廢舊料粉對水泥混凝土路用性能影響分析

王璐 戶遷遷

通訊作者：王璐，1987年9月，男，漢族，北京人，現任北京高新市政工程科技有限公司檢測室主任，工程師，本科。研究方向：無機非金屬材料

摘要：隨著交通運輸經濟的快速發展，使得公路使用頻率不斷提升，早期以瀝青路面建設為主的路面已大量進入維修養護階段，因此產生的廢舊瀝青材料再生利用成為了備受關注的問題，迅速產生的廢舊輪胎成為了污染環境的新污染源。而我國現階段道路建設中主要應用水泥混凝土，水泥混凝土成為了用量最大、最廣泛的建筑材料之一，而且人們對于混凝土材料的質量要求也越來越高，經研究表明，在水泥混凝土土路面中，廢舊的橡膠顆粒可加入可以有效的改善水泥混凝土的變形能力差、韌性小等缺陷。因此，本文主要探討廢舊橡膠顆粒在水泥混泥土路面材料中的應用。

關鍵詞：廢舊橡膠顆粒粉料;水泥混凝土路;性能影響

Abstract： With the rapid development of transportation economy， the frequency of highway use is increasing. The early asphalt pavement construction has entered the maintenance stage. Therefore， the recycling of waste asphalt materials has become a hot issue. The waste tire which is produced rapidly has become a new source of environmental pollution. At present， cement concrete is mainly used in road construction. Cement concrete has become one of the most widely used building materials. Moreover， the quality requirements for concrete materials are also getting higher. Studies have shown that in cement concrete pavement， waste rubber particles can be added to effectively improve defects such as poor deformability and low toughness of cement concrete. Therefore， this study mainly discusses the application of waste rubber particles in cement concrete pavement materials.

Keywords： Waste rubber particles; cement concrete road; performance impact

一、前言

廢舊輪胎橡膠顆粒的再利用，在利用廢舊資源的項目當中屬于一個新的課題，它主要是實現對廢舊汽車輪胎的再利用，從而實現資源的節約，并有效促進混凝土性能的改善。因此，廢舊輪胎橡膠顆粒的再利用具有非常重要的意義。同時，它也是發展我國的水泥混凝土路面的客觀需求。

早期我國用的瀝青混凝土，隨著油價的變化而變化，呈上漲趨勢，而我國的水泥價格卻一直屬于穩定狀態，所以，如果修建水泥混凝土道路，那么就能夠節約許多成本，且低于瀝青混凝土道路的建設成本。同時，在選用集料、混合料伴等方面投資也比瀝青混凝土路面的少。在相同的條件設計下，瀝青混凝土路面的使用壽命差不多小于水泥混凝土路面的1倍[1]。

國外相關研究資料表明，水泥混凝和瀝青混凝土路面在經濟運營方面，顯著優于瀝青混凝土路面，而且行駛在水泥混凝土路面的車輛，運營耗油量要節省瀝青混凝土路面10%左右[2]。因此，大力建設水泥混凝土路面道路，可打破我國目前修建公路時投入高的情況，從而實現資源及能源的有效節約。處理大量的廢舊輪胎，把橡膠顆粒大規模的應用到水泥混凝土路面中，還能緩解我國越發嚴重的“黑污染”問題。

二、試驗的材料和方法

因為，水泥混凝土加入橡膠顆粒后，其力學性能直接關系到我剛道路建設的前景，因此，對不同橡膠顆粒摻量下水泥混凝土的力學性產生的變化做了以下實驗，并進行探討，為找尋最佳的橡膠顆粒提供有利的證據。

（一）原材料的試驗

1.水泥。

2.集料：普通的砂石2.600g/cm3的密度表現為2.14的細度模數。最大粒徑為19mm的碎石，密度表現為2.740g/cm3。

3.橡膠顆粒：平均粒徑選擇為4mm的粗顆粒橡膠，平均粒徑選擇為0.6mm的細顆粒橡膠，密度大約控制在約1.0g/cm3。

4.界面溶劑的處理：自來水，NaOH，硅烷偶聯劑[3]。

5.實驗配合比與方法：

（1）水泥砂漿抗壓強度的大小對橡膠界面的改性進行評價，以及對混合料性能產生的影響。比例為：水灰0.5的比例;砂率1：3;橡膠為10%等體積，替代河沙。具體配比見表1。

（2）選擇不同的粗橡膠顆粒摻量（共8種）體積，替代砂石，并對摻量力學、基質混凝土性能的不同之處進行研究。基質水泥混凝土配比為：水泥、砂、碎石、水，比例為1：1.13：2.90：0.43，不同摻量水泥混凝土配比[4]，如表2。

尺寸為100mm×100mm×100mm立方體的抗壓強度試件;尺寸為100mm×100mm×400mm棱柱體抗折強度試件，每一組的試件有三個，試件成型與水泥砂漿成型的方法一樣，試件進行標準養護一周以后，對抗壓、抗折強度分被進行測定[5]。

（二）橡膠界面的處理方法和效果

界面的黏結強度決定了復合材料的整體強度，膠粉不具有能夠化水的能力。所以，不能夠和水泥生成水化產物，只能起到填充;膠粉與水泥砂漿進行比較的話，橡膠的彈性模量沒有水泥砂漿高，因此，增加了水泥砂漿試件的弱點，導致抗壓強度下降。所以，對于橡膠表面的處理，可以提高橡膠和水泥砂漿的黏結性，從而提高水泥砂漿試件的抗壓強度。

1.處理的方法

本實驗有三種處理方法：

（1）直接用水洗處理橡膠，然后對橡膠進行過濾、晾干。

（2）可使用偶聯劑浸潤進行處理，把橡膠置放于盆里，然后滴入偶聯劑滴，一邊滴入以便對橡膠進行攪拌，直到橡膠的表面全部浸潤，再停止，最后晾干橡膠顆粒。

（3）氫氧化鈉濃度為1%、5%、10%、20%的溶液浸泡處理，按照定好的百分比配比溶液，浸泡、攪拌，處理完橡膠以后，再進行晾干。處理的過程中會看到，橡膠顆粒的表面比較潤滑，晾干了以后，表面會呈現為白色，氫氧化鈉的濃度增加，顏色也會越來越白[6]。

2.橡膠的表面改性和水泥砂漿產生的影響，如表3所示。

（三）橡膠水泥的力學性能

1.橡膠水泥的抗壓強度

混泥土的基本力學性能指標是抗壓強度，不同橡膠的摻量下的水泥混凝土抗壓強度，見表4。

2.選擇濃度為1%的氫氧化鈉溶液，橡膠顆粒試件的抗壓強度最高

（1）偶聯劑和氫氧化鈉的殘留，會影響到水泥砂漿試件抗壓強度的高低。

（2）使用水洗處理方法時，試件的抗壓強度同樣也相對比較高，且該方法簡便操作、成本比較低，比較實用于實際的工程中。

（3）橡膠顆粒的摻入隨著增加，混凝土的抗壓、抗折強度均有下降趨勢;但是，應變被破壞的時候，應變卻是呈現出上升的趨勢[7]。

因此，可以從以上的試驗中可看出，橡膠的表面采用水洗、偶聯以及氫氧化鈉溶液進行處理，針對4mm粗橡膠顆粒和0.3細橡膠顆粒提出最佳的處理辦法。同時，還對不同摻量的橡膠顆粒作為細橡膠顆粒代替一部分的河沙對水泥混凝土抗壓、抗哲學強度的力學性能的影響以及破壞時的應變大小的影響。

經過試驗表明，混凝土的抗壓和抗折強度隨橡膠量的增加，都呈現出下降的趨勢，例如其中橡膠顆粒等體積代替河砂70%時，7天抗壓強度和抗折強度同時都下降大約50%左右，但是破壞混凝土時的最大應變能力提高到65左右，表現出來橡膠顆粒的變形能力和韌性能力。

三、橡膠混凝土的特性

橡膠顆粒與普通混凝土的溫度線膨脹系數，較為接近，把橡膠顆粒摻入到混凝土中以后，它能夠與鋼筋共同協調工作，其主要特性有：橡膠顆粒的表面比較粗糙、可以不透水、具有較好的彈性;黏結性形態與水泥漿體混合后比較好，可以均勻的混凝土內部形成可以伸縮顆粒群體;可降低混凝土的彈性模量，增加變形的能力等優勢。

混凝土可以因水化、干燥時，產生收縮和變形，橡膠顆粒把部分的收縮能量吸收后，降低了收縮應力，可使開裂的時間推遲延后。混凝土在彎曲過程當中，橡膠顆粒可以承受一部分的荷載，阻止微裂縫繼續擴展，阻擋提前產生的新裂縫，提高變形能力，并且還表現出較為顯著的延緩性特征[8-9]。

橡膠顆粒具有彈簧一樣的性能，可以對混凝土的空隙進行填充，協助混凝土受力，同時，還可以延緩一部分混凝土的分應力，約束著對微縫隙的繼續發展，一定程度上還可改善混凝土路面韌性、抗沖擊性。

橡膠顆粒具有的彈性能力，它在混凝土內部廣泛的分布著，水結成冰的時候，體積可以膨脹，可提供空間;冰融化成水的時候，彈性又可恢復。從而提高了混凝土的抗凍性。

混凝土路面的耐久性能等受到影響，主要是因混凝土內部孔隙的結構所導致，而在混凝土里面摻入橡膠粉，可以改善混凝土的內部孔隙結構等，從而提高了耐久性能。

橡膠顆粒和普通混凝土進行比較，它屬于熱的不良導體，因此它土具有導熱的相對速度比較慢、溫度的系數也相對比較低、摻量越大，導溫的速度就越慢，溫度系數就越低等等特點，有利于混凝土路面的隔熱，從而在最大程度上減少混凝土路面，因外界的溫度導致路面變形、開裂等問題[10]。

四、橡膠混凝土路面的應用前景

現階段人們對水泥混凝土路面的強度高低的要求越來越高，從而導致橡膠混凝土的大范圍應用和發展受到了限制。因此，如果要使用橡膠混凝土，首先就需要控制好橡膠顆粒的摻量以及改性劑[11]。此外，在修剪道路的工程中，使用橡膠顆粒，還可以從其他方面嘗試，例如人行道、鐵路軌枕等方面，可以根據混凝土的前度登記，選擇適量的橡膠顆粒個改性劑，大規模摻入橡膠顆粒使用的實現，會有比較好的應用前景。

五、結論

目前，我國在對廢舊橡膠顆粒用于水泥混凝土路面中，還屬于剛剛起步的階段，主要研究是對橡膠顆粒的強度、耐久性能等方面，對于宏觀、微觀性能的研究相對比較少[12]。因此，應用橡膠混凝土的首要條件就是，完善并建立理論體系以及研究方法，這才是能夠解決橡膠顆粒在水泥土路面應用中，存在的根本問題。它對深入的研究有著十分重要的科學、實際應用的價值。

參考文獻

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