廢舊輪胎鋼纖維混凝土技術研究綜述

鐘春玲 萇路遙 張云龍 王靜

（1吉林建筑大學經(jīng)濟與管理學院吉林，長春 130118；2吉林建筑大學交通科學與工程學院，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)計局數(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用到纖維混凝土中有很大的研究前景。

國內外學者對鋼纖維的研究和應用最為廣泛，鋼纖維混凝土的力學性能提高較為明顯，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件中。近年來，國內外對廢舊輪胎中的鋼絲進行回收和粉碎，制成鋼纖維，應用于混凝土材料中，改善了混凝土的物理力學性能。但從廢舊輪胎回收的廢鋼纖維，由于形狀、長度、粗細不同，還含有少量橡膠粒子，對混凝土的應用研究顯示出一定的差異。目前國內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、力學性能、長徑比等幾個方面做重點研究。

1 廢舊輪胎鋼纖維混凝土的可行性

Al-Tikrite[1]認為從廢棄輪胎中回收的廢鋼纖維是一種很有前途的結構材料，可以完全或部分替代RPC中的工業(yè)鋼纖維；AntonioCaggiano[2]的研究結果進一步證實了以往從廢輪胎中提取的鋼纖維在纖維增強混凝土方面的研究具有良好的應用前景。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，而相關力學性能不會顯著下降。廢舊輪胎鋼纖維替換工業(yè)鋼纖維在纖維混凝土的運用中很有前景。

2 廢舊輪胎鋼纖維的可替換性

Enzo[3]認為，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]認為從廢棄輪胎中回收的鋼纖維是一種很有前途的結構材料，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]認為廢舊輪胎鋼纖維的摻入會導致混凝土的工作性能下降；M.A.Aiello[6]認為廢舊輪胎鋼纖維對流動性影響很大，使用傳統(tǒng)攪拌機允許最大體積摻量不高于0.26%，使用行星式攪拌機不高于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性能的影響，指出適量的廢舊輪胎鋼纖維對水泥基復合材料的延展性和韌性有一定的影響；A.S.M.Abdul Awal[8]認為再生鋼纖維被發(fā)現(xiàn)可以提高混凝土的整體強度，與抗壓強度相比，劈裂抗拉強度和抗彎強度的提高更為顯著。還指出長徑比為l/d=67時混凝土抗拉和抗壓強度達到最大值；?ngela G.Graeff[9]認為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，拉伸強度為1100N/m。再生纖維是從消費后的輪胎中通過機械處理得到的，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性能

Juan Yang[10]認為與工業(yè)用鋼纖維相比，再生鋼纖維對UHPC的劈裂拉伸強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遠高于無橡膠再生鋼纖維；H.Tlemat[11]等認為用含量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。運用SRSF的混凝土可用于需要高抗微裂紋能力的應用場合；朋改非[12]認為對UHPC的劈拉強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度和劈拉強度也逐漸提高，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，三點切口梁斷裂韌度較素活性粉末混凝土無明顯改善，當摻量為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)鋼纖維對增強活性粉末混凝土強度、韌性指標、斷裂力學參數(shù)，發(fā)現(xiàn)，較高摻量的廢舊輪胎鋼纖維可以達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、增韌和阻裂作用。在活性粉末混凝土工程應用中，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度的增長略遜與工業(yè)鋼纖維，但差別很小。因此，從抗折強度來講，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度與工業(yè)鋼纖維的抗壓強度相差很小，后期強度甚至更好，因此就活性粉末混凝土抗壓強度來說，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性能，還可以降低造價，廢舊資源重新利用。

6 總結

廢舊輪胎中的鋼纖維被應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)濟性的，特別是高性能纖維混凝土，運用廢舊輪胎的高性能混凝土可節(jié)省本身成本的20%-45%，有利于高強和高性能混凝土的推廣和應用，將廢舊輪胎鋼纖維應用到混凝土中可以實現(xiàn)廢舊輪胎鋼纖維的資源化利用同時。然而，目前關于廢舊輪胎鋼纖維在混凝土中應用的研究還是很少，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。