橡胶改性水泥混凝土（砂浆）的耐久性研究综述

林成远 等

摘要： 当前，由于橡胶在世界上的广泛使用，导致了大量的橡胶废料。从经济和生态优势来看，回收橡胶废料制造新材料（比如橡胶颗粒在水泥砂浆和混凝土的运用）是解决这个问题的最佳方案。先前已经有大量的研究已经进行或正在评估包含各种掺量的橡胶颗粒水泥复合材料的性能。本综述摘录了国内外对废旧橡胶混凝土的耐久性研究成果，全面分析了废旧橡胶混凝土在抗冻性、抗渗性、抗碳化性、抗氯离子渗透性、抗酸碱腐蚀性等特点，并集中概括了其中的改性原理。

Abstract： Recently， the rubber can be found its widespread application all over the world， which has led to huge quantities of rubber waste. Recycling of rubber waste to produce new materials like cement mortar and concrete appears as one of the best solutions for disposing of that in terms of its economic and ecological advantages. There have been research performed or are under way to evaluate the properties of cement-composites containing different proportions of rubber particles. This review summarizes the research on concrete containing waste rubber at home and abroad in terms of the durability and analyze rubber concrete on the characteristics of freezing resistance， impermeability， carbonation resistance， chloride ion penetration resistance， alkali corrosion resistance etc. conpresensively as well as summarize the corresponding modification mechanisms intensively.

关键词： 橡胶废料；集料；混凝土；水泥砂浆；耐久性

Key words： rubber waste；aggregate；concrete；cement mortar；durability performance

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）03-0064-02

0 引言

随着汽车工业的飞速发展，大量废橡胶的产生以及堆积已经构成严重的“黑色污染”。在中国橡胶的每年消耗量超过6亿多吨，预计这个数字在未来随着轮胎行业的发展会有大幅度增加。然而由于绝大多数轮胎不能被生物所分解，它们往往会被丢弃在垃圾场，随着时间的推移，他们在垃圾堆中也只会进行小范围的降解，因此会对环境造成持续危害。橡胶改性混凝土的细橡胶颗粒基本上来自于从废弃轮胎，经过机械破碎、研磨、除尘、洗涤等过程得到。一系列研究和实践证明，在沥青混凝土加入橡胶粉末是非常成功的。橡胶改性沥青具有良好的抗滑性能，减少路面疲劳，延长其使用寿命。然而，这项研究在橡胶改性水泥砂浆和混凝土中还不完全。研究表明，在抗渗性，抗冻融性等耐久性方面，橡胶改性水泥砂浆和混凝土相比于普通水泥砂浆和混凝土具有独特的优势。

1 耐久性

1.1 渗透性能 在混凝土耐久性中，渗透性是最有效的内在因素。一般来说，通过混凝土气孔的腐蚀性化学形态的渗透性是控制数项混凝土耐久性能的主要因素比如像吸水率、渗水率和氯离子渗透等测试经常进行。对于橡胶掺量与混凝土吸水性的关系，M.C.Bignozzi[1]在研究中发现，吸水率数值的增加表明孔隙度随着混合物中的橡胶相的出现而略微增加，他认为这可能是由于橡胶颗粒粒度分布和砂的差异和/或者橡胶改性混凝土的混合过程中较高的空气被困在混凝土中造成。因此他得出结论：相比于普通的自密实混凝土，自密实橡胶混凝土的孔隙率只有在大量橡胶相出现的情况下才会受到显著影响。

1.2 氯离子渗透性能 Nabil M. Al-Akhras[6]通过实验发现，空白对照组在28天的时候达到3200库伦（表明了较弱的抗氯离子渗透能力）。含5%和10%橡胶粉末的砂浆中的通过的电荷分别为870库伦和420库伦（相比于对照组砂浆显示较高的抗氯离子能力）。经过90天的湿法养护通过所有三种类型的砂浆的电荷减少。通过对照组砂浆的电荷减少到1875库伦，这大大高于含5%橡胶粉末的砂浆（520库仑）和含10%橡胶粉末的砂浆（350库仑）。欧兴进[7]指出橡胶颗粒能在一定程度改善混凝土的氯离子渗透性，且导电量随橡胶掺量增加而降低。在矿物功能材料（粉煤灰和GH矿粉）的强化效应（化学反应改善孔径分布并增强结合、吸附能力）、粉体效应（物理填充密实）及橡胶集料的气泡效应等因素“叠加”影响下，橡胶改性混凝土具有较强的抗氯离子渗透性能。这一点可以在未来的实验中进行广泛的研究。李丽娟[8]发现橡胶高强混凝土6h的总导电量处于100～1000库伦之间，氯离子渗透性非常低，属于抗渗性和耐久性均很高的混凝土。

1.3 收缩率 对于橡胶粒径对抗干缩率的影响，当橡胶掺量≤30％时，不同胶粒掺量的混凝土1-60d的收缩值均小于未掺加橡胶粒子的对比混凝土C0，表明掺加橡胶粒子有利于改善混凝土的干缩性能。砂浆在硬化养护的整个过程中所产生的干燥收缩还包括一部分化学收缩即水泥石的硬化。此时橡胶作为弹性材料自身能够抵抗收缩应力。进而使砂浆内部收缩应力被抵消。

1.4 抗冻融循环性 在所有的标本暴露在冻融过程，含有0.6%未洗过的橡胶的混凝土的耐久性能最好，但也只是略优于0.6%洗过的橡胶的混凝土总的来说，加入橡胶颗粒的混凝土的耐久性优于空白混凝土标本，而在28个冻融循环后，普通混凝土损失了60%的脉冲速度。在类似的实验中，严捍东[2]指出，开始时无论加入橡胶颗粒的砂浆还是空白对照组砂浆的在冻融循环的过程中，试件质量随着冻融时间的延长而逐步增加，这主要因为经过冻融试验后试件开口孔隙里有少许未完全融化的冰块，以及两次试件质量测定时试件表面含水状态不同造成。抗冻试验总体说明，在一定掺量范围内，随着橡胶粉掺量的增加，砂浆的抗冻性能有明显提高。

1.5 抗干湿循环性 关于抗干湿性的研究性较少，严捍东[2]通过实验发现经过20次干湿循环后，基准砂浆的质量损失率均大于橡胶水泥砂浆，并且波动性最大，达到15次干湿循环后，基准砂浆的质量损失率出现持续大幅度增大的现象而掺橡胶粉砂浆试件则没有。随着橡胶粉掺量的增加，砂浆的质量损失率也逐渐增大，这说明随着橡胶粉掺量的增加，砂浆抗干湿循环的能力逐渐减弱，这可能与橡胶粉掺量大时砂浆强度明显降低有关。

1.6 抗碳化 袁群[3]指出橡胶混凝土的抗碳化效果是前期比后期好。碳化3d时，橡胶混凝土的抗碳化性较基准混凝土有所改善，碳化深度最大，可减少40％；碳化7、14d后，抗碳化性能有所减弱，碳化深度是基准混凝土的72％～130％；碳化28d后，碳化深度基本都已超过基准混凝土。罗绮[5]指出掺有橡胶粒子的混凝土各龄期的碳化深度均要大于基准混凝土的碳化深度，且随着橡胶粒子掺最的增加，混凝土碳化深度有逐渐增大的趋势，说明掺加橡胶粒子不利于混凝土的抗碳化性能。

1.7 抗腐蚀性 王开惠[4]发现适量掺加橡胶集料有利于提高砂浆试件的抗硫酸盐侵蚀性能。她认为这是由于掺加橡胶集料的试件，因橡胶颗粒本身的可压缩性，可以释放更大的膨胀内应力，从而较普通砂浆试件晚一些出现裂缝，推迟破坏时间。

2 结论与展望

在国内外对橡胶集料混凝土（砂浆）20年多年的的研究历程中，由于实验中所用水泥种类、橡胶集料种类、粒径、掺量、实验条件等的不一致性，导致有关橡胶集料混凝土（水泥砂浆）的耐久性的影响程度的研究结果存在一定的差异，有时候甚至得到完全相反的结果，但橡胶集料对耐久性的影响规律基本可以形成以下共识：橡胶集料的掺入在一定程度上能改善水泥基材料的抗冻性能和抗氯离子迁移能力。适当掺量的橡胶集料可以改善混凝土的抗渗性能；

今后，废旧轮胎将会成为成为一种绿色资源，同时减轻“黑色污染”。结合具体工程应用背景，充分利用橡胶的优点，针对水泥砂浆和水泥混凝土的性能特点，用橡胶粉进行改性，不仅能为废旧轮胎的再生利用提供有效的技术途径，而且能够促进水泥砂浆和水泥混凝土材料的科学技术进步，实现传统水泥砂浆和水泥混凝土在性能上的重大突破，并能大大增加水泥砂浆和水泥混凝土材料的绿色度，实现可持续发展。

参考文献：

[1]M.C. Bignozzi， F. Sandrolini， Tyre rubber waste recycling in self-compacting concrete[J]. Cement and Concrete Research，36 （2006）：735～739.

[2]严捍东，陈秀峰等.掺三元乙丙橡胶粉水泥砂浆性能的试验研究和分析[J].土木工程学报，2008，41（12）：55～60.

[3]袁群等.橡胶混凝土的抗碳化性能试验研究[J].混凝土，2011（7）：91～93，96.

[4]王开惠等.橡胶集料砂浆试件抗硫酸盐侵蚀性能初探[N]. 山东建筑大学学报，2007（2）：4～8.

[5]罗琦等.橡胶粒子改性水泥混凝土的耐久性能[N].南昌大学学报工科版，2007（12）：340～343.

[6] Nabil M. Al-Akhras.Properties of tire rubber ash mortar[J]. Cement & Concrete Composites， 26（2004）：821-826.

[7]欧兴进等.橡胶集料混凝土氯离子渗透性试验研究[J].混凝土，2006（3）：46～49.

[8]李丽娟等.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.