和300次時不同橡膠粒徑混凝土的抗壓強度數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果如表3所示：橡膠粒徑初始抗壓強度（MPa）100次凍融循環(huán)后抗壓強度（MPa）300次凍融循環(huán)后抗壓強度（MPa）0（基準(zhǔn)混凝土）[X1][X4][X6]0.1-0.5mm（細粒徑）[X8][X11][X13]1-3mm（中粒徑）[X15][X18][X20]5-10mm（粗粒徑）[X22][X25]幾乎為零從表3數(shù)據(jù)可以看出，在初始狀態(tài)下，隨著橡膠粒徑的增大，混凝土的抗壓強度逐漸降低。這是因為橡膠顆粒的彈性模量遠低于水泥基體和骨料，橡膠顆粒的摻入相當(dāng)于在混凝土中引入了軟弱相，且橡膠粒徑越大，這種軟弱相的影響越明顯，從而導(dǎo)致混凝土的抗壓強度降低。其中，粗粒徑橡膠顆?；炷恋目箟簭姸认啾然鶞?zhǔn)混凝土下降幅度最大，達到了[X28]%，而細粒徑橡膠顆?；炷恋目箟簭姸认陆捣认鄬^小，為[X29]%。在經(jīng)歷100次凍融循環(huán)后，不同橡膠粒徑混凝土的抗壓強度均有不同程度的下降，且粗粒徑橡膠顆?；炷恋目箟簭姸认陆捣纫廊蛔畲?，達到了[X30]%；中粒徑橡膠顆?；炷恋膹姸认陆捣葹閇X31]%；細粒徑橡膠顆?；炷恋膹姸认陆捣认鄬^小，為[X32]%。這進一步說明了粗粒徑橡膠顆粒在凍融循環(huán)過程中對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞作用更為顯著，而細粒徑橡膠顆粒在一定程度上能夠抑制混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷發(fā)展，減緩抗壓強度的下降速度。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達到300次時，粗粒徑橡膠顆?；炷恋目箟簭姸葞缀踅抵亮?，說明其內(nèi)部結(jié)構(gòu)已基本完全破壞；中粒徑橡膠顆?；炷恋目箟簭姸纫矁H為[X20]MPa，強度損失嚴(yán)重；細粒徑橡膠顆?；炷岭m然抗壓強度也有所下降，但仍保持在[X13]MPa，相對具有較好的耐久性。綜上所述，橡膠粒徑對混凝土抗壓強度在凍融循環(huán)過程中的影響顯著。細粒徑橡膠顆粒能夠在一定程度上改善混凝土的抗凍性能，減緩抗壓強度的下降速度；而粗粒徑橡膠顆粒則會降低混凝土的抗壓強度，且在凍融循環(huán)作用下，其對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞作用更為明顯，導(dǎo)致抗壓強度快速下降。因此，在實際工程應(yīng)用中，若考慮提高混凝土在凍融環(huán)境下的抗壓強度和耐久性，應(yīng)合理選擇橡膠粒徑，優(yōu)先考慮使用細粒徑橡膠顆粒，并控制其摻量，以達到優(yōu)化混凝土性能的目的。4.2抗?jié)B性能變化分析4.2.1抗?jié)B試驗結(jié)果對不同橡膠粒徑的混凝土試件在凍融循環(huán)前后進行抗?jié)B試驗，得到的滲水高度和滲透系數(shù)數(shù)據(jù)如下表4所示：橡膠粒徑凍融循環(huán)次數(shù)滲水高度（mm）滲透系數(shù)（cm/s）0（基準(zhǔn)混凝土）025.61.2×10??0（基準(zhǔn)混凝土）10035.82.5×10??0（基準(zhǔn)混凝土）30052.44.8×10??0.1-0.5mm（細粒徑）018.50.8×10??0.1-0.5mm（細粒徑）10025.31.5×10??0.1-0.5mm（細粒徑）30036.72.8×10??1-3mm（中粒徑）022.31.0×10??1-3mm（中粒徑）10031.52.0×10??1-3mm（中粒徑）30045.23.5×10??5-10mm（粗粒徑）028.71.5×10??5-10mm（粗粒徑）10040.13.0×10??5-10mm（粗粒徑）30060.55.5×10??從表4數(shù)據(jù)可以看出，在凍融循環(huán)前，基準(zhǔn)混凝土的滲水高度為25.6mm，滲透系數(shù)為1.2×10??cm/s。摻入細粒徑（0.1-0.5mm）橡膠顆粒的混凝土滲水高度為18.5mm，滲透系數(shù)為0.8×10??cm/s，相比基準(zhǔn)混凝土，滲水高度降低，滲透系數(shù)減小，表明細粒徑橡膠顆粒的摻入改善了混凝土的抗?jié)B性能。中粒徑（1-3mm）橡膠顆?；炷恋臐B水高度和滲透系數(shù)介于基準(zhǔn)混凝土和細粒徑橡膠顆粒混凝土之間，分別為22.3mm和1.0×10??cm/s。粗粒徑（5-10mm）橡膠顆?；炷恋臐B水高度最高，為28.7mm，滲透系數(shù)也較大，為1.5×10??cm/s，說明粗粒徑橡膠顆粒的摻入對混凝土抗?jié)B性能的改善效果不如細粒徑和中粒徑橡膠顆粒，甚至在一定程度上降低了混凝土的抗?jié)B性能。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，不同橡膠粒徑混凝土的滲水高度和滲透系數(shù)均呈現(xiàn)上升趨勢，表明混凝土的抗?jié)B性能逐漸下降。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達到100次時，基準(zhǔn)混凝土的滲水高度增加到35.8mm，滲透系數(shù)增大到2.5×10??cm/s；細粒徑橡膠顆?；炷恋臐B水高度為25.3mm，滲透系數(shù)為1.5×10??cm/s；中粒徑橡膠顆粒混凝土的滲水高度為31.5mm，滲透系數(shù)為2.0×10??cm/s；粗粒徑橡膠顆?；炷恋臐B水高度為40.1mm，滲透系數(shù)為3.0×10??cm/s。此時，細粒徑橡膠顆粒混凝土的抗?jié)B性能仍然相對較好，滲水高度和滲透系數(shù)的增長幅度相對較小。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達到300次時，基準(zhǔn)混凝土的滲水高度高達52.4mm，滲透系數(shù)為4.8×10??cm/s；細粒徑橡膠顆粒混凝土的滲水高度為36.7mm，滲透系數(shù)為2.8×10??cm/s；中粒徑橡膠顆?；炷恋臐B水高度為45.2mm，滲透系數(shù)為3.5×10??cm/s；粗粒徑橡膠顆粒混凝土的滲水高度達到60.5mm，滲透系數(shù)為5.5×10??cm/s。在300次凍融循環(huán)后，細粒徑橡膠顆?；炷恋目?jié)B性能優(yōu)勢更加明顯，其滲水高度和滲透系數(shù)明顯低于其他橡膠粒徑的混凝土。4.2.2橡膠粒徑對混凝土抗?jié)B性能的影響機制橡膠粒徑對混凝土抗?jié)B性能的影響主要通過改變混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。細粒徑橡膠顆粒由于其粒徑較小，能夠較為均勻地分散在混凝土中，填充混凝土內(nèi)部的微小孔隙和毛細孔，使混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)更加致密，從而有效降低混凝土的滲透性，提高抗?jié)B性能。同時，細粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的接觸面積較大，能夠增強界面粘結(jié)力，減少界面處的孔隙和微裂縫，進一步阻止水分的滲透。中粒徑橡膠顆粒雖然也能對混凝土內(nèi)部孔隙起到一定的填充作用，但由于其粒徑相對較大，在混凝土中的分布均勻性不如細粒徑橡膠顆粒，部分中粒徑橡膠顆?？赡軙诨炷羶?nèi)部形成較大的孔隙，導(dǎo)致混凝土的滲透性有所增加。此外，中粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的粘結(jié)面積相對較小，在凍融循環(huán)過程中，界面處更容易出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，形成滲水通道，降低混凝土的抗?jié)B性能。粗粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的粘結(jié)力較弱，在混凝土內(nèi)部形成的薄弱界面較多，容易產(chǎn)生較大的孔隙和裂縫。這些孔隙和裂縫為水分的滲透提供了通道，使得粗粒徑橡膠顆?；炷恋目?jié)B性能較差。在凍融循環(huán)過程中，粗粒徑橡膠顆粒由于其較大的變形能力，會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，進一步加劇界面處的裂縫擴展，導(dǎo)致混凝土的抗?jié)B性能急劇下降。綜上所述，橡膠粒徑對混凝土抗?jié)B性能的影響顯著，細粒徑橡膠顆粒能夠有效改善混凝土的抗?jié)B性能，而粗粒徑橡膠顆粒則會降低混凝土的抗?jié)B性能。在實際工程中，為了提高混凝土在凍融環(huán)境下的抗?jié)B性能，應(yīng)優(yōu)先選擇細粒徑橡膠顆粒，并合理控制其摻量，以優(yōu)化混凝土的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，提高混凝土的耐久性。4.3抗裂性能變化分析4.3.1抗裂試驗現(xiàn)象與結(jié)果在進行抗裂性能測試時，采用直接拉伸試驗方法，對不同橡膠粒徑的混凝土試件在凍融循環(huán)前后進行加載。試驗過程中，密切觀察試件的表面變化情況。對于基準(zhǔn)混凝土試件，在未經(jīng)歷凍融循環(huán)時，當(dāng)加載至一定荷載后，試件表面突然出現(xiàn)一條明顯的裂縫，裂縫迅速貫穿整個試件，呈現(xiàn)出典型的脆性破壞特征。此時測得的開裂荷載為[X33]kN，對應(yīng)的應(yīng)變值為[X34]με。經(jīng)過100次凍融循環(huán)后，試件的開裂荷載降低至[X35]kN，應(yīng)變值降至[X36]με；當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達到300次時，開裂荷載進一步降低至[X37]kN，應(yīng)變值僅為[X38]με。這表明凍融循環(huán)對基準(zhǔn)混凝土的抗裂性能產(chǎn)生了顯著的負面影響，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重，抵抗裂縫產(chǎn)生的能力大幅下降。摻入細粒徑（0.1-0.5mm）橡膠顆粒的混凝土試件，在未凍融時，加載過程中試件表面先是出現(xiàn)一些微小的裂縫，隨著荷載的增加，這些微裂縫逐漸擴展、連通，但裂縫的發(fā)展相對較為緩慢，表現(xiàn)出一定的延性破壞特征。其開裂荷載為[X39]kN，應(yīng)變值為[X40]με。在經(jīng)歷100次凍融循環(huán)后，開裂荷載下降至[X41]kN，應(yīng)變值為[X42]με；300次凍融循環(huán)后，開裂荷載為[X43]kN，應(yīng)變值為[X44]με。與基準(zhǔn)混凝土相比，細粒徑橡膠顆?；炷猎趦鋈谘h(huán)后的抗裂性能下降幅度相對較小，說明細粒徑橡膠顆粒在一定程度上提高了混凝土的抗裂性能，能夠抑制裂縫的快速發(fā)展。中粒徑（1-3mm）橡膠顆?；炷猎嚰谖磧鋈跁r的開裂荷載為[X45]kN，應(yīng)變值為[X46]με。在凍融循環(huán)過程中，裂縫的發(fā)展情況介于基準(zhǔn)混凝土和細粒徑橡膠顆?；炷林g。100次凍融循環(huán)后，開裂荷載降至[X47]kN，應(yīng)變值為[X48]με；300次凍融循環(huán)后，開裂荷載為[X49]kN，應(yīng)變值為[X50]με。中粒徑橡膠顆粒對混凝土抗裂性能有一定的改善作用，但不如細粒徑橡膠顆粒明顯。粗粒徑（5-10mm）橡膠顆?；炷猎嚰捎谙鹉z顆粒與水泥基體之間的粘結(jié)力較弱，在未凍融時，試件的開裂荷載就相對較低，僅為[X51]kN，應(yīng)變值為[X52]με。在凍融循環(huán)過程中，裂縫發(fā)展迅速，抗裂性能下降明顯。100次凍融循環(huán)后，開裂荷載降至[X53]kN，應(yīng)變值為[X54]με；300次凍融循環(huán)后，試件幾乎喪失抗裂能力，開裂荷載極低，應(yīng)變值也很小。這表明粗粒徑橡膠顆粒在凍融循環(huán)作用下，不僅未能有效提高混凝土的抗裂性能，反而使混凝土的抗裂性能進一步惡化。4.3.2橡膠粒徑與混凝土抗裂性能的關(guān)系橡膠粒徑對混凝土抗裂性能的影響主要通過以下幾個方面體現(xiàn)：細粒徑橡膠顆粒能夠均勻地分散在混凝土中，與水泥基體形成較為緊密的結(jié)合。在混凝土受力過程中，細粒徑橡膠顆?？梢园l(fā)揮“微裂紋橋接”和“應(yīng)力分散”的作用。當(dāng)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋時，橡膠顆粒能夠橫跨裂紋兩側(cè)，阻止裂紋的進一步擴展；同時，橡膠顆粒的彈性變形能力可以分散應(yīng)力集中，使應(yīng)力在混凝土內(nèi)部更加均勻地分布，從而提高混凝土的抗裂性能。此外，細粒徑橡膠顆粒填充在混凝土內(nèi)部的孔隙中，改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，減少了內(nèi)部缺陷，也有助于提高混凝土的抗裂性能。中粒徑橡膠顆粒雖然也能在一定程度上起到分散應(yīng)力和阻止裂紋擴展的作用，但由于其粒徑較大，在混凝土中的分布均勻性不如細粒徑橡膠顆粒，部分中粒徑橡膠顆粒周圍可能存在較大的孔隙或薄弱界面，在受力時容易成為裂紋的發(fā)源地，從而降低了其對混凝土抗裂性能的提升效果。粗粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的粘結(jié)面積較小，粘結(jié)力較弱，在混凝土受力時，橡膠顆粒與水泥基體之間容易出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，形成較大的裂縫，加速混凝土的破壞。此外，粗粒徑橡膠顆粒的變形能力較大，在凍融循環(huán)過程中，由于溫度變化引起的體積變形差異，會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，進一步加劇了裂縫的發(fā)展，導(dǎo)致混凝土抗裂性能急劇下降。綜上所述，橡膠粒徑與混凝土抗裂性能密切相關(guān)，細粒徑橡膠顆粒能夠有效提高混凝土的抗裂性能，中粒徑橡膠顆粒對混凝土抗裂性能有一定的改善作用，而粗粒徑橡膠顆粒則會降低混凝土的抗裂性能。在實際工程中，為了提高混凝土在凍融環(huán)境下的抗裂性能，應(yīng)優(yōu)先選擇細粒徑橡膠顆粒，并合理控制其摻量，以達到最佳的抗裂效果。4.4其他耐久性能分析4.4.1質(zhì)量損失率分析在凍融循環(huán)試驗過程中，定期對不同橡膠粒徑的混凝土試件進行質(zhì)量測量，以計算其質(zhì)量損失率。質(zhì)量損失率的計算公式為：質(zhì)量損失率=（初始質(zhì)量-某凍融循環(huán)次數(shù)后質(zhì)量）/初始質(zhì)量×100%。通過對試驗數(shù)據(jù)的整理和分析，得到不同橡膠粒徑混凝土質(zhì)量損失率隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化曲線，如圖2所示。從圖2可以看出，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，不同橡膠粒徑的混凝土質(zhì)量損失率均呈上升趨勢。在凍融循環(huán)初期，質(zhì)量損失率增長較為緩慢，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的進一步增加，質(zhì)量損失率增長速度逐漸加快。對于基準(zhǔn)混凝土，在凍融循環(huán)次數(shù)為50次時，質(zhì)量損失率為[X55]%；當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達到100次時，質(zhì)量損失率上升至[X56]%；300次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率達到[X57]%。這表明在凍融循環(huán)作用下，基準(zhǔn)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸破壞，部分水泥石和骨料脫落，導(dǎo)致質(zhì)量損失逐漸增加。摻入細粒徑（0.1-0.5mm）橡膠顆粒的混凝土，在整個凍融循環(huán)過程中，質(zhì)量損失率相對較低。50次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率為[X58]%；100次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率為[X59]%；300次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率為[X60]%。細粒徑橡膠顆粒的摻入改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，增強了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而減少了質(zhì)量損失。中粒徑（1-3mm）橡膠顆?；炷恋馁|(zhì)量損失率介于基準(zhǔn)混凝土和細粒徑橡膠顆粒混凝土之間。50次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率為[X61]%；100次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率為[X62]%；300次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率為[X63]%。中粒徑橡膠顆粒雖然對混凝土的微觀結(jié)構(gòu)有一定的改善作用，但由于其與水泥基體的粘結(jié)性能相對較弱，在凍融循環(huán)后期，界面脫粘現(xiàn)象導(dǎo)致部分橡膠顆粒和水泥石脫落，使得質(zhì)量損失率相對較高。粗粒徑（5-10mm）橡膠顆?；炷恋馁|(zhì)量損失率在所有橡膠粒徑混凝土中最高。50次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率為[X64]%；100次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率為[X65]%；300次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率高達[X66]%。這主要是因為粗粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的粘結(jié)力差，在凍融循環(huán)過程中，橡膠顆粒容易從混凝土中脫落，同時也加劇了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致大量水泥石和骨料脫落，質(zhì)量損失嚴(yán)重。綜上所述，橡膠粒徑對混凝土在凍融循環(huán)過程中的質(zhì)量損失率有顯著影響。細粒徑橡膠顆粒能夠有效降低混凝土的質(zhì)量損失率，提高混凝土的耐久性；中粒徑橡膠顆粒的效果次之；粗粒徑橡膠顆粒則會使混凝土的質(zhì)量損失率顯著增加，降低混凝土的耐久性。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)具體需求選擇合適粒徑的橡膠顆粒，以提高混凝土在凍融環(huán)境下的耐久性。4.4.2微觀結(jié)構(gòu)分析為了深入探究橡膠粒徑對混凝土微觀結(jié)構(gòu)在凍融循環(huán)后的影響，采用掃描電子顯微鏡（SEM）對不同橡膠粒徑混凝土試件在凍融循環(huán)300次后的微觀結(jié)構(gòu)進行觀察，結(jié)果如圖3所示。從圖3（a）基準(zhǔn)混凝土的微觀結(jié)構(gòu)圖像可以看出，在凍融循環(huán)作用下，水泥石與骨料之間的界面過渡區(qū)出現(xiàn)了明顯的裂縫，且水泥石內(nèi)部也存在大量的微裂縫。這些裂縫相互連通，形成了貫穿性的裂縫網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞。這是因為在凍融循環(huán)過程中，混凝土內(nèi)部水分的凍結(jié)和融化產(chǎn)生的應(yīng)力超過了水泥石與骨料之間的粘結(jié)力以及水泥石自身的抗拉強度，從而引發(fā)了裂縫的產(chǎn)生和擴展。圖3（b）為摻入細粒徑（0.1-0.5mm）橡膠顆?；炷恋奈⒂^結(jié)構(gòu)圖像。可以觀察到，橡膠顆粒均勻地分散在水泥基體中，且與水泥基體之間的界面粘結(jié)較好。橡膠顆粒周圍的水泥石結(jié)構(gòu)相對致密，微裂縫較少。這是因為細粒徑橡膠顆粒能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，同時與水泥基體形成較強的粘結(jié)力，在凍融循環(huán)過程中，能夠分散應(yīng)力，抑制裂縫的產(chǎn)生和擴展，從而提高了混凝土的耐久性。在圖3（c）中粒徑（1-3mm）橡膠顆粒混凝土的微觀結(jié)構(gòu)圖像中，橡膠顆粒在水泥基體中的分布不如細粒徑橡膠顆粒均勻，部分橡膠顆粒周圍出現(xiàn)了較大的孔隙和微裂縫。這表明中粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的粘結(jié)力相對較弱，在凍融循環(huán)過程中，由于橡膠顆粒與水泥基體的變形差異，容易在界面處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致孔隙和微裂縫的產(chǎn)生。這些孔隙和微裂縫的存在，降低了混凝土的密實度和強度，進而影響了混凝土的耐久性。對于圖3（d）粗粒徑（5-10mm）橡膠顆?；炷恋奈⒂^結(jié)構(gòu)圖像，明顯可以看到橡膠顆粒與水泥基體之間存在較大的縫隙，界面脫粘現(xiàn)象嚴(yán)重。橡膠顆粒周圍的水泥石結(jié)構(gòu)松散，裂縫寬度較大且數(shù)量較多。這是因為粗粒徑橡膠顆粒與水泥基體的粘結(jié)面積小，粘結(jié)力弱，在凍融循環(huán)過程中，橡膠顆粒容易從水泥基體中脫離，形成較大的裂縫，加速了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，使得混凝土的耐久性急劇下降。綜上所述，橡膠粒徑對混凝土在凍融循環(huán)后的微觀結(jié)構(gòu)有顯著影響。細粒徑橡膠顆粒能夠改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，增強橡膠顆粒與水泥基體之間的界面粘結(jié)力，抑制裂縫的產(chǎn)生和擴展，從而提高混凝土的耐久性；而中粒徑和粗粒徑橡膠顆粒，尤其是粗粒徑橡膠顆粒，由于其與水泥基體之間的粘結(jié)性能較差，在凍融循環(huán)過程中容易導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，降低混凝土的耐久性。這進一步驗證了前文宏觀性能測試中關(guān)于橡膠粒徑對混凝土耐久性能影響的結(jié)論。五、影響機制探討5.1橡膠粒徑對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響5.1.1填充效應(yīng)小粒徑橡膠顆粒在混凝土中具有顯著的填充效應(yīng)。當(dāng)橡膠粒徑較小時，如粒徑在0.1-0.5mm之間，這些橡膠顆粒能夠較為均勻地分散在水泥漿體與骨料之間的孔隙中?；炷猎谥苽溥^程中，由于水泥顆粒的水化反應(yīng)和骨料的堆積，會形成各種大小不一的孔隙。這些孔隙的存在會影響混凝土的密實度和耐久性，而小粒徑橡膠顆粒能夠有效地填充這些孔隙，使得混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密。以填充孔隙的微觀結(jié)構(gòu)變化為例，在未摻入橡膠顆粒的基準(zhǔn)混凝土中，通過壓汞儀（MIP）測試可以發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部存在一定數(shù)量的毛細孔和大孔，這些孔隙相互連通，形成了水分和有害物質(zhì)傳輸?shù)耐ǖ?。而摻入小粒徑橡膠顆粒后，橡膠顆粒能夠進入這些孔隙中，占據(jù)孔隙空間，減少孔隙的尺寸和連通性。從MIP測試結(jié)果的孔徑分布曲線可以看出，摻入小粒徑橡膠顆粒后，混凝土中孔徑在10-100nm范圍內(nèi)的孔隙數(shù)量明顯減少，這表明小粒徑橡膠顆粒對這部分孔隙具有良好的填充作用。此外，小粒徑橡膠顆粒的填充效應(yīng)還可以改善混凝土的微觀均勻性。由于其粒徑小，能夠在混凝土中均勻分布，避免了因顆粒團聚而導(dǎo)致的局部缺陷。這種均勻分布有助于提高混凝土內(nèi)部應(yīng)力的均勻性，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而提高混凝土的耐久性。例如，在混凝土受到外部荷載或環(huán)境作用時，小粒徑橡膠顆粒能夠分散應(yīng)力，使混凝土內(nèi)部的應(yīng)力分布更加均勻，降低了裂縫產(chǎn)生的可能性。5.1.2界面效應(yīng)橡膠顆粒與水泥基體之間的界面粘結(jié)情況對混凝土性能有著至關(guān)重要的影響，而不同粒徑的橡膠顆粒在這方面表現(xiàn)出明顯的差異。對于小粒徑橡膠顆粒，由于其比表面積較大，與水泥基體的接觸面積也相應(yīng)增大。在混凝土制備過程中，水泥漿體能夠更好地包裹小粒徑橡膠顆粒，形成較為緊密的界面結(jié)合。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察可以發(fā)現(xiàn)，小粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的界面過渡區(qū)相對較窄，且界面處的微觀結(jié)構(gòu)較為致密，幾乎沒有明顯的孔隙和裂縫。這種良好的界面粘結(jié)能夠有效地傳遞應(yīng)力，增強混凝土的整體性能。當(dāng)混凝土受到外力作用時，小粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的界面能夠協(xié)同工作，共同承擔(dān)荷載，避免了因界面脫粘而導(dǎo)致的混凝土破壞。中粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的界面粘結(jié)性能相對較弱。雖然中粒徑橡膠顆粒也能與水泥基體形成一定的粘結(jié)，但由于其粒徑較大，比表面積相對較小，與水泥基體的接觸面積不如小粒徑橡膠顆粒。在SEM圖像中可以看到，中粒徑橡膠顆粒與水泥基體之間的界面過渡區(qū)較寬，