橡膠改性水泥混凝土（砂漿）的耐久性研究綜述

林成遠 等

摘要： 當前，由于橡膠在世界上的廣泛使用，導致了大量的橡膠廢料。從經(jīng)濟和生態(tài)優(yōu)勢來看，回收橡膠廢料制造新材料（比如橡膠顆粒在水泥砂漿和混凝土的運用）是解決這個問題的最佳方案。先前已經(jīng)有大量的研究已經(jīng)進行或正在評估包含各種摻量的橡膠顆粒水泥復合材料的性能。本綜述摘錄了國內(nèi)外對廢舊橡膠混凝土的耐久性研究成果，全面分析了廢舊橡膠混凝土在抗凍性、抗?jié)B性、抗碳化性、抗氯離子滲透性、抗酸堿腐蝕性等特點，并集中概括了其中的改性原理。

Abstract： Recently， the rubber can be found its widespread application all over the world， which has led to huge quantities of rubber waste. Recycling of rubber waste to produce new materials like cement mortar and concrete appears as one of the best solutions for disposing of that in terms of its economic and ecological advantages. There have been research performed or are under way to evaluate the properties of cement-composites containing different proportions of rubber particles. This review summarizes the research on concrete containing waste rubber at home and abroad in terms of the durability and analyze rubber concrete on the characteristics of freezing resistance， impermeability， carbonation resistance， chloride ion penetration resistance， alkali corrosion resistance etc. conpresensively as well as summarize the corresponding modification mechanisms intensively.

關(guān)鍵詞： 橡膠廢料；集料；混凝土；水泥砂漿；耐久性

Key words： rubber waste；aggregate；concrete；cement mortar；durability performance

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）03-0064-02

0 引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，大量廢橡膠的產(chǎn)生以及堆積已經(jīng)構(gòu)成嚴重的“黑色污染”。在中國橡膠的每年消耗量超過6億多噸，預計這個數(shù)字在未來隨著輪胎行業(yè)的發(fā)展會有大幅度增加。然而由于絕大多數(shù)輪胎不能被生物所分解，它們往往會被丟棄在垃圾場，隨著時間的推移，他們在垃圾堆中也只會進行小范圍的降解，因此會對環(huán)境造成持續(xù)危害。橡膠改性混凝土的細橡膠顆?；旧蟻碜杂趶膹U棄輪胎，經(jīng)過機械破碎、研磨、除塵、洗滌等過程得到。一系列研究和實踐證明，在瀝青混凝土加入橡膠粉末是非常成功的。橡膠改性瀝青具有良好的抗滑性能，減少路面疲勞，延長其使用壽命。然而，這項研究在橡膠改性水泥砂漿和混凝土中還不完全。研究表明，在抗?jié)B性，抗凍融性等耐久性方面，橡膠改性水泥砂漿和混凝土相比于普通水泥砂漿和混凝土具有獨特的優(yōu)勢。

1 耐久性

1.1 滲透性能 在混凝土耐久性中，滲透性是最有效的內(nèi)在因素。一般來說，通過混凝土氣孔的腐蝕性化學形態(tài)的滲透性是控制數(shù)項混凝土耐久性能的主要因素比如像吸水率、滲水率和氯離子滲透等測試經(jīng)常進行。對于橡膠摻量與混凝土吸水性的關(guān)系，M.C.Bignozzi[1]在研究中發(fā)現(xiàn)，吸水率數(shù)值的增加表明孔隙度隨著混合物中的橡膠相的出現(xiàn)而略微增加，他認為這可能是由于橡膠顆粒粒度分布和砂的差異和/或者橡膠改性混凝土的混合過程中較高的空氣被困在混凝土中造成。因此他得出結(jié)論：相比于普通的自密實混凝土，自密實橡膠混凝土的孔隙率只有在大量橡膠相出現(xiàn)的情況下才會受到顯著影響。

1.2 氯離子滲透性能 Nabil M. Al-Akhras[6]通過實驗發(fā)現(xiàn)，空白對照組在28天的時候達到3200庫倫（表明了較弱的抗氯離子滲透能力）。含5%和10%橡膠粉末的砂漿中的通過的電荷分別為870庫倫和420庫倫（相比于對照組砂漿顯示較高的抗氯離子能力）。經(jīng)過90天的濕法養(yǎng)護通過所有三種類型的砂漿的電荷減少。通過對照組砂漿的電荷減少到1875庫倫，這大大高于含5%橡膠粉末的砂漿（520庫侖）和含10%橡膠粉末的砂漿（350庫侖）。歐興進[7]指出橡膠顆粒能在一定程度改善混凝土的氯離子滲透性，且導電量隨橡膠摻量增加而降低。在礦物功能材料（粉煤灰和GH礦粉）的強化效應（化學反應改善孔徑分布并增強結(jié)合、吸附能力）、粉體效應（物理填充密實）及橡膠集料的氣泡效應等因素“疊加”影響下，橡膠改性混凝土具有較強的抗氯離子滲透性能。這一點可以在未來的實驗中進行廣泛的研究。李麗娟[8]發(fā)現(xiàn)橡膠高強混凝土6h的總導電量處于100～1000庫倫之間，氯離子滲透性非常低，屬于抗?jié)B性和耐久性均很高的混凝土。

1.3 收縮率 對于橡膠粒徑對抗干縮率的影響，當橡膠摻量≤30％時，不同膠粒摻量的混凝土1-60d的收縮值均小于未摻加橡膠粒子的對比混凝土C0，表明摻加橡膠粒子有利于改善混凝土的干縮性能。砂漿在硬化養(yǎng)護的整個過程中所產(chǎn)生的干燥收縮還包括一部分化學收縮即水泥石的硬化。此時橡膠作為彈性材料自身能夠抵抗收縮應力。進而使砂漿內(nèi)部收縮應力被抵消。

1.4 抗凍融循環(huán)性 在所有的標本暴露在凍融過程，含有0.6%未洗過的橡膠的混凝土的耐久性能最好，但也只是略優(yōu)于0.6%洗過的橡膠的混凝土總的來說，加入橡膠顆粒的混凝土的耐久性優(yōu)于空白混凝土標本，而在28個凍融循環(huán)后，普通混凝土損失了60%的脈沖速度。在類似的實驗中，嚴捍東[2]指出，開始時無論加入橡膠顆粒的砂漿還是空白對照組砂漿的在凍融循環(huán)的過程中，試件質(zhì)量隨著凍融時間的延長而逐步增加，這主要因為經(jīng)過凍融試驗后試件開口孔隙里有少許未完全融化的冰塊，以及兩次試件質(zhì)量測定時試件表面含水狀態(tài)不同造成。抗凍試驗總體說明，在一定摻量范圍內(nèi)，隨著橡膠粉摻量的增加，砂漿的抗凍性能有明顯提高。

1.5 抗干濕循環(huán)性 關(guān)于抗干濕性的研究性較少，嚴捍東[2]通過實驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)過20次干濕循環(huán)后，基準砂漿的質(zhì)量損失率均大于橡膠水泥砂漿，并且波動性最大，達到15次干濕循環(huán)后，基準砂漿的質(zhì)量損失率出現(xiàn)持續(xù)大幅度增大的現(xiàn)象而摻橡膠粉砂漿試件則沒有。隨著橡膠粉摻量的增加，砂漿的質(zhì)量損失率也逐漸增大，這說明隨著橡膠粉摻量的增加，砂漿抗干濕循環(huán)的能力逐漸減弱，這可能與橡膠粉摻量大時砂漿強度明顯降低有關(guān)。

1.6 抗碳化 袁群[3]指出橡膠混凝土的抗碳化效果是前期比后期好。碳化3d時，橡膠混凝土的抗碳化性較基準混凝土有所改善，碳化深度最大，可減少40％；碳化7、14d后，抗碳化性能有所減弱，碳化深度是基準混凝土的72％～130％；碳化28d后，碳化深度基本都已超過基準混凝土。羅綺[5]指出摻有橡膠粒子的混凝土各齡期的碳化深度均要大于基準混凝土的碳化深度，且隨著橡膠粒子摻最的增加，混凝土碳化深度有逐漸增大的趨勢，說明摻加橡膠粒子不利于混凝土的抗碳化性能。

1.7 抗腐蝕性 王開惠[4]發(fā)現(xiàn)適量摻加橡膠集料有利于提高砂漿試件的抗硫酸鹽侵蝕性能。她認為這是由于摻加橡膠集料的試件，因橡膠顆粒本身的可壓縮性，可以釋放更大的膨脹內(nèi)應力，從而較普通砂漿試件晚一些出現(xiàn)裂縫，推遲破壞時間。

2 結(jié)論與展望

在國內(nèi)外對橡膠集料混凝土（砂漿）20年多年的的研究歷程中，由于實驗中所用水泥種類、橡膠集料種類、粒徑、摻量、實驗條件等的不一致性，導致有關(guān)橡膠集料混凝土（水泥砂漿）的耐久性的影響程度的研究結(jié)果存在一定的差異，有時候甚至得到完全相反的結(jié)果，但橡膠集料對耐久性的影響規(guī)律基本可以形成以下共識：橡膠集料的摻入在一定程度上能改善水泥基材料的抗凍性能和抗氯離子遷移能力。適當摻量的橡膠集料可以改善混凝土的抗?jié)B性能；

今后，廢舊輪胎將會成為成為一種綠色資源，同時減輕“黑色污染”。結(jié)合具體工程應用背景，充分利用橡膠的優(yōu)點，針對水泥砂漿和水泥混凝土的性能特點，用橡膠粉進行改性，不僅能為廢舊輪胎的再生利用提供有效的技術(shù)途徑，而且能夠促進水泥砂漿和水泥混凝土材料的科學技術(shù)進步，實現(xiàn)傳統(tǒng)水泥砂漿和水泥混凝土在性能上的重大突破，并能大大增加水泥砂漿和水泥混凝土材料的綠色度，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]M.C. Bignozzi， F. Sandrolini， Tyre rubber waste recycling in self-compacting concrete[J]. Cement and Concrete Research，36 （2006）：735～739.

[2]嚴捍東，陳秀峰等.摻三元乙丙橡膠粉水泥砂漿性能的試驗研究和分析[J].土木工程學報，2008，41（12）：55～60.

[3]袁群等.橡膠混凝土的抗碳化性能試驗研究[J].混凝土，2011（7）：91～93，96.

[4]王開惠等.橡膠集料砂漿試件抗硫酸鹽侵蝕性能初探[N]. 山東建筑大學學報，2007（2）：4～8.

[5]羅琦等.橡膠粒子改性水泥混凝土的耐久性能[N].南昌大學學報工科版，2007（12）：340～343.

[6] Nabil M. Al-Akhras.Properties of tire rubber ash mortar[J]. Cement & Concrete Composites， 26（2004）：821-826.

[7]歐興進等.橡膠集料混凝土氯離子滲透性試驗研究[J].混凝土，2006（3）：46～49.

[8]李麗娟等.橡膠改性高強混凝土基本性能的試驗研究[J].混凝土，2007（5）：60～63.