水泥混凝土路面是最近二十几年才发展起来的路面材料，虽然国内外对水泥混凝土路面的修筑技术一直进行不懈的研究和总结，但由于其路面呈脆性，刚度大，变形性能差，不能吸收由于温度等因素引起的变形而导致需要在横向、纵向设置伸缩缝和施工缝，影响了路面连续性、平整性和行车的舒适性^[1]。近十几年来利用橡胶颗粒部分取代集料配制的橡胶集料路面水泥混凝土，由于具有韧性好、延性好、抗疲劳能力高、阻尼系数高以及耐磨、抗撕裂等特性，因而更适用于在路面工程中应用^{[2, 3, 4, 5]}。但在季节性冰冻的北方地区，冬季人们为了消除冰雪给交通带来的不便，需要撒大量的盐，盐中的大量氯离子将会渗透到混凝土中，同时北方地区冬季由于温度的影响，混凝土将遭受着氯离子和冻融循环的双重破坏^[6]。因此，开展橡胶集料混凝土的抗氯离子渗透和抗盐冻性能研究，对丰富和发展道路 水泥混凝土理论、推广橡胶集料路面水泥混凝土应用意义重大。

(1)水泥：阜新大鹰普通硅酸盐水泥(P.O42.5)，主要技术性质见表 1。

(2)矿物掺合料：Ⅰ级粉煤灰、S95矿粉以及硅灰的主要技术性质见表 2~表 4。

(3)减水剂：锦州产NF-A型高效减水剂，掺量0.75%～1.5%，减水率15%~25%，黄褐色粉末，其他主要技术性质见表 5。

(4)水：可以饮用的自来水。

(5)粗、细集料：细集料河砂，细度模数M_x为2.85，表观密度为2 650 kg/ m³，堆积密度为1 530 kg/m³，空隙率为42.3%；粗集料为5～20 mm石灰岩碎石，表观密度为2 717 kg/m³，堆积密度为1 580 kg/m³，空隙率为42.1%。

(6)橡胶集料：沈阳沈禹胶粉厂生产的橡胶颗粒，由于粗细程度和颗粒级配不同，表观密度也不同，大致在1 110 kg/m³左右。其他主要技术指标见表 6。试验中选取粗、中、细、特细4种有代表性的细度，细度模数分别为3.44，2.37，1.91和1.38，4组橡胶颗粒的级配详见图 1。

图 1 4种不同粗细程度的橡胶颗粒级配曲线 Fig. 1 Grading curves of rubber particles with 4 finenesses

图选项

选择橡胶颗粒取代细集料砂子取代率、细度模数两个影响因素，各因素选择4个水平，按正交表L₁₆(4⁵)安排试验，因素水平见表 7，具体试验配合比及强度试验结果见表 8^[7]。

严格执行《公路工程水泥与水泥混凝土试验规程》(JTG E30—2005)，抗折强度每组成型尺寸为100 mm×100 mm×400 mm非标准试件3块，试验结果乘以尺寸换算系数0.85；抗压强度每组成型尺寸为100 mm×100 mm×100 mm非标准试件6块，试验结果乘以尺寸换算系数0.95；抗氯离子渗透电通量每组成型尺寸为Φ100 mm×50 mm的圆柱体试件6块； 抗盐冻每组成型尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体试件3块。盐冻试验中，快速冻融试验箱中的套筒内，注入的是质量浓度为3%的NaCl溶液。

强度试验采用1 000 kN电液伺服万能试验机，氯离子渗透试验采用DTL型氯离子渗透电通量测定仪及BSJ-A全自动真空饱水机，抗盐冻试验采用KDR-V9混凝土快速冻融试验机及DT-W18动弹系数模量测定仪^{[8, 9, 10, 11]}。

橡胶集料混凝土强度、抗氯离子渗透及抗盐冻试验结果见表 8及图 2~图 4，极差分析结果见表 9，方差分析结果见表 10。

图 2 橡胶集料混凝土175次冻融循环后的表面剥蚀示意图 Fig. 2 Surface erosion of rubber aggregate concrete after 175 freeze-thaw cycles

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图 3 冻融循环次数与动弹模损失率关系 Fig. 3 Relationship between freeze-thaw cycles and dynamic elasticity modulus loss rate

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图 4 冻融循环次数与质量损失率关系 Fig. 4 Relationship between freeze-thaw cycles and mass loss rate

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表 10 橡胶集料混凝土主要技术性质方差分析结果 Tab. 10 Variance analysis result of main technical property of rubber aggregate concrete

注：“***”为特别显著； “**”为显著

表选项

从表 8中可以看出，混凝土的抗压强度随着橡胶颗粒掺量的递增而递减，下降的幅度随着橡胶掺量的增加而增加。混凝土抗折强度也随着橡胶掺量的增加在逐渐降低，但是下降的幅度随着橡胶掺量的增加而降低。当橡胶掺量为0时，压折比为8.96；当橡胶掺量为71.1 kg/m³ 时，压折比为7.62；当橡胶的掺量为113.76 kg/m³ 时，压折比为6.17；当橡胶的掺量为156.42 kg/m³ 时，压折比为5.27。这 说明了随着橡胶颗粒掺量的递增，混凝土的脆性递减、韧性递增。

橡胶颗粒的掺量与混凝土28 d 抗折强度之间存在线性关系，回归方程为：y_{28 d 抗折}=5.02-0.0074x₁，标准误差估值0.188 9。橡胶颗粒的掺量和粗细程度二者与混凝土7 d和28 d 抗压强度之间存在线性关系，回归方程为：y_{7 d 抗}=24.1204-0.3936x₁+1.074 6x₂，y_{28 d 抗}=32.1415-0.579 5x₁+0.443 3x₂，标准误差估值分别为1.427 1和2.209 8。上述方程中：y为混凝土强度;x₁为橡胶颗粒取代细集料的取代率;x₂为橡胶颗粒的细度模数。

橡胶颗粒掺量和粗细程度对混凝土抗氯离子渗透性影响显著，橡胶颗粒掺量的影响略小于粗细程度的影响。在橡胶颗粒掺量相同的情况下，橡胶颗粒越细，混凝土中的电通量越小；在粗细程度相同的情况下，橡胶颗粒掺量为细集料25%(体积比)时，混凝土电通量最小。当混凝土中掺入粗的橡胶颗粒时(细度模数为3.44)，橡胶集料混凝土的电通量不及基准混凝土。若混凝土掺入细度模数为1.38的特细橡胶粉，且掺量为细集料的25%~40%，混凝土的电通量基本保持在500 C左右，属于氯离子渗透等级很低的范畴。

正交试验极差和方差分析表明，橡胶颗粒掺量对混凝土抗盐冻性能影响特别显著，粗细程度对混凝土抗盐冻性能影响显著。在橡胶颗粒掺量相同的情况下，橡胶颗粒越细，橡胶集料混凝土的抗盐冻性能越好(详见图 2)。当橡胶颗粒粗细程度确定后，掺入细集料40%的特细橡胶颗粒，混凝土的抗盐冻性能最好。橡胶颗粒掺量和粗细程度与混凝土的动弹性模量损失率之间存在线性相关性：y_150次=-9.325 0-0.158 9x₁+10.718 5x₂(标准误差估值为1.390 6)。另外，从图 2和图 4中可以看出，橡胶集料混凝土相比普通混凝土具有优越的抗裂性能，橡胶集料混凝土受盐冻后质量损失很小，混凝土盐冻破坏主要表现在动弹性模量损失方面。

综合考虑路面水泥混凝土的强度、抗氯离子渗透和抗盐冻等性能，本试验橡胶颗粒的最佳掺量确定为40%(细集料的取代率)，细度模数为1.38。对该组配合比进行了拌和物稠度、表观密度、强度，以及抗氯离子渗透和抗盐冻等验证性试验。结果表明：橡胶集料混凝土拌和物坍落度为75 mm，表观密度为2 338 kg/m³;7 d抗压强度为24.25 MPa(与回归方程相差5.9%);28 d抗压强度为30.69 MPa(与回归方程相差5.6%);28 d抗折强度为4.87 MPa(与回归方程相差2.99%);28 d电通量为527 C，550次盐冻融循环后动弹性模量损失率为39.7%。各项指标皆符合《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)中对中等交通等级路面混凝土的设计要求。若将橡胶颗粒的掺量控制100 kg/m³左右，可以配制出适合北方地区除冰盐特征，且交通等级为重级和特重级的路面水泥混凝土。

(1) 正交分析表明，橡胶颗粒掺量对混凝土抗折和抗压强度影响特别显著;橡胶颗粒粗细程度对混凝土抗压强度影响显著;橡胶颗粒掺量和粗细程度对混凝土抗氯离子渗透性能影响显著。橡胶颗粒掺量对混凝土抗盐冻性能影响特别显著，粗细程度对混凝土抗盐冻性能影响显著。橡胶颗粒掺量对混凝土主要技术性质的影响程度明显大于橡胶颗粒粗细程度。

(2)水泥混凝土中掺入适量的橡胶颗粒，可有效提高混凝土的韧性、抗氯离子渗透和抗盐冻等性能。因此，橡胶集料混凝土适合用于季节性冰冻地区的路面工程。