探究废橡胶在水泥混凝土和沥青混凝土改性中的应用

李志军

（黑龙江工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050）

混凝土生产成本低、适应性强、应用方便、工艺简单，但作为一种脆性材料，强度性能强化始终都是其研究重点。橡胶材料难以自然降解，如何处理废旧橡胶资源是当前世界上非常严峻的课题，将废橡胶应用在水泥混凝土和沥青混凝土改性中，不仅可以改善混凝土强度缺陷，也实现了资源的可持续利用。

1 废橡胶的应用方式

废橡胶在水泥混凝土中的应用可以有效改善水泥、沥青混凝土的工作性能，让这两种混凝土可以得到更好的应用。混凝土由胶结材料、骨料、水组成，现阶段，包括：水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土、聚合物混凝土，作为土木工程材料之一，其本身具有非常较强的流动性、粘聚性、保水性，但在混凝土实际应用过程中，还需要得到进一步改善。将废橡胶应用在水泥混凝土和沥青混凝土中可以有效改善其性能，常见的应用方式有两种：第一，直接掺入。利用橡胶粉、橡胶颗粒代替粗骨料，可以有效降低橡胶混凝土的脆性，改善材料延性，根据试验来看，橡胶集料混凝土的弹性模量较优，不仅如此，极限拉应变也超过了基准混凝土，有效提高了韧性和抗疲劳性能。目前，很多公路施工团队都利用废旧橡胶轮胎颗粒代替胶粒，切实提高公路的抗裂性和耐久性，裂缝明显减少。第二，改性后掺入。改性后掺入可以进一步扩大橡胶粉在混凝土应用的范围，在实际发展过程中，将改性后的橡胶粒子加入到混凝土中，可以作为添加剂，根据不同工程强度控制加入量，能够有效满足公路路面的实际需求，改善路面品质，真正达到环保和工程双赢的结果。

2 废橡胶在不同混凝土改性中的应用

由上可知，废橡胶的加入可以改变沥青或者水泥混凝土中胶凝材料的含量，增加混凝土的延展性、抗疲劳性、变形能力等，但是在实际应用过程中，具体加入方式、工艺还需要进行深层次的研究分析。

2.1 高粘性改性沥青混凝土

沥青混凝土常用在公路路面，因此，其必须要具备优秀的路用性能，为车辆提供安全稳定、舒适优质的服务。高粘性改性沥青混凝土本身就具备高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗滑性、渗水性等性能，在制备过程中，不同废橡胶改性剂的掺入量会对性能产生不同的影响。根据实际试验结果来看，当废橡胶粉掺入量不变的情况下，改性剂掺入量逐渐增加，沥青混凝土的针入度就会随之降低。当废橡胶粉掺入量在8%、10%时，随着改性剂掺入量增加，沥青混凝土15℃延度有增有减，当废橡胶粉掺入量在12%、14%时，沥青混凝土15℃延度降低。经过全方面考虑，最终选定了改性剂和废橡胶粉的掺量分别为6%和10%。在150℃下，搅拌溶胀半小时；在190℃下，高速剪切乳化一小时；在150℃下，发育半小时。除了废橡胶粉之外，还加入了3%的萜烯树脂，以此满足性能需求。还要对高粘性改性沥青混凝土集料性能指标进行检测，以此确定矿料级配和高粘改性沥青混凝土的最佳油石比。以沥青混凝土公路的耐磨性为例，废橡胶的掺量越高、龄期越长，耐磨性也就越大，通过抗磨性试验所得到的结果来看，将高粘性改性沥青混凝土的石油比控制在4.01%左右，整体性能最优。在此基础上，该高粘性改性沥青混凝土已经基本满足技术规范需求，其空隙率、析漏损失、稳定度均满足规范技术要求，而且具有非常的稳定性[1]。

2.2 橡胶粉改性水泥混凝土

废橡胶不仅可以在沥青混凝土改性中应用，改性后还可以应用在水泥混凝土中，形成橡胶粉改性水泥混凝土。如果直接将废轮胎颗粒加入到水泥砂浆和混凝土中，在一定程度上会限制材料应用，可有使用改性剂来提高橡胶水泥混凝土的的抗疲劳特性和韧性。水泥混凝土本身的延性、抗冲击强度、抗疲劳性相对较差，但废旧橡胶颗粒的弹性较强，可以从根本上解决这一问题。想要将强度损失控制在最小范围内，同时又最大限度提高混凝土韧性，就要通过橡胶改性处理这一环节，利用偶联剂对橡胶颗粒进行预处理，这种处理方式会随着橡胶掺入量的增加，效果逐渐提高。根据疲劳实验前后的超声波速度和抗压强度变化数据来看，橡胶粉改性水泥混凝土的声速仅仅降低1.72%，强度方面橡胶粉改性水泥混凝土没有发生变化，因此可知，经过处理后橡胶粉改性水泥混凝土的强度虽然出现了一定程度的降低，但是抗疲劳特性明显优于普通水泥混凝土。不仅如此，还观察了微观结构，从微观结构来看经过偶联剂处理后的橡胶颗粒可以和水泥混凝土基体进行完美的结合，而没有经过改性处理的橡胶颗粒和基体之间存在大量裂纹，由此可知，橡胶粉改性水泥混凝土的抗压强度、延性、韧性都得到了不同程度的提高。除了上述几个方面的分析之外，物理力学的性能也得到了发展，混凝土的延性和韧性也得到了有效提高，没有出现离析、泌水现象。值得一提的是，经过处理后橡胶粉改性水泥混凝土在遭受破坏时，表现出了极强的变能力，并没有出现溃散，而是保持了原有形状，最为主要的是，在设计配合比时，要将橡胶体积控制在集料总体积的10%[2]。

3 结语

综上所述，混凝土的强度一直在不断改善，但近几年来，逐渐进入瓶颈阶段，废橡胶应用在水泥混凝土和沥青混凝土改性中的研究早在20 世纪后期就已经开始进行。通过本文对高粘性改性沥青混凝土和橡胶改性混凝土性能的分析，对废橡胶的应用有了全新的认识。