廢舊輪胎膠粉混凝土的耐久性研究

李文鵬 郝占龍

1.威海建設集團股份有限公司，山東威海 264200；2.威海市鳳林商砼有限公司，山東威海 264200

1 廢舊輪胎膠粉在工程材料中的應用現(xiàn)狀

我國是一個橡膠大國，早在21世紀初期，輪胎產(chǎn)量就高達1億只，每年報廢的輪胎重量約達140萬t。一方面，我國在橡膠資源方面嚴重缺乏，另一方面我國每年都有約100萬t的廢棄橡膠未能得到充分利用，從而導致大量資源的浪費。且近年來我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，導致廢棄輪胎的生產(chǎn)量顯著上升，“黑色污染”的危害較“白色污染”更嚴重、更難治理。

2 試驗方法

2.1 試驗原料

① 水泥選用P·O 40級水泥，其初凝時間為180min，通過煮沸法測定后發(fā)現(xiàn)水泥合格，滿足GB-175-2007的水泥質(zhì)量要求。

② 細料選用細度模數(shù)為2.8的河沙，表觀密度為2400kg/m3；水采用普通自來水。

③ 橡膠粉采用橡膠顆粒廠通過切削法生產(chǎn)的廢舊輪胎橡膠粉，目數(shù)分別為60、80目，表觀密度約為1.00～1.04g/cm3。

2.2 試驗方法

本次試驗采用單因素分析方法，以確保廢舊輪胎膠粉的細度、混合配比對混凝度力學影響的準確性，避免多個因素間的相互干擾。按照50、60、80、100目，0%、10%、、15%、20%、25%、30%的膠粉配比，配置12組橡膠粉混凝土。配置完畢后，分別對抗壓強度、抗裂、抗凍等性能予以測試。

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》中的相關參數(shù)，評估抗壓強度、抗凍性；抗裂性則參照《普通混凝土長期性能及耐久性能試驗方法標準》，進行早期抗裂性能分析；而韌性試驗則參照彎曲韌度指數(shù)（美國ASTMC1018） 進行評估。

3 試驗結果

3.1 混凝土抗裂性能對比 （見圖1）

圖1 不同摻量對應的混凝土單位面積開裂數(shù)對比

按照膠粉目數(shù)劃分為A、B、C、D，分別對應50、60、80、100目數(shù)；分析結果發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，隨著膠粉比例的增加，混凝土單位面積的開裂數(shù)量也隨之下降，證實膠粉加入到混凝土中，有利于混凝土抗裂性能的提升。詳情如圖1所示。

摻量在15%時，單位面積的裂縫條數(shù)僅為混凝土的1/4；隨著細度增加，混凝土的裂縫條數(shù)也有明顯下降。故認為，膠粉摻量基本一致時，混凝土裂縫數(shù)量會隨著膠粉細度的增高而有所下降，但裂縫寬度則隨著膠粉細度的提升而變寬。

3.2 混凝土韌性強度對比

在計算韌度指數(shù)時，一般會取混凝土在完全斷裂時的應力曲線所包圍的面積與初始開裂點間曲線包圍的面積比值。經(jīng)計算可知，在膠粉細度一致的情況下，隨著膠粉配比的上升，混凝土韌性指數(shù)近似呈線性增大，當混凝土摻入比例達到30%，A的韌性指數(shù)較0膠粉摻入時上升了近30%；當膠粉混合比例不變的情況下，廢舊輪胎膠粉的細度提升也促進了混凝土韌性的提升，尤其是在配比不超過15%的情況下，相較于細度提升，膠粉摻入比例提升對于混凝土韌性的提升作用有顯著提升。詳情如圖2所示。

圖2 不同目數(shù)膠粉與混凝土韌性的關聯(lián)性分析

3.3 混凝土抗壓強度對比

混凝土抗壓強度隨著膠粉的混合配比的上升而表現(xiàn)出下降趨勢，且在相同配比的情況下，膠粉細度越大，混凝土強度越低，且這一變化規(guī)律隨著配比的不斷提高而變大。當配比達到15%，100目膠粉的混凝土強度與50目膠粉相比下降約20%，當配比達到30%，這一強度變化值高達約50%。詳情如圖3所示。

圖3 不同目數(shù)膠粉與混凝土抗壓強度的對比分析

3.4 混凝土抗凍性能對比

膠粉細度、膠粉配比與混凝土抗凍性能的關聯(lián)性如圖4所示。當膠粉細度不變的情況下，混凝土的極限抗凍次數(shù)隨著膠粉配比的增加表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。在膠粉配比為15%的情況下，混凝土的抗凍性能較0配比膠粉的混凝土可提高約60%以上；而當配比超過15%這一閾值，則混凝土的抗凍極限次數(shù)隨之下降顯著，且當膠粉配比超過20%，混凝土的抗凍極限次數(shù)甚至還不如0配比膠粉的混凝土。

圖4 不同目數(shù)膠粉與混凝土抗凍性能對比分析

4 試驗結論分析

本次研究針對廢舊輪胎膠粉摻入混凝土中、對混凝土耐久性的影響，希望能研究日益增多的廢舊輪胎膠粉在混凝土材料中的應用效果，同時也希望在應用膠粉后能有效改善混凝土材料的韌性、抗凍性等性能。

4.1 抗裂性能

通過單因素分析方法，發(fā)現(xiàn)膠粉目數(shù)及配比對混凝土抗裂性能有顯著影響，在一定范圍內(nèi)，隨著膠粉比例的增加，混凝土單位面積的開裂數(shù)量也隨之下降。摻量在15%時，單位面積的裂縫條數(shù)僅為混凝土的1/4；隨著細度增加，混凝土的裂縫條數(shù)也有明顯下降。且膠粉摻量基本一致時，混凝土裂縫數(shù)量會隨著膠粉細度的增高而有所下降，但裂縫寬度則隨著膠粉細度的提升而變寬。

4.2 韌性強度

在膠粉細度一致的情況下，隨著膠粉配比的上升，混凝土韌性指數(shù)近似呈線性增大。當膠粉的摻入比例達到30%，混凝土韌性指數(shù)較0膠粉摻入時上升了近30%；當膠粉混合比例不變的情況下，廢舊輪胎膠粉的細度提升也促進了混凝土韌性的提升。

4.3 抗壓性能

混凝土抗壓強度隨著膠粉的混合配比的上升而表現(xiàn)出下降趨勢，且在相同配比的情況下，膠粉細度越大，混凝土強度越低，且這一變化規(guī)律隨著配比的不斷提高而變大。當配比達到15%，100目膠粉的混凝土強度與50目膠粉相比下降約20%。

4.4 抗凍性能

當膠粉細度不變的情況下，混凝土的極限抗凍次數(shù)隨著膠粉配比的增加表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當配比超過15%這一閾值，則混凝土的抗凍極限次數(shù)隨之下降顯著，當膠粉配比超過20%，混凝土的抗凍極限次數(shù)甚至還不如0配比膠粉的混凝土。

5 結語

膠粉應用于混凝土中的前景廣闊，但本次研究中針對材料耐磨性的研究尚缺乏實踐應用效果。因此今后在研究中，應繼續(xù)開展膠粉水泥混凝土抗?jié)B性、抗侵蝕性的相關研究，加強對膠粉混凝土材料的隔熱性能的研究，并不斷總結膠粉應用于混凝土材料中的關鍵操作點及難點問題，以便為今后混凝土性能的提升與改善，創(chuàng)造更有利的理論基礎。

[1] 袁群, 馮凌云, 袁賓, 等.橡膠顆粒粒徑和摻量對混凝土性能的影響[J].人民黃河, 2013（2） ：111-113.

[2] 張克.改性橡膠再生粗骨料混凝土力學性能及抗凍性試驗研究[J].硅酸鹽通報, 2017（9） ：3105-3111,3118.