废旧橡胶粉在水泥混凝土路面中的应用研究

・４・　北　方　交　通　２０１ｌ　废１日橡胶粉在水泥混凝土路面中的应用研究　李野，田　帅，李伟峰，丁明鹤　１１４０５１）　（辽宁科技大学资源与土木５１２程学院，鞍山摘要：综述了废旧橡胶粉在水泥混凝土路面的研究进展和应用前景。研究表明：在水泥混凝土路面中，废旧　橡胶粉适宜低掺量，宜选择应用无机物做改性剂，废旧橡胶粉在水泥混凝土路面材料中有较大的应用空间。　关键词：废旧橡胶粉；水泥混凝土路面；低掺量；改性剂　中图分类号：Ｕ４６１．２１６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—６０５２（２０１１）０５一ｏｏｏ４—０３　水泥混凝土是道路工程建设中，应用最广泛、用　程混凝土的抗冻性。　１．４耐久性　量最大的建筑材料之一，高强、高耐久性以及低重混　凝土是人们追求的目标。研究表明，将废旧轮胎磨　碎成橡胶粉掺加到水泥混凝土路面中，不仅有助于　消除“黑色污染”，而且对改善水泥混凝土材料的脆　混凝土内部的孔隙结构是影响混凝土耐久性能　和其他性能的主要因素，掺人适量的橡胶粉可以改　善混凝土的孔隙结构，增加混凝土的密实度，从而提　高混凝土的耐久性。　１．５　隔热性　性、密度、吸声隔热性能、抗冲击性能和抗裂性能都　具有积极意义。　１　路用橡胶混凝土的特・陛　与普通混凝土相比，由于橡胶颗粒是热的不良　导体，因此橡胶混凝土的导温速度慢，温度系数小，　且掺量越大，橡胶混凝土的导温速度越慢，导温系数　越小，对路用混凝土隔热性是有利的，可以减小外界　温度突变导致混凝土的过大变形及开裂问题。　２路用橡胶混凝土的研究现状　２．１　路用橡胶混凝土抗压强度研究　橡胶颗粒的温度线膨胀系数与普通混凝土接　近，将其掺人混凝土中具有和钢筋共同协调的工作　条件，路用橡胶粉混凝土的特性体现在以下几个方　面：　１．１抗裂性　橡胶颗粒表面粗糙、不透水且富有弹性，与水泥　浆体的粘结形态好，能在混凝土内部形成分布较为　均匀的可伸缩颗粒群，降低混凝土的弹性模量，提高　变形能力。在混凝土因水化和干燥产生收缩变形　时，橡胶颗粒能够吸收部分收缩能量，从而减小收缩　橡胶混凝土是一种多相、复杂的复合材料，在应　力作用下，最先出现裂纹的是橡胶颗粒与水泥基体　相接的界面处，并沿着集料界面扩散到水泥基体中，　使橡胶混凝土发生结构破坏，橡胶颗粒与水泥基体　界面状态是确定橡胶混凝土结构好坏的关键和基　应力，推迟开裂时间；在混凝土弯曲过程中，橡胶颗　粒不仅像众多小弹簧那样承受部分弯曲荷载，而且　还会阻止微裂缝的扩展，延缓新裂缝的出现，从而提　础。因此，若干关于橡胶混凝土性能的研究都是从　抗压强度方面人手，通过橡胶粉对混凝土的抗压强　高变形能力，并表现出显著的延性破坏特征。　１．２韧性和抗冲击性　度降低值的研究来确定橡胶粉的适宜掺量，路用橡　胶粉混凝土研究也不例外。　Ｈｅｍａｎｄｅｚ—Ｏｌｉｖａｒｅｓ等试验证明在水泥基中掺　具有弹性性能的橡胶颗粒，能填充混凝土的空　隙，在混凝土受力时能负担并缓冲一部分应力，且约　束微裂缝的发展，从而改善混凝土路面的韧性和抗　冲击性能。　１．３抗冻性　加体积为５％的橡胶粉，材料的强度有降低，但降低　幅度不明显…。ＫｈａｔｉｐＺＫ等试验得出，随着橡胶粉　掺量的增加，混凝土的抗压强度会显著下降，橡胶粉　掺量超过一定时，对强度的影响明显下降　Ｊ。贾峰　等由试验得出掺人橡胶粉５％左右对水泥混凝土的　力学性能影响不大　Ｊ。黄琼念等试验研究得出，当　橡胶粉掺量不大于３．５％时，橡胶粉水泥混凝土的　具有弹性性能的橡胶颗粒，在｝昆凝土内部的广　泛分布，为水结成冰时体积膨胀提供了空间，当冰融　化成水时，橡胶颗粒产生弹性回复，从而提高道路工　第５期　李野等：废旧橡胶粉在水泥混凝土路面中的应用研究　２．３路用橡胶混凝土的相关性能研究　・５・　抗压强度略有降低，但还能满足设计要求，橡胶粉掺　量为３％一３．５％时，橡胶粉水泥混凝土的路用性能　强度研究：研究表明，橡胶颗粒的掺人会显著影　响混凝土的抗压、抗折和劈裂抗拉强度，特别是抗压　强度；随着橡胶粉掺量增加，强度下降更大，掺量与　下降值之间没有线性关系。其中，胶粉粒径对橡胶　混凝土的抗压强度影响较大，４Ｏ目橡胶粉强度降低　最好＿４　Ｊ。韩吉禄等研究得出，橡胶粉的掺人使混凝　土的强度显著降低，但掺量小于５％时抗压强度曲　线下降比较平缓　Ｊ。周梅等研究得出，橡胶粉掺量　超过８．９％强度明显降低　Ｊ，张亚梅等试验研究得　到，橡胶粉在掺量２％～４％下，每掺人１％（体积　值最小；掺量不变，水灰比越小，抗压强度降低值越　比），抗压强度下降约４％～８％ｌ７　Ｊ。从众多学者得　出的结论可以看出：橡胶粉低掺量（体积比＜５％）　是保持路用橡胶混凝土优良性能的前提，只有低掺　量下强度降低幅度值最小。　２．２路用橡胶混凝土橡胶粉改性剂研究　由于橡胶表面为憎水性，与无机胶凝材料不浸　润，因此橡胶颗粒与水泥基体的界面结合较为脆弱，　降低了混凝土的强度。本文通过文献调查　，得　出不同状况下橡胶粉改性剂对橡胶混凝土抗压强度　提高值统计表，见表１。　表１　橡胶粉改性剂对橡胶混凝土抗压强度提高值统计表　材料改　度　从表１可以看出，橡胶粉改性剂大体分为三类，　即无机改性剂、有机改性剂、偶联剂。从数据上看，　硅烷偶联剂适用于橡胶粉中等掺量和高掺量时改性　情况，不适于路用橡胶混凝土低掺量改性情况；ＣＣ１４　有机改性剂和ＮａＯＨ溶液无机改性剂也是如此，同　样不适用于路用橡胶混凝土低掺量改性情况；而固　态ＮａＣ１和ＮａＯＨ直接加入混凝土中，使３％橡胶粉　掺量的橡胶混凝土，强度提高了１０％～２７％，说明　无机改陛剂中固态无机盐、碱，适用于路用橡胶混凝　土低掺量情况，有一定的改性空间，但其改性工艺还　不成熟，需要继续研究和探索。综合表１，兼顾经　济、适用及环保的原则，路用橡胶混凝土宜选择无机　物做改性剂。　小；早期强度增长缓慢，后期强度增长较快；水中养　护的橡胶混凝土抗压强度低于标准养护下的强度；　掺用改性橡胶粉的混凝土强度下降幅度显著减小；　胶粉的表面改性工艺对强度的影响高于橡胶粉细度　的影响。橡胶混凝土的抗折强度随橡胶粉掺量的增　加而近似呈线性降低，其降低程度要低于抗压强度　的降低程度，从而印证了橡胶混凝土比普通混凝土　具有优越的抗裂性能。其中，橡胶粉掺量越高抗裂　性能越好；抗折强度随着水灰比的降低而增大，橡胶　混凝土路面，最佳水灰比应在０．３４～０．４５之间；经　过改性处理的橡胶混凝土，路面弯拉强度可达到　５．０ＭＰａ，基本满足高强低弹要求。橡胶颗粒使混凝　土劈裂抗拉强度降低较多，且颗粒粒径对劈裂抗拉　强度影响较大。所有研究都认为添加橡胶粉会降低　混凝土的弹性模量，其弹性模量随橡胶掺量的增加　和温度的升高而减小。　和易性研究：研究表明，振动成型过程中，橡胶　粉有上浮趋势，使胶粉分布不均匀；低掺量下有利于　改善拌和物的工作性，存在“滚珠作用”；４０目橡胶　粉介于砂与细粉砂之间，可充分填充混凝＝Ｅ，使坍落　度减小。　韧性及抗冲击性能研究：研究表明，掺入橡胶粉　的混凝土韧性及抗冲击性能增强，橡胶混凝土在峰　值荷载后还能继续工作，掺量１０％的混凝土比掺量　为５％的混凝土韧性低，原因是抗压强度的降低。　研究表明，弹性橡胶粉在混凝土中可显著增大混凝　土内部各质点的摩擦和能量耗散，明显提高混凝土　的阻尼性能。　耐久性研究：研究表明，橡胶粉能大幅度提高混　凝土的抗冻融性能，其影响与引气混凝土相当；橡胶　颗粒小的抗冻融性能比胶粒大的橡胶混凝土好；低　掺量下，混凝土的抗渗性能随着橡胶粉用量的增大　而提高；橡胶粉掺量５％～１０％，混凝土耐久性最　佳；橡胶粉掺量３％一３．５％，混凝土低温稳定性最　佳，路用性能最好；胶粉掺量１０％时，抗碳化性能较　好；橡胶混凝土的抗疲劳特性明显优于普通混凝土；　橡胶粉混凝土的抗磨耗性能比较优越。研究表明橡　・６・　北　方　交　通　２０１１　胶颗粒的掺人减小了混凝土的收缩，橡胶纤维的掺　量越多，开裂时间越晚，橡胶混凝土的温缩系数随橡　胶掺量的增加而减小。　隔热性能研究：用胶粉完全代替粗骨料，混凝土　的导热系数大大减小，它的导热系数约为普通混凝　土的６％，但它的抗压强度较小；低掺量和中等掺量　下，橡胶混凝土温差随时间变化的速度相差不大，大　于２４％以上时明显；冷却率明显小于普通混凝土；　橡胶粉不会对混凝土的热膨胀性产生太大影响。　３　路用橡胶粉混凝土的应用前景　［２］ＫＨＡＴＩＰ　Ｚ　Ｋ。ＢＡＹＯＭ　ＹＦＭ．Ｒｕｂｂｅｒｉｚｅｄ　Ｐｏｒｔｌａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｉｒｌａｓ　ｏｆ　ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９９，１１（３）：２０６—　２１３．　［３］贾峰，包惠明．橡胶粉水泥混凝土性能试验的研究［Ｊ］．混凝土，　２００７（９）：６９—７２．　［４］黄琼念，贾峰，杨胜坚，等．橡胶粉水泥混凝土路用性能及机理分　析研究［Ｊ］．人民长江，２００９（１６）：５８—６２．　［５］韩吉录，杜应吉．橡胶粉混凝土在大坝防渗墙中的应用初探［Ｊ］．　人民长江，２００９（１３）：２８—３Ｏ．　［６］周梅，朱涵，艾丽，等．橡胶微粒掺量对塑性混凝土性能的影响　［Ｊ］．建筑材料学报，２００９（５）：５６３—５６７．　［７］张亚梅，赵志远，陈胜霞，等．橡胶粉对混凝土在水和ＮａＣ１溶液　中抗冻性的影响［Ｊ］．混凝土，２００６（１１）：２４８—２５２．　水泥混凝土路面强度等级要求较高，导致橡胶　粉混凝土在此方向大范围推广应用时，会受到一定　的。但如果控制好橡胶粉低掺量及改性剂要　求，使用是没有问题的，可以推广。此外，橡胶粉混　凝土在道路工程中，还可以尝试以下几个方面的应　［８］马一平，刘晓勇，谈至明，等．改性橡胶混凝土的物理力学性能　［Ｊ］．建筑材料学报，２００９（４）：３７９—３８３．　［９］刘娟红，宋少民．表面处理的橡胶颗粒对混凝土阻尼性能的影响　［Ｊ］．北京工业大学学报，２０ｏ９（１２）：１６１９—１６２２．　［１０］李丽娟，陈智泽，谢伟峰，等．橡胶改性高强混凝土基本性能的　试验研究［Ｊ］．混凝土，２００７（５）：６０－６３．　用：如人行道、隧道仰拱、桥面铺装、公路分车道、伸　缩缝、铁路轨枕、叠合梁受压翼缘混凝土、预应力局　部构造等地方，根据其混凝土强度等级，选取橡胶粉　的适宜掺量及改性剂。特别是隧道仰拱，要求Ｃ２０　以上，仰拱填充，要求Ｃ１０以上，强度要求很低，可　［１１］李悦，王敏，隋晓明，等．界面改性剂对橡胶集料水泥砂浆强度　的影响［Ｊ］．武汉理工大学学报，２００８（６）：６３—６５．　［１２］赵文杰。张会轩．偶联剂对ＰＢ—ｇ—ＰＳ胶乳改性水泥砂浆性能　的影响［Ｊ］．混凝土与水泥制品，２０１０（４）：３—９．　［１３］ＮＥＩＬ　Ｎ　ＥＬＤＩＮ。ＡＨＭＥＤ　ＢＳＥＮＯＵＣＬ．Ｒｕｂｂｅｒ　ｔｉｒｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ａｓ　以在中等掺量甚至在高掺量范围内做文章，实现橡　胶粉的大规模掺用，会有较好的应用前景。　４结语　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　１９９３，５（４）：４７８—４９６．　［１４］Ｒｏｓｔａｍｉ　Ｌ，Ｓｉｌｖｅｍｔｒａｉｍ　ｚ．Ｕｓｅ　ｏｆ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｒｕｂｂｅｒ　ｔｉｅｓ　ｉｒｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　目前，国内外对废旧橡胶粉在水泥混凝土路面　［Ａ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｍｆｆｅｒｅｎｅｅ　ｏｎ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｃ］．　Ｌｏｎｄｏｎ，Ｕｎｉｔｅｄ　Ｋｉｎｇｄｏｍ：Ｔｈｏｍａｓ　Ｔｅｌｆｏｒｄ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ　Ｌｔｄ，２０００．３９　１　—中的应用研究刚处于起步阶段，其研究多集中于强　度、耐久性能、减震性能等使用性能方面，对宏观乃　３９９．　［１５］ＴＯＵＴＡＮＪＩ　Ｈ　Ａ．Ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｒｕｂｂｅｒ　ｔｉｅｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｉｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｏ　ｒｅ．　ｐｌａｃｅ　ｍｉｎｅｒａｌ　ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，　１９９６，１８（２）：１３５—１３９．　至微观性能系统研究较少；建立完善的理论体系和　试验研究方法，是解决废旧橡胶粉在水泥混凝土路　面应用中存在问题的根本，因此，对该体系进行深入　系统的理论和应用研究有着重要的科学和实际应用　价值。　参考文献　［１］Ｆ．，ＢＡＲＬＵＥＮＧＡ，Ｇ．，ＢＯＬＬＡＴＬ　Ｍ，Ｗｉｔｏｓｚｅｋ，Ｂ．Ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｄｙ—　ｎａｍｉｃ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｔｉｒｅ　ｒｕｂｂｅｒ—ｆｉｌｌｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｌ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ。２００２。３２（１０）：１５８７—１５９６．　［１６］Ｐａｉｎｅ　Ｋ　Ａ，Ｄｈｉｒ　Ｒ　Ｋ，Ｋｏｐａｓａｋｉｓ．Ｕｓｅ　ｏｆ　ｃｒｕｍｂ　ｒｕｂｂｅｒ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｆｒｅｅｚｅ　ｔｈａｗ　ｒｅｓｉｓｔｉｎｇ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ａ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｏｒ　Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｃ］．Ｌｏｎｄｏｎ，Ｕｎｉｔ—　ｅｄ　Ｋｉｎｇｄｏｍ：Ｔｈｏｍａｓ　Ｔｅｌｆｏｒｄ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ　Ｌｔｄ。２００２，４６８—４９８．　［１７］Ｎａｄｉａ　Ｓ，Ｐａｕｌｏ　Ｊ　Ｍ，Ｇａｒｒｉｓｏｎ　Ｓ．Ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｉｒｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｒｃｙ—　ｃｌｅｄ　ｔｉｅ　ｒｕｂｂｅｒｒ　ｔｏ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｃｅｍｅｎｔ　ｐａｓｔｅ　ｍａｒｘ『Ｊ１．Ｊ　ｏｆ　Ｃｏｌｌｏｉｄ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　２００２．２４８：５２１～５２３．　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｗａｓｔｅ　Ｒｕｂｂｅｒ　Ｐｏｗｄｅｒ　ｉｎ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｒｕｂｂｅｒ　ｐｏｗｄｅｒ　ｉｎ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ａｒｅ　ｇｅｎｅｒａｌｌｙ　ｓｔａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ，ｉｔ　ｉｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｏ　ａｐｐｌｙ　ｌｏｗ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ａｐｐｌｙ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅ　ａｓ　ｍｏｄｉｆｉｅｒ　ｆｏｒ　ｗａｓｔｅ　ｒｕｂｂｅｒ　ｐｏｗｄｅｒ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｗｉｄｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｍａｔｅｒｉａ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｗａｓｔｅ　ｒｕｂｂｅｒ　ｐｏｗｄｅｒ；Ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ；Ｌｏｗ　ｃｏｎｔｅｎｔ；Ｍｏｄｉｆｉｅｒ