废旧轮胎胶粉混凝土的耐久性研究

李文鹏 郝占龙

1.威海建设集团股份有限公司，山东威海 264200；2.威海市凤林商砼有限公司，山东威海 264200

1 废旧轮胎胶粉在工程材料中的应用现状

我国是一个橡胶大国，早在21世纪初期，轮胎产量就高达1亿只，每年报废的轮胎重量约达140万t。一方面，我国在橡胶资源方面严重缺乏，另一方面我国每年都有约100万t的废弃橡胶未能得到充分利用，从而导致大量资源的浪费。且近年来我国汽车工业的飞速发展，导致废弃轮胎的生产量显著上升，“黑色污染”的危害较“白色污染”更严重、更难治理。

2 试验方法

2.1 试验原料

① 水泥选用P·O 40级水泥，其初凝时间为180min，通过煮沸法测定后发现水泥合格，满足GB-175-2007的水泥质量要求。

② 细料选用细度模数为2.8的河沙，表观密度为2400kg/m3；水采用普通自来水。

③ 橡胶粉采用橡胶颗粒厂通过切削法生产的废旧轮胎橡胶粉，目数分别为60、80目，表观密度约为1.00～1.04g/cm3。

2.2 试验方法

本次试验采用单因素分析方法，以确保废旧轮胎胶粉的细度、混合配比对混凝度力学影响的准确性，避免多个因素间的相互干扰。按照50、60、80、100目，0%、10%、、15%、20%、25%、30%的胶粉配比，配置12组橡胶粉混凝土。配置完毕后，分别对抗压强度、抗裂、抗冻等性能予以测试。

根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中的相关参数，评估抗压强度、抗冻性；抗裂性则参照《普通混凝土长期性能及耐久性能试验方法标准》，进行早期抗裂性能分析；而韧性试验则参照弯曲韧度指数（美国ASTMC1018） 进行评估。

3 试验结果

3.1 混凝土抗裂性能对比 （见图1）

图1 不同掺量对应的混凝土单位面积开裂数对比

按照胶粉目数划分为A、B、C、D，分别对应50、60、80、100目数；分析结果发现，在一定范围内，随着胶粉比例的增加，混凝土单位面积的开裂数量也随之下降，证实胶粉加入到混凝土中，有利于混凝土抗裂性能的提升。详情如图1所示。

掺量在15%时，单位面积的裂缝条数仅为混凝土的1/4；随着细度增加，混凝土的裂缝条数也有明显下降。故认为，胶粉掺量基本一致时，混凝土裂缝数量会随着胶粉细度的增高而有所下降，但裂缝宽度则随着胶粉细度的提升而变宽。

3.2 混凝土韧性强度对比

在计算韧度指数时，一般会取混凝土在完全断裂时的应力曲线所包围的面积与初始开裂点间曲线包围的面积比值。经计算可知，在胶粉细度一致的情况下，随着胶粉配比的上升，混凝土韧性指数近似呈线性增大，当混凝土掺入比例达到30%，A的韧性指数较0胶粉掺入时上升了近30%；当胶粉混合比例不变的情况下，废旧轮胎胶粉的细度提升也促进了混凝土韧性的提升，尤其是在配比不超过15%的情况下，相较于细度提升，胶粉掺入比例提升对于混凝土韧性的提升作用有显著提升。详情如图2所示。

图2 不同目数胶粉与混凝土韧性的关联性分析

3.3 混凝土抗压强度对比

混凝土抗压强度随着胶粉的混合配比的上升而表现出下降趋势，且在相同配比的情况下，胶粉细度越大，混凝土强度越低，且这一变化规律随着配比的不断提高而变大。当配比达到15%，100目胶粉的混凝土强度与50目胶粉相比下降约20%，当配比达到30%，这一强度变化值高达约50%。详情如图3所示。

图3 不同目数胶粉与混凝土抗压强度的对比分析

3.4 混凝土抗冻性能对比

胶粉细度、胶粉配比与混凝土抗冻性能的关联性如图4所示。当胶粉细度不变的情况下，混凝土的极限抗冻次数随着胶粉配比的增加表现出先上升后下降的趋势。在胶粉配比为15%的情况下，混凝土的抗冻性能较0配比胶粉的混凝土可提高约60%以上；而当配比超过15%这一阈值，则混凝土的抗冻极限次数随之下降显著，且当胶粉配比超过20%，混凝土的抗冻极限次数甚至还不如0配比胶粉的混凝土。

图4 不同目数胶粉与混凝土抗冻性能对比分析

4 试验结论分析

本次研究针对废旧轮胎胶粉掺入混凝土中、对混凝土耐久性的影响，希望能研究日益增多的废旧轮胎胶粉在混凝土材料中的应用效果，同时也希望在应用胶粉后能有效改善混凝土材料的韧性、抗冻性等性能。

4.1 抗裂性能

通过单因素分析方法，发现胶粉目数及配比对混凝土抗裂性能有显著影响，在一定范围内，随着胶粉比例的增加，混凝土单位面积的开裂数量也随之下降。掺量在15%时，单位面积的裂缝条数仅为混凝土的1/4；随着细度增加，混凝土的裂缝条数也有明显下降。且胶粉掺量基本一致时，混凝土裂缝数量会随着胶粉细度的增高而有所下降，但裂缝宽度则随着胶粉细度的提升而变宽。

4.2 韧性强度

在胶粉细度一致的情况下，随着胶粉配比的上升，混凝土韧性指数近似呈线性增大。当胶粉的掺入比例达到30%，混凝土韧性指数较0胶粉掺入时上升了近30%；当胶粉混合比例不变的情况下，废旧轮胎胶粉的细度提升也促进了混凝土韧性的提升。

4.3 抗压性能

混凝土抗压强度随着胶粉的混合配比的上升而表现出下降趋势，且在相同配比的情况下，胶粉细度越大，混凝土强度越低，且这一变化规律随着配比的不断提高而变大。当配比达到15%，100目胶粉的混凝土强度与50目胶粉相比下降约20%。

4.4 抗冻性能

当胶粉细度不变的情况下，混凝土的极限抗冻次数随着胶粉配比的增加表现出先上升后下降的趋势。当配比超过15%这一阈值，则混凝土的抗冻极限次数随之下降显著，当胶粉配比超过20%，混凝土的抗冻极限次数甚至还不如0配比胶粉的混凝土。

5 结语

胶粉应用于混凝土中的前景广阔，但本次研究中针对材料耐磨性的研究尚缺乏实践应用效果。因此今后在研究中，应继续开展胶粉水泥混凝土抗渗性、抗侵蚀性的相关研究，加强对胶粉混凝土材料的隔热性能的研究，并不断总结胶粉应用于混凝土材料中的关键操作点及难点问题，以便为今后混凝土性能的提升与改善，创造更有利的理论基础。

[1] 袁群, 冯凌云, 袁宾, 等.橡胶颗粒粒径和掺量对混凝土性能的影响[J].人民黄河, 2013（2） ：111-113.

[2] 张克.改性橡胶再生粗骨料混凝土力学性能及抗冻性试验研究[J].硅酸盐通报, 2017（9） ：3105-3111,3118.