探究廢橡膠在水泥混凝土和瀝青混凝土改性中的應(yīng)用

李志軍

（黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050）

混凝土生產(chǎn)成本低、適應(yīng)性強、應(yīng)用方便、工藝簡單，但作為一種脆性材料，強度性能強化始終都是其研究重點。橡膠材料難以自然降解，如何處理廢舊橡膠資源是當(dāng)前世界上非常嚴(yán)峻的課題，將廢橡膠應(yīng)用在水泥混凝土和瀝青混凝土改性中，不僅可以改善混凝土強度缺陷，也實現(xiàn)了資源的可持續(xù)利用。

1 廢橡膠的應(yīng)用方式

廢橡膠在水泥混凝土中的應(yīng)用可以有效改善水泥、瀝青混凝土的工作性能，讓這兩種混凝土可以得到更好的應(yīng)用。混凝土由膠結(jié)材料、骨料、水組成，現(xiàn)階段，包括：水泥混凝土、瀝青混凝土、石膏混凝土、聚合物混凝土，作為土木工程材料之一，其本身具有非常較強的流動性、粘聚性、保水性，但在混凝土實際應(yīng)用過程中，還需要得到進(jìn)一步改善。將廢橡膠應(yīng)用在水泥混凝土和瀝青混凝土中可以有效改善其性能，常見的應(yīng)用方式有兩種：第一，直接摻入。利用橡膠粉、橡膠顆粒代替粗骨料，可以有效降低橡膠混凝土的脆性，改善材料延性，根據(jù)試驗來看，橡膠集料混凝土的彈性模量較優(yōu)，不僅如此，極限拉應(yīng)變也超過了基準(zhǔn)混凝土，有效提高了韌性和抗疲勞性能。目前，很多公路施工團(tuán)隊都利用廢舊橡膠輪胎顆粒代替膠粒，切實提高公路的抗裂性和耐久性，裂縫明顯減少。第二，改性后摻入。改性后摻入可以進(jìn)一步擴(kuò)大橡膠粉在混凝土應(yīng)用的范圍，在實際發(fā)展過程中，將改性后的橡膠粒子加入到混凝土中，可以作為添加劑，根據(jù)不同工程強度控制加入量，能夠有效滿足公路路面的實際需求，改善路面品質(zhì)，真正達(dá)到環(huán)保和工程雙贏的結(jié)果。

2 廢橡膠在不同混凝土改性中的應(yīng)用

由上可知，廢橡膠的加入可以改變?yōu)r青或者水泥混凝土中膠凝材料的含量，增加混凝土的延展性、抗疲勞性、變形能力等，但是在實際應(yīng)用過程中，具體加入方式、工藝還需要進(jìn)行深層次的研究分析。

2.1 高粘性改性瀝青混凝土

瀝青混凝土常用在公路路面，因此，其必須要具備優(yōu)秀的路用性能，為車輛提供安全穩(wěn)定、舒適優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。高粘性改性瀝青混凝土本身就具備高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗滑性、滲水性等性能，在制備過程中，不同廢橡膠改性劑的摻入量會對性能產(chǎn)生不同的影響。根據(jù)實際試驗結(jié)果來看，當(dāng)廢橡膠粉摻入量不變的情況下，改性劑摻入量逐漸增加，瀝青混凝土的針入度就會隨之降低。當(dāng)廢橡膠粉摻入量在8%、10%時，隨著改性劑摻入量增加，瀝青混凝土15℃延度有增有減，當(dāng)廢橡膠粉摻入量在12%、14%時，瀝青混凝土15℃延度降低。經(jīng)過全方面考慮，最終選定了改性劑和廢橡膠粉的摻量分別為6%和10%。在150℃下，攪拌溶脹半小時；在190℃下，高速剪切乳化一小時；在150℃下，發(fā)育半小時。除了廢橡膠粉之外，還加入了3%的萜烯樹脂，以此滿足性能需求。還要對高粘性改性瀝青混凝土集料性能指標(biāo)進(jìn)行檢測，以此確定礦料級配和高粘改性瀝青混凝土的最佳油石比。以瀝青混凝土公路的耐磨性為例，廢橡膠的摻量越高、齡期越長，耐磨性也就越大，通過抗磨性試驗所得到的結(jié)果來看，將高粘性改性瀝青混凝土的石油比控制在4.01%左右，整體性能最優(yōu)。在此基礎(chǔ)上，該高粘性改性瀝青混凝土已經(jīng)基本滿足技術(shù)規(guī)范需求，其空隙率、析漏損失、穩(wěn)定度均滿足規(guī)范技術(shù)要求，而且具有非常的穩(wěn)定性[1]。

2.2 橡膠粉改性水泥混凝土

廢橡膠不僅可以在瀝青混凝土改性中應(yīng)用，改性后還可以應(yīng)用在水泥混凝土中，形成橡膠粉改性水泥混凝土。如果直接將廢輪胎顆粒加入到水泥砂漿和混凝土中，在一定程度上會限制材料應(yīng)用，可有使用改性劑來提高橡膠水泥混凝土的的抗疲勞特性和韌性。水泥混凝土本身的延性、抗沖擊強度、抗疲勞性相對較差，但廢舊橡膠顆粒的彈性較強，可以從根本上解決這一問題。想要將強度損失控制在最小范圍內(nèi)，同時又最大限度提高混凝土韌性，就要通過橡膠改性處理這一環(huán)節(jié)，利用偶聯(lián)劑對橡膠顆粒進(jìn)行預(yù)處理，這種處理方式會隨著橡膠摻入量的增加，效果逐漸提高。根據(jù)疲勞實驗前后的超聲波速度和抗壓強度變化數(shù)據(jù)來看，橡膠粉改性水泥混凝土的聲速僅僅降低1.72%，強度方面橡膠粉改性水泥混凝土沒有發(fā)生變化，因此可知，經(jīng)過處理后橡膠粉改性水泥混凝土的強度雖然出現(xiàn)了一定程度的降低，但是抗疲勞特性明顯優(yōu)于普通水泥混凝土。不僅如此，還觀察了微觀結(jié)構(gòu)，從微觀結(jié)構(gòu)來看經(jīng)過偶聯(lián)劑處理后的橡膠顆粒可以和水泥混凝土基體進(jìn)行完美的結(jié)合，而沒有經(jīng)過改性處理的橡膠顆粒和基體之間存在大量裂紋，由此可知，橡膠粉改性水泥混凝土的抗壓強度、延性、韌性都得到了不同程度的提高。除了上述幾個方面的分析之外，物理力學(xué)的性能也得到了發(fā)展，混凝土的延性和韌性也得到了有效提高，沒有出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象。值得一提的是，經(jīng)過處理后橡膠粉改性水泥混凝土在遭受破壞時，表現(xiàn)出了極強的變能力，并沒有出現(xiàn)潰散，而是保持了原有形狀，最為主要的是，在設(shè)計配合比時，要將橡膠體積控制在集料總體積的10%[2]。

3 結(jié)語

綜上所述，混凝土的強度一直在不斷改善，但近幾年來，逐漸進(jìn)入瓶頸階段，廢橡膠應(yīng)用在水泥混凝土和瀝青混凝土改性中的研究早在20 世紀(jì)后期就已經(jīng)開始進(jìn)行。通過本文對高粘性改性瀝青混凝土和橡膠改性混凝土性能的分析，對廢橡膠的應(yīng)用有了全新的認(rèn)識。