廢舊輪胎在水泥混凝土改性中的應(yīng)用

　　摘 要：廢舊輪胎粉碎后可以直接摻入水泥混凝土中，改善水泥混凝土的密度、隔熱隔聲、耐磨耐腐的性能，還可以解決廢舊輪胎再利用的難題。
　　關(guān)鍵詞：廢舊輪胎 膠粉 水泥混凝土
　　
　　水泥混凝土是主要的土木工程材料之一，它是由水泥、骨料和水按比例配制，經(jīng)攪拌振搗成型，在一定條件下養(yǎng)護(hù)而成的?；炷恋暮鸵仔允侵富炷涟韬衔镌谝欢ǖ氖┕l件下便于各種施工工序的操作，以保證獲得均勻密實(shí)的混凝土性能，它包括流動(dòng)性(稠度)、粘聚性和保水性。混凝土的變形有化學(xué)收縮、干濕變形及溫度變形等?；炷聊途眯园ɑ炷恋目箖鲂?、抗?jié)B性、抗蝕性及抗碳化能力等。水泥用量過(guò)多，在混凝土的內(nèi)部易產(chǎn)生化學(xué)收縮而引起微細(xì)裂縫，廢舊輪胎粉碎后應(yīng)用在水泥混凝土中可以改善其性能。
　　
　　一、廢舊輪胎膠粉應(yīng)用于水泥混凝土
　　
　　水泥混凝土是用量最大的建筑材料。利用廢舊輪胎膠粉質(zhì)輕和韌性的特點(diǎn)，可改善水泥混凝土在表觀密度、隔音隔熱、減震降噪、耐磨耐蝕等方面的性能。橡膠混凝土是一種新的輕質(zhì)多孔隙建筑材料，主要由碎橡膠、水泥、煤灰或粉煤灰、橡膠粉、聚合物纖維和水制成。廢舊輪胎粉碎后按預(yù)定比例將原材料充分混合、制漿后澆筑成輕質(zhì)多孔隙的建筑材料，也可將制成的漿倒入鑄模澆鑄成輕質(zhì)建筑塊。應(yīng)用的領(lǐng)域包括路堤、擋土結(jié)構(gòu)、山坡填土、地下廠房回填、道路填土、土地開(kāi)墾等。廢舊輪胎膠粉可以作為高強(qiáng)混凝土的改性材料。研究表明，隨著橡膠粉摻入量增大，高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度會(huì)有所下降，而膠粉細(xì)度的影響則不明顯；增大了高強(qiáng)混凝土的能量吸收能力，使其高脆性的缺點(diǎn)得到了改善，延性得到了提高。對(duì)橡膠混凝土圓柱體循環(huán)加載的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，與普通混凝土相比，用橡膠粉或者橡膠塊代替粗骨料的橡膠混凝土的脆性指數(shù)有不同幅度的降低。
　　試驗(yàn)表明，水泥混凝土的彈性較基準(zhǔn)混凝土有大幅度的降低，摻入橡膠集料可有效地提高混凝土的韌性和變形性能；橡膠集料混凝土試件的立方體抗壓測(cè)試表明，其后期強(qiáng)度呈現(xiàn)可觀的增長(zhǎng)。廢舊輪胎加工成膠粒，替代一定比例的砂子配制成膠?；炷?，可以改善道路用混凝土的抗性和耐久性。針對(duì)混凝土工程中面板混凝土裂縫的問(wèn)題，在混凝土中摻入廢橡膠粉、粉煤灰及外加劑等，調(diào)整混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，混凝土的極限拉伸值、抗拉強(qiáng)度和抗裂韌性得到了提高，而脆性和彈性模量降低，裂縫明顯減少。力學(xué)性能試驗(yàn)表明，改性混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、彎折強(qiáng)度等，均隨橡膠摻入量的增大而降低。從其破壞狀況與普通混凝土破壞狀況的對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，改性混凝土具有密度小、韌性好、抗裂性能高、變形能力大、力學(xué)性能可恢復(fù)等性能。橡膠混凝土橡膠粉摻入量如果過(guò)大，會(huì)影響其實(shí)際工程應(yīng)用。
　　橡膠水泥混凝土在水或硫酸鈉/氯化鈉復(fù)合鹽溶液中長(zhǎng)期浸泡，以及在常溫浸泡、55℃烘干的“浸—烘”循環(huán)作用下，其相對(duì)動(dòng)彈性模量、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度的變化以及混凝土中的氯離子濃度分布分析研究表明，橡膠水泥混凝土長(zhǎng)期浸泡在水或復(fù)合鹽溶液中的性能與對(duì)比混凝土相當(dāng)，但在“浸—烘”循環(huán)作用下，橡膠水泥混凝土的性能隨循環(huán)次數(shù)的增加逐漸劣化，復(fù)合鹽溶液的作用會(huì)進(jìn)一步加劇性能的劣化。因此，橡膠水泥混凝土不宜應(yīng)用于長(zhǎng)期處于干濕交替、干熱或有硫酸鹽腐蝕的環(huán)境中。
　　研究表明，以不同比例的橡膠粉或橡膠顆粒分別代替水泥和砂，制作的橡膠水泥混凝土的力學(xué)性能較基準(zhǔn)混凝土有所下降，但采用加壓成型工藝可有效改善其下降幅度；橡膠粉(顆粒)摻入量在10%以下時(shí)，可明顯改善混凝土的抗凍和抗?jié)B性能。
　　普通水泥混凝土路面剛性大，汽車(chē)在上面行駛時(shí)將會(huì)產(chǎn)生很大噪聲。另外，由于水泥混凝土材料溫度變形大，在水泥混凝土路面施工過(guò)程中，為保證路面的耐久性，通常會(huì)設(shè)置較寬的收縮縫，這也將產(chǎn)生較大震動(dòng)。世界道路建造的主流是用瀝青混合料作為路面材料，但隨著瀝青作為自然資源不斷減少，瀝青混凝土道路建造和維護(hù)費(fèi)用將越來(lái)越昂貴。城市道路噪聲污染問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注，人們希望能有一種路面材料，不僅能有效地降低道路噪聲，還能不增加成本。
　　
　　二、廢舊輪胎粉碎改性后摻入水泥混凝土
　　
　　在混凝土中摻加廢舊輪胎膠粉可以有效改善水泥混凝土的收縮性能，提高其韌性、抗沖擊性能、耐疲勞性能甚至抗凍性能，但同時(shí)混凝土的強(qiáng)度和彈性模量也會(huì)顯著下降，這限制了橡膠粉在混凝土中的應(yīng)用范圍。通過(guò)對(duì)廢舊輪胎膠粉進(jìn)行改性，可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。將廢輪胎橡膠碎料作為一種添加成分取代部分粗骨料，測(cè)試混凝土的抗壓強(qiáng)度。結(jié)果表明，橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度隨橡膠摻入量的增大逐漸降低，而且并非顆粒越大，強(qiáng)度降低越多。膠粉粒子的表面用飽和氫氧化鈉水溶液改性后，加入水泥漿中，可以增強(qiáng)橡膠和基體間的粘合力，其力學(xué)性能如彎曲強(qiáng)度、斷裂能都有所提高。橡膠粒子的加入提高了混凝土韌性，減少了多孔性。將改性后的膠粉粒子作為添加劑，而不是作為粗集料加入到水泥為基體的材料中，所得材料在工程強(qiáng)度要求不高的場(chǎng)合如公路建設(shè)中是很有前途的。
　　對(duì)膠粉的摻入量、粒徑、表面活性劑和樹(shù)脂改性膠粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，黃少文等人的研究表明，在摻入量相同的條件下，摻加的膠粉越細(xì)，水泥砂漿的強(qiáng)度越高。當(dāng)膠粉達(dá)到一定細(xì)度后，其強(qiáng)度值變化減?。划?dāng)膠粉摻入量不超過(guò)10%時(shí)，水泥砂漿的早期強(qiáng)度不會(huì)下降；當(dāng)膠粉摻入量不超過(guò)5%時(shí)，強(qiáng)度還有所增加。利用表面活性劑和樹(shù)脂對(duì)膠粉進(jìn)行改性，可增強(qiáng)膠粉與水泥漿體的界面聯(lián)接，能顯著減少因膠粉摻入引起的強(qiáng)度下降。硅烷偶聯(lián)劑的改性效果最好，這是因?yàn)楣柰榕悸?lián)劑與膠粉混合并經(jīng)強(qiáng)力攪拌包覆在膠粉表面，其中的有機(jī)基團(tuán)可能部分地與膠粉形成了化學(xué)鍵合，而無(wú)機(jī)基團(tuán)(硅醇)則和水泥凝膠結(jié)合，從而使膠粉與水泥凝膠更牢固地聯(lián)接在一起。進(jìn)一步的研究證實(shí)，改性對(duì)膠粉水泥砂漿抗壓強(qiáng)度有明顯改善作用。用有機(jī)改性劑改性的膠粉制備的水泥砂漿具有較好的性能效果。無(wú)機(jī)改性劑價(jià)格低，具有推廣價(jià)值。降低水灰比能明顯提高橡膠混凝土的強(qiáng)度，橡膠顆粒表面用硅烷偶聯(lián)劑處理能顯著增加抗壓強(qiáng)度，如果多種方法聯(lián)合使用效果更好。橡膠改性混凝土的強(qiáng)度雖然有所降低，但其韌性和耐疲勞特性卻顯著增加。
　　 （作者單位：胡秀霞 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)；胡國(guó)進(jìn) 江西教育學(xué)院）