废旧轮胎钢纤维混凝土技术研究综述

钟春玲 苌路遥 张云龙 王静

（1吉林建筑大学经济与管理学院吉林，长春 130118；2吉林建筑大学交通科学与工程学院，吉林长春 130118）

0 引言

随着社会的发展，汽车拥有量逐年提升，汽车轮胎的产量也十分巨大，据国家统计局数据显示，，据不完全统计，2017年我国汽车轮胎总产量约为6.53亿条；废轮胎产生量约3.4亿条，重量超过1300万吨，并以每年约8%-10%的速度在增长。一条轮胎的平均寿命为5-6 年，如今，对于废旧轮胎的处理大多在废旧橡胶的回收利用，废轮胎中含有17%的钢丝被钢铁行业重新熔炼，而很少被用在其它用途上，故废旧轮胎中的钢纤维应用到纤维混凝土中有很大的研究前景。

国内外学者对钢纤维的研究和应用最为广泛，钢纤维混凝土的力学性能提高较为明显，但由于钢纤维价格大大提高了混凝土的造价，钢纤维混凝土只适用于部分有特殊要求的构件中。近年来，国内外对废旧轮胎中的钢丝进行回收和粉碎，制成钢纤维，应用于混凝土材料中，改善了混凝土的物理力学性能。但从废旧轮胎回收的废钢纤维，由于形状、长度、粗细不同，还含有少量橡胶粒子，对混凝土的应用研究显示出一定的差异。目前国内外对废旧轮胎钢纤维的研究主要在可行性、工作性能、可替换性、力学性能、长径比等几个方面做重点研究。

1 废旧轮胎钢纤维混凝土的可行性

Al-Tikrite[1]认为从废弃轮胎中回收的废钢纤维是一种很有前途的结构材料，可以完全或部分替代RPC中的工业钢纤维；AntonioCaggiano[2]的研究结果进一步证实了以往从废轮胎中提取的钢纤维在纤维增强混凝土方面的研究具有良好的应用前景。它们清楚地表明，只要废旧刚纤维具有足够的几何特性，工业钢纤维可以被等量（或略高）的废旧刚纤维替代，而相关力学性能不会显著下降。废旧轮胎钢纤维替换工业钢纤维在纤维混凝土的运用中很有前景。

2 废旧轮胎钢纤维的可替换性

Enzo[3]认为，工业纤维不能被等量的（未经加工的）再生钢纤维所取代，可用部分再生钢纤维取代工业纤维；Al-Tikrite[1]认为从废弃轮胎中回收的钢纤维是一种很有前途的结构材料，可以完全或部分替代RPC中的工业钢纤维；Ana[4]在混掺钢纤维混凝土中，用废旧轮胎钢纤维代替部分工业钢纤维，发现混凝土的力学性能没有很大的变化，并给出替换比例，这样的配合比可使混凝土每立方米节约33%。

3 废旧轮胎钢纤维混凝土的工作性能

龙秀海[5]认为废旧轮胎钢纤维的掺入会导致混凝土的工作性能下降；M.A.Aiello[6]认为废旧轮胎钢纤维对流动性影响很大，使用传统搅拌机允许最大体积掺量不高于0.26%，使用行星式搅拌机不高于0.46%。

4 废旧轮胎钢纤维长径比的影响

Antonio[7]研究了不同直径、长度、长径比的废旧轮胎钢纤维对力学性能的影响，指出适量的废旧轮胎钢纤维对水泥基复合材料的延展性和韧性有一定的影响；A.S.M.Abdul Awal[8]认为再生钢纤维被发现可以提高混凝土的整体强度，与抗压强度相比，劈裂抗拉强度和抗弯强度的提高更为显著。还指出长径比为l/d=67时混凝土抗拉和抗压强度达到最大值；Ângela G.Graeff[9]认为2%的长径比为1/54的工业纤维与6%的为3-11mm再生纤维具有相似的抗压性能和抗弯性能和抗腐蚀性。（所使用的工业纤维，称为I2C1/54，两端都有一个锥体，长径比为1/54，拉伸强度为1100N/m。再生纤维是从消费后的轮胎中通过机械处理得到的，90%的纤维长度在3-11毫米之间。

5 废旧轮胎钢纤维混凝土的力学性能

Juan Yang[10]认为与工业用钢纤维相比，再生钢纤维对UHPC的劈裂拉伸强度和断裂能的改善作用更为显著，且再生带橡胶钢纤维的改善程度远远高于无橡胶再生钢纤维；H.Tlemat[11]等认为用含量2%的长短不一、长度不同的钢纤维（SRSF）加固混凝土和用1.5%的工业钢纤维在性能方面是相似的。运用SRSF的混凝土可用于需要高抗微裂纹能力的应用场合；朋改非[12]认为对UHPC的劈拉强度和静弹性模量的影响程度：未附着橡胶颗粒废旧轮胎钢纤维钢纤维＞工业钢纤维＞附着橡胶颗粒的废旧轮胎钢纤维；

邓宗才[13]认为废旧轮胎钢纤维掺量在1.2%～3.0%之间时，混凝土工作性能良好；随着废旧轮胎钢纤维掺量的增加，活性粉末混凝土的抗压强度和劈拉强度也逐渐提高，废旧轮胎钢纤维能很好地改善活性粉末混凝土的韧性。为了提高活性粉末混凝土韧性，废旧轮胎钢纤维掺量应在3.0%左右。废旧轮胎钢纤维可显著改善活性粉末混凝土断裂能和断裂韧度，废旧轮胎钢纤维掺率为1.2%～1.8%时，三点切口梁断裂韧度较素活性粉末混凝土无明显改善，当掺量为2.4%时，活性粉末混凝土的断裂韧度显著提高。为了获得较好的断裂性能，纤维掺量应在2.4%左右。通过对比不同掺率的废旧轮胎钢纤维、工业钢纤维对增强活性粉末混凝土强度、韧性指标、断裂力学参数，发现，较高掺量的废旧轮胎钢纤维可以达到相对较低掺量的工业钢纤维对活性粉末混凝土的增强、增韧和阻裂作用。在活性粉末混凝土工程应用中，可以用废旧轮胎钢纤维替代部分或工业钢纤维；西南科技大学张荣华[14]对废旧轮胎钢纤维和镀铜工业钢纤维RPC的工作性能、基本力学性能和耐久性做了对比：两种纤维在敞亮相同的情况下，流动度相差不大；由于废旧轮胎钢纤维中存在一些短的、粗的纤维，两种纤维在相同掺量下，废旧轮胎钢纤维活性粉末混凝土对抗折强度的增长略逊与工业钢纤维，但差别很小。因此，从抗折强度来讲，利用废旧轮胎钢纤维来代替工业钢纤维是可行的，废旧轮胎钢纤维活性粉末混凝土的抗压强度与工业钢纤维的抗压强度相差很小，后期强度甚至更好，因此就活性粉末混凝土抗压强度来说，利用废旧轮胎钢纤维代替工业钢纤维是完全可行的。研究发现，废旧轮胎钢纤维活性粉末混凝土的抗氯离子侵蚀能力优于工业钢纤维；邓宗才[15]分别比较了两种不同形状的废旧轮胎钢纤维：波浪型和压纹型，研究发现：废旧轮胎钢纤维能较好的改善混凝土的脆性。波浪形和压纹型废旧轮胎钢纤维混凝土的断裂韧度提高了8.35倍和8.21倍。纤维掺量为1.7%的废旧轮胎钢纤维混凝土和掺量为0.7%的工业高强钢纤维混凝土韧性、断裂性能基本处于相同水平。波浪形废旧轮胎钢纤维的增韧阻裂性能优于压纹型废旧轮胎钢纤维。利用废旧轮胎钢纤维来替代常用的工业钢纤维不仅可以提高混凝土的基本力学性能，还可以降低造价，废旧资源重新利用。

6 总结

废旧轮胎中的钢纤维被应用到混凝土等水泥基材料中是可行的、有前途的。而且是经济性的，特别是高性能纤维混凝土，运用废旧轮胎的高性能混凝土可节省本身成本的20%-45%，有利于高强和高性能混凝土的推广和应用，将废旧轮胎钢纤维应用到混凝土中可以实现废旧轮胎钢纤维的资源化利用同时。然而，目前关于废旧轮胎钢纤维在混凝土中应用的研究还是很少，因此，研究利用废旧钢纤维制备高性价比的混凝土具有重要意义。