改性方式对橡胶混凝土力学性能的影响

杨春峰，杨 敏，叶文超

（沈阳大学a.建筑工程学院；b.辽宁省环境岩土工程重点实验室，辽宁沈阳 110044）

改性方式对橡胶混凝土力学性能的影响

杨春峰a，b，杨 敏a，叶文超a

（沈阳大学a.建筑工程学院；b.辽宁省环境岩土工程重点实验室，辽宁沈阳 110044）

针对近年来国内外学者通过试验研究表面改性后的橡胶对混凝土力学性能的影响，在综述已有研究成果的基础上，总结了水洗、无机溶液浸泡、有机溶液清洗和有机聚合物润湿等多种表面改性处理方式对混凝土强度的影响规律，分析了不同改性方式的优缺点，提出了改性处理研究存在的问题，以供相关研究参考.

废旧橡胶；橡胶混凝土；改性；力学性能

废旧橡胶混凝土（Crumb Rubber Concrete，简称CRC），即是把废旧橡胶制成不同粒径掺加到普通混凝土中所形成的一种新型复合材料，它既解决了废旧橡胶的循环利用和无污染的消化处理，又提高了混凝土的综合性能.经过大量的试验研究表明［1-6］，橡胶混凝土相对于普通混凝土具有质量轻、弹性好、韧性高、延性好、抗冲击性好、阻尼性好、抗冻性能好等优点，但是其强度降低.

为了减小橡胶混凝土的强度降低，国内外很多学者提出了不同的改性处理方式，主要包括：水、无机溶液、有机溶液、有机乳液、橡胶表面清洗剂、混合试剂等预处理橡胶的方式，以及直接在橡胶混凝土中添加能够增强橡胶与水泥砂浆的粘结剂或掺合料等改性措施.本文通过综述国内外有关不同改性处理方式对橡胶混凝土力学性能的影响的研究状况，总结了改性处理对废旧橡胶混凝土力学性能的影响规律，综合分析了不同改性处理方式的优缺点，提出了改性处理研究存在的问题和未来研究方向.

1 研究现状

1.1 国外研究现状

自20世纪90年代初期，以美国为代表的西方发达国家就开始了橡胶混凝土的试验研究，为了减少橡胶混凝土的强度降低，研究者们提出了水洗、NaoH溶液浸泡、CCl4溶液润湿等预处理橡胶的改性方式.

Eldin等试验研究了用水浸泡橡胶的预处理方式对混凝土抗压强度的影响.结果表明：相对于未处理的橡胶混凝土，经改性处理的橡胶混凝土抗压强度提高了16%［7］.

Segre等试验研究了用NaoH的饱和溶液浸泡橡胶颗粒的改性处理对混凝土力学性能的影响.结果表明：相对于未改性的橡胶混凝土，经改性处理的橡胶混凝土抗压、抗折强度均得到很大提高，其耐磨性接近于普通混凝土［8］.

Palos等试验研究了用马来酸酐改性处理橡胶对钢筋混凝土抗压强度和钢筋粘结力的影响.结果表明：当橡胶掺入质量分数为8%～25%时，经改性处理后的橡胶混凝土构件明显提高了砂浆与钢筋的粘结强度［9］.

Rostami等通过试验研究了用水、四氯化碳溶液对废旧橡胶进行预处理对混凝土强度的影响.结果显示：相对于基准混凝土，用水清洗的橡胶粉混凝土抗压强度提高了16%，用四氯化碳溶液处理的橡胶粉混凝土抗压强度提高了57%.结果表明：预处理方式有助于减少橡胶混凝土的强度降低程度，且四氯化碳溶液的改性效果明显优于清水的改性效果［10］.

Rafat Siddique等试验研究发现用氧氯化镁水泥做粘结料时，相对于普通水泥的橡胶混凝土，该种橡胶混凝土的抗压、抗折、抗劈裂、抗拉强度均有很大程度的提高［11］.

1.2 国内研究现状

国内以天津大学的朱涵等为代表的学者于20世纪90年代末期开始研究橡胶混凝土，在国外研究的基础上，进一步提出了各种偶联剂、混合试剂等改性处理废旧橡胶的方式以减小橡胶混凝土的强度降低.

马一平等通过试验研究了用γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲基硅烷、双-（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物、乙烯基三乙氧基硅烷三者为主组成的复合试剂改性处理废旧橡胶对混凝土力学性能的影响.结果显示：通过对橡胶颗粒进行表面改性处理，与未改性橡胶混凝土相比，5d龄期时，当掺入质量分数为15%～60%橡胶时的改性橡胶混凝土抗压强度可提高11%～40%，抗折强度可提高13%～39%；35d龄期时，当掺入质量分数为30%橡胶时的改性橡胶混凝土韧性可提高31%.即表明该种复合试剂的改性效果比较好，且随着龄期的增长，改性效果更明显［12］.

郑梨娟等试验研究了NaOH溶液和马来酸酐不同改性处理的废旧橡胶对混凝土力学性能的影响.结果显示：经NaOH溶液改性和马来酸酐改性的橡胶混凝土28d抗折强度分别提高了11.4%、5%，折压比分别提高了14.3%、9.5%，粘结强度分别提高了3%、16%.即表明NaOH溶液改性效果优于马来酸酐［13］.

刘日鑫等通过试验研究了KH550改性、NaoH溶液改性橡胶混凝土的冲击韧性和应变.结果显示：相对于未改性处理的橡胶混凝土，当橡胶掺入质量分数为8%时，KH550改性、NaoH溶液改性橡胶混凝土的冲击韧性分别提高了54%和16%，最大应变分别提高了3.3倍和1.3倍.即表明KH550改性效果优于NaoH溶液［14］.

大连理工大学的赵丽妍和王宝民等通过用质量分数为3%的NaoH溶液浸泡橡胶粉4h，然后用清水反复冲洗，最后自然晒干等预处理方式试验研究了改性前后橡胶混凝土的抗压强度变化.结果显示：当橡胶粒径为150目，掺入质量分数分别为1%、2%、3%时，相对于未改性的橡胶混凝土，改性后的橡胶混凝土的抗压强度分别提高了0.9%、-0.9%、0.1%.即表明这种预处理方式对细橡胶混凝土的抗压强度改变并不明显［15］.

刘日鑫等通过试验研究了KH550改性、NaoH溶液改性橡胶混凝土的力学性能的影响.结果显示：相对于未改性处理的橡胶混凝土，当橡胶掺入质量分数为10%时，KH550改性、NaoH溶液改性橡胶混凝土28d的抗压强度分别提高了9.98%、4.75%，抗折强度分别提高了13.33%、5.0%；当橡胶掺入质量分数为20%时，KH550改性、NaoH溶液改性的橡胶混凝土28d的抗压强度分别提高了16.87%、5.22%，抗折强度分别提高了29.95%、4.95%.即表明KH550改性效果优于NaoH溶液；且当橡胶掺量越大，对抗压的改性效果更明显，而对抗折的改性效果没什么影响［16］.

北京工业大学的韩兆兴和李悦等通过试验研究了用硅烷改性的苯丙聚合物乳液、硅烷偶联剂KH-550、普通苯丙聚合物乳液三种改性剂预处理对橡胶混凝土抗冲击性能的影响.结果显示：经改性预处理后的橡胶混凝土的抗冲击性能较未改性处理的均有明显提高，其中硅烷改性的苯丙聚合物乳液预处理的效果最显著，当橡胶掺入质量分数为30%时，掺粗粒橡胶、掺细粒橡胶的混凝土梁的抗弯冲击韧性指标分别为基准混凝土的2.1倍和1.8倍.即表明硅烷改性的苯丙聚合物乳液的改性效果最好，对粗粒橡胶的改性效果优于细粒橡胶［17］.

刘娟红等试验研究了表面处理的橡胶颗粒对混凝土力学性能的影响.结果显示：当橡胶掺量为10%时，未经处理的橡胶颗粒混凝土的抗压强度降低了22%，抗折强度降低了28%，而经表面处理的橡胶颗粒对混凝土的强度影响不大；当掺入质量分数为10%、15%、20%时，经过表面处理的橡胶颗粒混凝土构件的阻尼比比普通混凝土分别提高了11%、34%、35%；当掺入质量分数为15%经表面处理的橡胶颗粒时，混凝土的弹性模量降低了13%.即表明随着橡胶掺入量的增大，改性效果更明显［18］.

管学茂等试验研究了双-（3-三乙氧基烷丙基）-四硫化物偶联剂（Si-69）和自制的偶联剂（AC）改性处理废旧橡胶对混凝土抗压强度的影响.结果显示：相对于未改性处理的橡胶混凝土，经Si-69改性处理的橡胶混凝土7d和28d的抗压强度分别提高了21.0%、37.7%，经AC改性处理的橡胶混凝土7d和28d的抗压强度分别提高了39.5%、56.9%.即表明AC改性效果优于Si-69，且随着龄期的增长，改性效果更明显［19］.

管学茂等试验研究了Si-69偶联剂预处理橡胶对混凝土的抗压强度的影响.结果表明：相对于未改性处理的橡胶混凝土，当橡胶掺入质量分数为3%时，经改性处理的细橡胶粉、粗橡胶粒混凝土的抗压强度分别提高了29.14%、26.44%；当掺入质量分数为10%时，经改性处理的细橡胶粉、粗橡胶粒混凝土的抗压强度分别提高了5.37%、24.12%.即表明当橡胶掺量越大，改性效果更明显，且对粗橡胶颗粒改性效果优于细橡胶粉［20］.

武卫梨等试验研究了不同用量的KH550和Si-69偶联剂改性处理的废旧橡胶对混凝土力学性能的影响.结果显示：在一定的范围内，随着偶联剂用量的增加，橡胶混凝土的拉伸强度、扯断伸长率均逐渐增大，且在KH550用量（质量分数）为1.5%时出现转折点，Si-69偶联剂在1.0%时出现转折点.即表明在一定范围内，随着偶联剂用量的增大，改性效果增强，超过该范围，改性效果减弱［21］.

2 改性处理对废旧橡胶混凝土力学性能的影响规律

研究结果表明，不同的橡胶粒（粉）经表面改性处理方式后均在一定程度上提高了混凝土的强度，但在施工工艺、处理成本和环境影响等方面有所差异，表1列出了现有改性处理方式的对比情况，以供工程实践参考应用.

表1 不同改性方式的优缺点Table 1 Advantages and disadvantages of different modification methods

根据国内外学者试验研究结果可以总结出如下规律：

（1）经改性处理的橡胶混凝土相对于未改性处理的橡胶混凝土强度均呈现不同程度的提高，改性效果由好到差的顺序为：有机聚合物、有机溶液、无机溶液、清水；

（2）当橡胶掺量越大，改性效果更明显，且对粗橡胶粒的改性效果优于细橡胶粉；

（3）随着龄期的增长，改性效果更明显；

（4）在一定范围内，随着偶联剂用量的增大，改性效果增强，超过该范围，改性效果减弱；

（5）经改性处理的橡胶混凝土相对于未改性处理的橡胶混凝土，其弹性、韧性、延性、抗冲击性均出现很大程度的提高，且效果优于强度的提高程度；

（6）采用各类型的试剂或溶液改性处理橡胶颗粒，虽然强度等一些性能有很大提高，但同时它们的残留物对混凝土试件的危害也是很大的.用水洗，也能在一定程度上提高橡胶混凝土的强度，且该方法操作简便，成本低廉，因此适合实际工程的应用.

3 研究存在的问题

（1）改性试剂的浓度和用量、橡胶颗粒的浸泡时间等因素对改性效果的影响还有待进一步探讨；

（2）应深入研究各种改性试剂的残留物对混凝土性能的不利影响和对生态环境的影响；

（3）不同改性处理方式的经济性和工程可操作性应进一步明确；

（4）有机溶液或乳液的改性机理有待开展深入研究.

4 结 语

对废旧橡胶进行改性处理是必要的，但是也应该从经济的角度和材料性能方面，提出适合橡胶混凝土实际工程应用的综合改性方式.不能一味追求改性效果的提高，而忽略经济成本和改性试剂所带来新的不利因素，应该为努力推进废旧橡胶混凝土成为一种新型的、生态的、经济的复合材料而不懈努力.

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Influence of Modification to Mechanical Properties of Waste Rubber Concrete

YANG Chunfenga，b，YANG Mina，YE Wenchaoa

（a.Architectural and Civil Engineering College；b.Key Laboratory of Geoenvironmental Engineering of Liaoning Province，Shenyang University，Shenyang 110044，China）

Based on the existing research results，the influence of the strength of concrete by different methods of surface modification was summarized，such as water washing，soaking in inorganic，cleaning by organic solvent and wetting by organic polymers and other methods.The advantages and disadvantages of different methods were analyzed，and the existing problems in the study of modification were proposed，which provided reference for relevant research.

waste rubber；rubber concrete；modification；mechanical properties

TU 528

A

1008-9225（2012）03-0078-04

2011-12-13

辽宁省自然科学基金资助项目（201102153）；沈阳市科技局基金项目（1081237-1-00）.

杨春峰（1973-），男，辽宁沈阳人，沈阳大学副教授.

祝 颖】