廢舊輪胎鋼纖維混凝土技術(shù)研究綜述

鐘春玲 萇路遙 張?jiān)讫?王靜

（1吉林建筑大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院吉林，長春 130118；2吉林建筑大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春 130118）

0 引言

隨著社會的發(fā)展，汽車擁有量逐年提升，汽車輪胎的產(chǎn)量也十分巨大，據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，，據(jù)不完全統(tǒng)計，2017年我國汽車輪胎總產(chǎn)量約為6.53億條；廢輪胎產(chǎn)生量約3.4億條，重量超過1300萬噸，并以每年約8%-10%的速度在增長。一條輪胎的平均壽命為5-6 年，如今，對于廢舊輪胎的處理大多在廢舊橡膠的回收利用，廢輪胎中含有17%的鋼絲被鋼鐵行業(yè)重新熔煉，而很少被用在其它用途上，故廢舊輪胎中的鋼纖維應(yīng)用到纖維混凝土中有很大的研究前景。

國內(nèi)外學(xué)者對鋼纖維的研究和應(yīng)用最為廣泛，鋼纖維混凝土的力學(xué)性能提高較為明顯，但由于鋼纖維價格大大提高了混凝土的造價，鋼纖維混凝土只適用于部分有特殊要求的構(gòu)件中。近年來，國內(nèi)外對廢舊輪胎中的鋼絲進(jìn)行回收和粉碎，制成鋼纖維，應(yīng)用于混凝土材料中，改善了混凝土的物理力學(xué)性能。但從廢舊輪胎回收的廢鋼纖維，由于形狀、長度、粗細(xì)不同，還含有少量橡膠粒子，對混凝土的應(yīng)用研究顯示出一定的差異。目前國內(nèi)外對廢舊輪胎鋼纖維的研究主要在可行性、工作性能、可替換性、力學(xué)性能、長徑比等幾個方面做重點(diǎn)研究。

1 廢舊輪胎鋼纖維混凝土的可行性

Al-Tikrite[1]認(rèn)為從廢棄輪胎中回收的廢鋼纖維是一種很有前途的結(jié)構(gòu)材料，可以完全或部分替代RPC中的工業(yè)鋼纖維；AntonioCaggiano[2]的研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了以往從廢輪胎中提取的鋼纖維在纖維增強(qiáng)混凝土方面的研究具有良好的應(yīng)用前景。它們清楚地表明，只要廢舊剛纖維具有足夠的幾何特性，工業(yè)鋼纖維可以被等量（或略高）的廢舊剛纖維替代，而相關(guān)力學(xué)性能不會顯著下降。廢舊輪胎鋼纖維替換工業(yè)鋼纖維在纖維混凝土的運(yùn)用中很有前景。

2 廢舊輪胎鋼纖維的可替換性

Enzo[3]認(rèn)為，工業(yè)纖維不能被等量的（未經(jīng)加工的）再生鋼纖維所取代，可用部分再生鋼纖維取代工業(yè)纖維；Al-Tikrite[1]認(rèn)為從廢棄輪胎中回收的鋼纖維是一種很有前途的結(jié)構(gòu)材料，可以完全或部分替代RPC中的工業(yè)鋼纖維；Ana[4]在混摻鋼纖維混凝土中，用廢舊輪胎鋼纖維代替部分工業(yè)鋼纖維，發(fā)現(xiàn)混凝土的力學(xué)性能沒有很大的變化，并給出替換比例，這樣的配合比可使混凝土每立方米節(jié)約33%。

3 廢舊輪胎鋼纖維混凝土的工作性能

龍秀海[5]認(rèn)為廢舊輪胎鋼纖維的摻入會導(dǎo)致混凝土的工作性能下降；M.A.Aiello[6]認(rèn)為廢舊輪胎鋼纖維對流動性影響很大，使用傳統(tǒng)攪拌機(jī)允許最大體積摻量不高于0.26%，使用行星式攪拌機(jī)不高于0.46%。

4 廢舊輪胎鋼纖維長徑比的影響

Antonio[7]研究了不同直徑、長度、長徑比的廢舊輪胎鋼纖維對力學(xué)性能的影響，指出適量的廢舊輪胎鋼纖維對水泥基復(fù)合材料的延展性和韌性有一定的影響；A.S.M.Abdul Awal[8]認(rèn)為再生鋼纖維被發(fā)現(xiàn)可以提高混凝土的整體強(qiáng)度，與抗壓強(qiáng)度相比，劈裂抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的提高更為顯著。還指出長徑比為l/d=67時混凝土抗拉和抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值；?ngela G.Graeff[9]認(rèn)為2%的長徑比為1/54的工業(yè)纖維與6%的為3-11mm再生纖維具有相似的抗壓性能和抗彎性能和抗腐蝕性。（所使用的工業(yè)纖維，稱為I2C1/54，兩端都有一個錐體，長徑比為1/54，拉伸強(qiáng)度為1100N/m。再生纖維是從消費(fèi)后的輪胎中通過機(jī)械處理得到的，90%的纖維長度在3-11毫米之間。

5 廢舊輪胎鋼纖維混凝土的力學(xué)性能

Juan Yang[10]認(rèn)為與工業(yè)用鋼纖維相比，再生鋼纖維對UHPC的劈裂拉伸強(qiáng)度和斷裂能的改善作用更為顯著，且再生帶橡膠鋼纖維的改善程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無橡膠再生鋼纖維；H.Tlemat[11]等認(rèn)為用含量2%的長短不一、長度不同的鋼纖維（SRSF）加固混凝土和用1.5%的工業(yè)鋼纖維在性能方面是相似的。運(yùn)用SRSF的混凝土可用于需要高抗微裂紋能力的應(yīng)用場合；朋改非[12]認(rèn)為對UHPC的劈拉強(qiáng)度和靜彈性模量的影響程度：未附著橡膠顆粒廢舊輪胎鋼纖維鋼纖維＞工業(yè)鋼纖維＞附著橡膠顆粒的廢舊輪胎鋼纖維；

鄧宗才[13]認(rèn)為廢舊輪胎鋼纖維摻量在1.2%～3.0%之間時，混凝土工作性能良好；隨著廢舊輪胎鋼纖維摻量的增加，活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度也逐漸提高，廢舊輪胎鋼纖維能很好地改善活性粉末混凝土的韌性。為了提高活性粉末混凝土韌性，廢舊輪胎鋼纖維摻量應(yīng)在3.0%左右。廢舊輪胎鋼纖維可顯著改善活性粉末混凝土斷裂能和斷裂韌度，廢舊輪胎鋼纖維摻率為1.2%～1.8%時，三點(diǎn)切口梁斷裂韌度較素活性粉末混凝土無明顯改善，當(dāng)摻量為2.4%時，活性粉末混凝土的斷裂韌度顯著提高。為了獲得較好的斷裂性能，纖維摻量應(yīng)在2.4%左右。通過對比不同摻率的廢舊輪胎鋼纖維、工業(yè)鋼纖維對增強(qiáng)活性粉末混凝土強(qiáng)度、韌性指標(biāo)、斷裂力學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)，較高摻量的廢舊輪胎鋼纖維可以達(dá)到相對較低摻量的工業(yè)鋼纖維對活性粉末混凝土的增強(qiáng)、增韌和阻裂作用。在活性粉末混凝土工程應(yīng)用中，可以用廢舊輪胎鋼纖維替代部分或工業(yè)鋼纖維；西南科技大學(xué)張榮華[14]對廢舊輪胎鋼纖維和鍍銅工業(yè)鋼纖維RPC的工作性能、基本力學(xué)性能和耐久性做了對比：兩種纖維在敞亮相同的情況下，流動度相差不大；由于廢舊輪胎鋼纖維中存在一些短的、粗的纖維，兩種纖維在相同摻量下，廢舊輪胎鋼纖維活性粉末混凝土對抗折強(qiáng)度的增長略遜與工業(yè)鋼纖維，但差別很小。因此，從抗折強(qiáng)度來講，利用廢舊輪胎鋼纖維來代替工業(yè)鋼纖維是可行的，廢舊輪胎鋼纖維活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度與工業(yè)鋼纖維的抗壓強(qiáng)度相差很小，后期強(qiáng)度甚至更好，因此就活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度來說，利用廢舊輪胎鋼纖維代替工業(yè)鋼纖維是完全可行的。研究發(fā)現(xiàn)，廢舊輪胎鋼纖維活性粉末混凝土的抗氯離子侵蝕能力優(yōu)于工業(yè)鋼纖維；鄧宗才[15]分別比較了兩種不同形狀的廢舊輪胎鋼纖維：波浪型和壓紋型，研究發(fā)現(xiàn)：廢舊輪胎鋼纖維能較好的改善混凝土的脆性。波浪形和壓紋型廢舊輪胎鋼纖維混凝土的斷裂韌度提高了8.35倍和8.21倍。纖維摻量為1.7%的廢舊輪胎鋼纖維混凝土和摻量為0.7%的工業(yè)高強(qiáng)鋼纖維混凝土韌性、斷裂性能基本處于相同水平。波浪形廢舊輪胎鋼纖維的增韌阻裂性能優(yōu)于壓紋型廢舊輪胎鋼纖維。利用廢舊輪胎鋼纖維來替代常用的工業(yè)鋼纖維不僅可以提高混凝土的基本力學(xué)性能，還可以降低造價，廢舊資源重新利用。

6 總結(jié)

廢舊輪胎中的鋼纖維被應(yīng)用到混凝土等水泥基材料中是可行的、有前途的。而且是經(jīng)濟(jì)性的，特別是高性能纖維混凝土，運(yùn)用廢舊輪胎的高性能混凝土可節(jié)省本身成本的20%-45%，有利于高強(qiáng)和高性能混凝土的推廣和應(yīng)用，將廢舊輪胎鋼纖維應(yīng)用到混凝土中可以實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎鋼纖維的資源化利用同時。然而，目前關(guān)于廢舊輪胎鋼纖維在混凝土中應(yīng)用的研究還是很少，因此，研究利用廢舊鋼纖維制備高性價比的混凝土具有重要意義。