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(shè)集團(tuán)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(yīng)用現(xiàn)狀

我國是一個(gè)橡膠大國，早在21世紀(jì)初期，輪胎產(chǎn)量就高達(dá)1億只，每年報(bào)廢的輪胎重量約達(dá)140萬t。一方面，我國在橡膠資源方面嚴(yán)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(dǎo)致大量資源的浪費(fèi)。且近年來我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，導(dǎo)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(yán)重、更難治理。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)原料

① 水泥選用P·O 40級(jí)水泥，其初凝時(shí)間為180min，通過煮沸法測(cè)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(xì)料選用細(xì)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(yàn)方法

本次試驗(yàn)采用單因素分析方法，以確保廢舊輪胎膠粉的細(xì)度、混合配比對(duì)混凝度力學(xué)影響的準(zhǔn)確性，避免多個(gè)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(duì)抗壓強(qiáng)度、抗裂、抗凍等性能予以測(cè)試。

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的相關(guān)參數(shù)，評(píng)估抗壓強(qiáng)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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，進(jìn)行早期抗裂性能分析；而韌性試驗(yàn)則參照彎曲韌度指數(shù)（美國ASTMC1018） 進(jìn)行評(píng)估。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 混凝土抗裂性能對(duì)比 （見圖1）

圖1 不同摻量對(duì)應(yīng)的混凝土單位面積開裂數(shù)對(duì)比

按照膠粉目數(shù)劃分為A、B、C、D，分別對(duì)應(yīng)50、60、80、100目數(shù)；分析結(jié)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(shí)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(shí)，單位面積的裂縫條數(shù)僅為混凝土的1/4；隨著細(xì)度增加，混凝土的裂縫條數(shù)也有明顯下降。故認(rèn)為，膠粉摻量基本一致時(shí)，混凝土裂縫數(shù)量會(huì)隨著膠粉細(xì)度的增高而有所下降，但裂縫寬度則隨著膠粉細(xì)度的提升而變寬。

3.2 混凝土韌性強(qiáng)度對(duì)比

在計(jì)算韌度指數(shù)時(shí)，一般會(huì)取混凝土在完全斷裂時(shí)的應(yīng)力曲線所包圍的面積與初始開裂點(diǎn)間曲線包圍的面積比值。經(jīng)計(jì)算可知，在膠粉細(xì)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(dāng)混凝土摻入比例達(dá)到30%，A的韌性指數(shù)較0膠粉摻入時(shí)上升了近30%；當(dāng)膠粉混合比例不變的情況下，廢舊輪胎膠粉的細(xì)度提升也促進(jìn)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(xì)度提升，膠粉摻入比例提升對(duì)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(guān)聯(lián)性分析

3.3 混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比

混凝土抗壓強(qiáng)度隨著膠粉的混合配比的上升而表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，且在相同配比的情況下，膠粉細(xì)度越大，混凝土強(qiáng)度越低，且這一變化規(guī)律隨著配比的不斷提高而變大。當(dāng)配比達(dá)到15%，100目膠粉的混凝土強(qiáng)度與50目膠粉相比下降約20%，當(dāng)配比達(dá)到30%，這一強(qiáng)度變化值高達(dá)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(qiáng)度的對(duì)比分析

3.4 混凝土抗凍性能對(duì)比

膠粉細(xì)度、膠粉配比與混凝土抗凍性能的關(guān)聯(lián)性如圖4所示。當(dāng)膠粉細(xì)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(shì)。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(dāng)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(dāng)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(duì)比分析

4 試驗(yàn)結(jié)論分析

本次研究針對(duì)廢舊輪胎膠粉摻入混凝土中、對(duì)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(yīng)用效果，同時(shí)也希望在應(yīng)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(duì)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(shí)，單位面積的裂縫條數(shù)僅為混凝土的1/4；隨著細(xì)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(shí)，混凝土裂縫數(shù)量會(huì)隨著膠粉細(xì)度的增高而有所下降，但裂縫寬度則隨著膠粉細(xì)度的提升而變寬。

4.2 韌性強(qiáng)度

在膠粉細(xì)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(dāng)膠粉的摻入比例達(dá)到30%，混凝土韌性指數(shù)較0膠粉摻入時(shí)上升了近30%；當(dāng)膠粉混合比例不變的情況下，廢舊輪胎膠粉的細(xì)度提升也促進(jìn)了混凝土韌性的提升。

4.3 抗壓性能

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

4.4 抗凍性能

當(dāng)膠粉細(xì)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(shì)。當(dāng)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(dāng)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(jié)語

膠粉應(yīng)用于混凝土中的前景廣闊，但本次研究中針對(duì)材料耐磨性的研究尚缺乏實(shí)踐應(yīng)用效果。因此今后在研究中，應(yīng)繼續(xù)開展膠粉水泥混凝土抗?jié)B性、抗侵蝕性的相關(guān)研究，加強(qiáng)對(duì)膠粉混凝土材料的隔熱性能的研究，并不斷總結(jié)膠粉應(yīng)用于混凝土材料中的關(guān)鍵操作點(diǎn)及難點(diǎn)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(chǔ)。

[1] 袁群, 馮凌云, 袁賓, 等.橡膠顆粒粒徑和摻量對(duì)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(xué)性能及抗凍性試驗(yàn)研究[J].硅酸鹽通報(bào), 2017（9） ：3105-3111,3118.