1、0 引言经过大量的试验研究，利用废旧橡胶轮胎加工成的橡胶粉配制成的路用橡胶粉改性水泥混凝土能够有效地提高或改善水泥混凝土路面某些方面的性能1-8。目前，国内外学者及研究机构针对橡胶粉水泥混凝土的力学性能与路用性能都做了大量的研究分析5-11，但是针对橡胶粉混凝土拌合物的诸多物理指标及其影响因素和变化规律进行深入探究的科研较少，例如：细橡胶粉掺入到基准混凝土中以后，随着橡胶粉掺量的增大，混凝土的表观密度会有所降低 。以及橡胶粉水泥混凝土工作性能和引气现象的研究都比较少，故有必要研究橡胶粉掺入水泥混凝土后，对拌合物的一些物理指标以及工作性能产生的影响而做一些基础性研究 。1 试验原材料和配合比（
2、1）水泥：采用广西华润红水河水泥公司生产的红水河牌PO 42.5R 级水泥，各项性能指标满足规范要求12。（ 2）砂：采用南宁市四塘河砂场产品，细度模数 2.80 的中粗河砂，连续级配，表观密度为 2587kg/m3，各项性能满足规范要求 。（ 3）碎石：采用南宁市武鸣碎石场生产的 231.5 mm 连续级配石灰岩碎石，表观密度 2726 kg/m3，各项性能满足规范要求 。（ 4）橡胶粉 。广西南宁市广源细胶粉厂生产的废旧轮胎橡胶粉，粒径为 20 目（ 0.841 mm） 、40 目（ 0.42 mm） 、60 目（ 0.25 mm）的纤维橡胶粉，纤维含量不小于 3%，密度为 1.106 g
3、/cm3。橡胶粉3 种目数对应的细度模数及堆积密度见表 1，橡胶粉颗粒棱角较多，且整体形状呈不规则多面体，毛刺撕裂状较多，易交结在一起，不易过筛 。故细度模数比相同级配的河砂相对较大 。（ 5）外加剂 。广西南宁市宏泰混凝土外加剂厂生产的 HTA-I型减水剂，减水率为 15%13。（ 6）试验配合比 。本试验为了加强橡胶粉与水泥砂浆的黏结效果，先将橡胶粉放入含 1%NaOH 溶液中浸泡 30min， 30min 后用清水洗净，晾晒至饱和面干 。然后利用掺入 0、1.0%、2.0%、3.5%、5.0%、6.0%的橡胶粉代替同质量砂，其中未掺入橡胶粉的作为参照组，其设计强度等级为 C35、抗折强度
4、 fcf5.0 MPa 的道路路表 1 橡胶粉的物理性质表观密度/（ kg/m3）1 1061 1061 106目数204060筛孔直径/mm0.8410.4200.250细度模数3.352.801.91松堆密度/（ kg/m3）344327313混 凝 土Concrete梁金江1，何壮彬1，覃 峰1，黄琼念1， 2（ 1. 广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023； 2. 广西工学院 土木与建筑工程系，广西 柳州 545006）Abstract: The laboratory tests were conducted by using 0， 1.0%， 2.0%， 3.5%， 5.0%
5、 and 6.0% instead of the sand by weight on 20， 40， 60 mesh.It were observed that rubberized concrete which contain less than 3.5% rubber chips have the less affected on apparent density and air-entrainingproperties of rubberized concrete.Otherwise， with the increasing mesh of rubber chips， the cemen
6、t concrete mix will more dense and gas contentwill be less， so， the apparent density of rubberized concrete increasing.Through cost-effective analysis， it were observed that rubberized concretepavement which contain about 3.5% rubber chips have the better performance in engineering applications.Key
7、words: srubberized concrete； apparent density； air-entraining properties； experimental researchStudy on the air- entraining properties of rubberized concrete pavementLIANG Jin-jiang1， HE Zhuang-bin1， QIN Feng1， HUANG Qiong-nian1， 2（ 1. Guangxi Vocational and Technical College of Communications， Nann
8、ing 530023， China；2. Guangxi University of Technology， Liuzhou 545006， China）橡胶粉改性水泥混凝土引气性能试验分析的研究2011 年 第 1 期（ 总 第 255 期）Number 1 in 2011（ Total No.255）doi： 10.3969/j.issn.1002-3550.2011.01.027摘 要： 通过利用细度分别为 20、40、60 目橡胶粉颗粒以 0、1.0%、2.0%、3.5%、5.0%、6.0%替代同质量砂配制成的橡胶粉水泥混凝土分别进行表观密度及新拌橡胶粉水泥混凝土含气量试验分析，试验结
9、果表明当橡胶粉替代量小于 3.5%时，橡胶粉的细度对橡胶粉水泥混凝土表观密度和含气量变化影响较小；当橡胶粉替代量大于或等于 3.5%时，随着橡胶粉细度目数的增加，新拌橡胶粉水泥混凝土就越密实，其内部含气量就越小，表观密度就越大 。综合橡胶水泥混凝土其他研究和性价比结果，建议工程应用上采用橡胶粉掺量 3.5%左右为最佳 。关键词： 橡胶粉水泥混凝土；表观密度；引气性能；试验分析中图分类号： TU528.041 文献标志码： A 文章编号： 1002-3550（ 2011） 01-0098-03收稿日期： 2010-08-19基金项目： 2007年度广西交通科研项目（桂交综 2007130-06）
10、；广西教育厅 2008年度科研项目（桂教科研 200827号）； 2010年度广西自然基金项目（ 2010GXNSFA013037）原材料及辅助物料MATERIAL AND ADMINICLE98 图 1 橡胶粉水泥混凝土表观密度与橡胶粉掺量关系表 2 各组混凝土配合比表抗压强度 /MPa 抗折强度 /MPa编号A0A1A2A3A4A5掺入橡胶粉量/%01.02.03.55.06.0C/（ kg/m3）326326326326326326S/（ kg/m3）754.00746.46738.92727.61716.30708.76G/（ kg/m3）1 2431 2431 2431 2431 2
11、431 243W/（ kg/m3）141141141141141141橡胶粉/（ kg/m3）07.5415.0826.3937.7045.24外加剂/（ kg/m3）6.526.526.526.526.526.527 d34.4429.9728.1227.0225.5222.7528 d40.4538.9237.8936.0834.0431.0228 d5.205.325.395.404.954.697 d4.604.684.774.784.434.27面水泥混凝土 。根据 JGJ 552000普通混凝土配合比设计规程 ，计算出初步配合比，试拌调整，得出基准配合比，在此基础上，经 7 d 龄
12、期的强度检验，确定各组混凝土配合比如表 2。试件的制作是采用强制式混凝土搅拌机拌和，在振动台上振动密实成型 。24 h 后拆模，立即搬入养护室浸水养护 。养护室的温度为（ 202） ，相对湿度为 95%以上，室内温 、湿度均匀 。2 橡胶粉改性水泥混凝土拌合物表观密度分析由图 1、2 可知：第一，掺入 20 目胶粉的橡胶混凝土，表观密度随掺量增加而下降的趋势明显，掺量为 1%、2%、3.5%、5%、6%时混凝土的表观密度分别为 2380、2358、2330、2320、2302kg/m3，分别相对于未掺胶粉的混凝土下降了 1.7%、2.6%、3.3%、4.1%、4.9%。第二，掺入 40 目胶粉
13、的橡胶混凝土，掺量为 1%、2%、3.5%、5%、6%时混凝土的表观密度分别为 2373、2360、2350、2336、2328 kg/m3，分别相对于未掺胶粉的混凝土下降了 1.9%、2.5%、2.9%、3.5%、3.8%，表观密度随掺量增加而下降的趋势相对掺 20 目胶粉的橡胶混凝土减弱了 。第三，掺入 60目胶粉的橡胶混凝土，掺量为 1%、2%、3.5%、5%、6%时混凝土的表观密度分别为 2 377、2 363、2 356、2 348、2 340 kg/m3，分别相对于未掺胶粉的混凝土下降了1.8%、2.4%、2.6%、3.0%、3.3%，表观密度随掺量增加而下降的趋势相对掺 20 目
14、胶粉的橡胶混凝土进一步减弱 。第四，当橡胶粉掺量小于 3.5%时，掺入 3 种不同细度橡胶粉的橡胶粉水泥混凝土各自的表观密度相差都不大，说明在橡胶粉掺量较小的情况下，混凝土表观密度只对橡胶粉的掺量敏感，而对橡胶粉的细度不敏感 。第五，当橡胶粉掺量大于 3.5%时，在相同的掺量下，3 种混凝土的表观密度开始产生差异，掺加的橡胶粉越粗，表观密度下降幅度越大，其中掺加 20 目的橡胶粉混凝土的表观密度下降幅度最大，说明在掺量大于 3.5%时，橡胶粉越粗，对混凝土的表观密度影响越大 。此时，混凝土的表观密度不仅对橡胶粉的掺量敏感，而且对橡胶粉的细度敏感 。3 橡胶粉改性水泥混凝土拌合物含气量分析掺入橡
15、胶粉的水泥混凝土在进行拌合物含气量测试时发现，加入橡胶粉可以增加水泥混凝土拌合物的含气量，与掺入引气剂的作用相当，为分析不同目数和掺量对拌合物含气量的影响，对不同配合比的拌合物进行含气量测试并对引气机理进行分析 。3.1 橡胶粉掺量及目数对水泥混凝土含气量影响情况由图 3 可知：第一，掺有 3 种不同细度的橡胶粉水泥混凝土，胶粉掺量为 1%时，含气量在 2.607%2.734%范围内；胶粉掺量为 2%时，含气量在 3.237%3.322%范围内；胶粉掺量为3.5%时，含气量在 4.183%4.404%范围内；胶粉掺量为 5%时，含气量在 5.007%5.286%范围内；胶粉掺量为 6%时，含气
16、量在5.947%5.559%范围内 。第二，橡胶粉水泥混凝土含气量随橡胶粉的掺量加大而显著提高 。掺入不同细度相同掺量的橡胶粉对拌合物含气量的影响在掺量较低时差别并不显著 。随着橡胶粉掺量的加大， 60 目橡胶粉的引气功能更加大，从而引气量相对较大 。3.2 橡胶粉颗粒的引气机理分析从试验中可见，橡胶粉颗粒在水泥混凝土中具有引气剂的作用，从宏观上研究，不同目数相同掺量的橡胶粉水泥混凝土表观密度产生差异的原因是：由于橡胶颗粒目数越小，橡胶粉表面越粗糙，形状越不规则，表面有凹凸，呈毛刺状态越明显，里面包裹了气体越多，故橡胶粉颗粒目数越小与水泥胶浆的拌合物越容易引入空气 。因此，相同掺量橡胶粉水泥混
17、凝土，橡胶粉越粗，改性混凝土的含气量越大，坍落度越大，而且拌合物的图 2 各掺量橡胶粉水泥混凝土表观密度对比图图 3 拌合物含气量与橡胶粉掺量关系99 密 度也就越小，此外胶粉越细，增加掺量对混凝土表观密度的降低量影响越小；主要是由于精细胶粉部分填充了混凝土的孔隙，增加了混凝土的密实度 。过粗的胶粉引入的气孔孔径较大，有降低混凝土耐久性潜在威胁，而较细的胶粉的引气量相对小，但是引入的气孔孔径较小，有利于提高混凝土耐久性，所发挥的引气效果较佳 。故应选择合适目数的胶粉，即能引入大小合适孔径的气孔，又能有适量的引气量 。从微观角度分析，因为废轮胎橡胶颗粒的主要成分为天然橡胶，为非极性分子材料，而水
18、为极性分子材料，当橡胶粉与水接触时，在两者之间存在一薄层界面，在这一层面内，水分子的固有偶极对橡胶粉材料具有极化作用，从而产生诱导偶极，而后橡胶粉材料在薄层界面内的诱导偶极与在这一层面内的水分子固有偶极相互吸引而产生分子间的诱导力，而在附着层外当水分子相互接近时，它们的固有偶极将同极相斥而异极相吸，从而使水分子定向排列，产生水分子间的取向力，而且偶极矩越大，取向力越大 。当水分子和橡胶粉表面诱导力足够强时，使得附着层中水分子靠得更加紧密，相互排斥作用转占优势，形成这一层的展延倾向，表现为展延力，此时水与橡胶粉颗粒表面的接触角为锐角，水能润湿橡胶粉颗粒 。当橡胶粉分子对水分子的诱导力不够强而且小
19、于水分子的取向力，橡胶粉颗粒表面与水分子之间在这一附着层内，表现为收缩力，此时接触角为钝角，故水不能润湿橡胶粉颗粒，从而可以使空气随橡胶粉颗粒一起引入水泥混凝土中 。从以上的分析得知，橡胶粉的掺入不仅具有引气剂的作用，并且引气量随胶粉掺量的增加而加大，从而得知，掺入橡胶粉的水泥混凝土因拌合物含气量的适当加入，改善了混凝土的孔隙结构，可以提高混凝土的抗冻性能，改善混凝土耐久性 。在应用中可根据引气量的要求选择适当的胶粉掺量与目数 。4 不同细度橡胶粉经济分析根据广西南宁市广源细胶粉厂为本课题组提供的橡胶粉颗粒出厂季节性价格，如表 3。80 目橡胶粉颗粒1 8002 200表 3 橡胶粉颗粒售价表
20、橡胶粉种类售价 /（元 /t）10 目橡胶粉颗粒1 6002 00020 目橡胶粉颗粒1 4001 70040 目橡胶粉颗粒1 2001 50060 目橡胶粉颗粒1 5001 800由厂家提供橡胶粉颗粒出厂单价可见， 40 目橡胶粉颗粒的价格是最低的 。主要原因是：废旧轮胎主要由 35%40%的钢丝 、55%60%的硫化橡胶和 5%左右的纤维来组成 。目前，市场上废旧轮胎的收购价格大约在 500600 元 /t，废旧钢材收购价格大约在 2 0002 500 元 /t。废旧轮胎加工的最终的主要产品是钢丝和橡胶粉颗粒，加工过程主要消耗电能 、人工费用和场地费用等 。广西南宁市广源细胶粉厂采用匝制工
21、艺来将废旧轮胎里的钢丝和橡胶分离 。目前设备能够较好的将钢丝完全从橡胶粉颗粒中脱离，此时产出的橡胶粉颗粒细度为 40 目，所以 40 目橡胶粉颗粒的价格最低；如果需要生产比 40 目橡胶粉颗粒粗的颗粒，此时未能有效的将钢丝从橡胶粉颗粒中脱离，钢丝产量偏低，需要提高橡胶粉颗粒的价格来弥补钢丝产量的损失；如果需要生产比 40 目橡胶粉颗粒细的颗粒，此时需要把匝制出来的橡胶粉颗粒过筛，需要一定的其他费用 。同时，由于需要过筛分离，其产量较低，所以价格要比 40 目橡胶粉颗粒高 。同一粒径橡胶粉颗粒价格波动的原因主要是因为电价的季节性波动和橡胶粉颗粒供应量的影响 。5 结论（ 1）根据橡胶粉水泥混凝土
22、表观密度试验分析，当橡胶粉掺量大于 3.5%时，橡胶集料的细度对橡胶粉水泥混凝土拌合物的表观密度影响较为显著 。为了充分发挥橡胶粉水泥混凝土在工程结构上能够减轻自重的特点又不降低其抗压 、抗弯等力学性能，在工程应用上建议采用橡胶粉掺量为 3.5%最佳 。（ 2）根据橡胶粉引气试验测试和机理分析得知，橡胶粉掺入水泥混凝土中具有引气剂的作用，引气量随橡胶粉掺量的增加而加大，橡胶粉细度对引气量影响不大，加入适量的橡胶粉保证混凝土中的一定含气量，可以有效地提高混凝土的耐久性 。（ 3）根据橡胶粉经济分析和相关性能分析，在水泥混凝土中掺入适当细度和掺量的橡胶粉颗粒能够有效地改善和提高水泥混凝土的部分性能
23、，过度的追求大掺量和细 、超细颗粒橡胶粉反而会使水泥混凝土的部分性能降低和增加工程成本 。从性价比角度考虑，在当前废旧橡胶粉加工技术条件下，选择 40目的橡胶粉较为经济 。参考文献：1 覃峰，包惠明 .橡胶粉水泥混凝土性能试验的研究 J.混凝土， 2007（ 9）： 69-72.2 马福荣，黄琼念，覃峰，等 .橡胶粉水泥混凝土降噪防噪性能初探 J.人民长江， 2010（ 10）： 71-74.3 包惠明，尤伟，黄琼念，等 .海洋大气环境下的橡胶粉改性水泥混凝土的抗腐蚀性能 J.人民长江， 2009， 40（ 2）： 76-78.4 覃峰，马福荣，黄琼念，等 .橡胶粉水泥混凝土路面冲磨性能试验研
24、究 J.铁道标准设计， 2010（ 8） .5 黄琼念 .橡胶粉水泥混凝土在港航工程中应用的试验研究 J.中国港湾建设， 2009（ 2）： 37-40.6 黄琼念，覃峰，杨胜坚，等 .橡胶粉水泥混凝土路用性能及机理分析研究 J.人民长江， 2009， 40（ 16）： 58-62.7 覃峰 .橡胶粉水泥混凝土路面温度稳定性试验研究 J.铁道标准计，2009（ 9）： 24-28.8 覃峰，黄琼念，等 .橡胶粉水泥混凝土路面面板与温度应力分析研究 J.混凝土， 2010（ 7）： 65-68.9 PAINE K A， DHIR R K， MORONEY R， et al.Use of crum
25、b rubber toachieve freeze/thaw resisting concreteC.Proc.Intl Congress Concrete forExtreme Conditions，（ Eds R K Dhir， M J Mc Carthy and M D Newlands）， 2002： 485-498.10TANTALA M W， LWPORE J A， ZANDI I.Quasi-elastic behavior ofrubber included concreteC.In： Ronald Mersky（ Ed.）， Proceedings ofthe 12th In
26、ternational Concrete on Solid Waste Technology and ManagementC.Philadelphia， PA， 1996.11TURATSINZEA A， BONNET S， GRANJUA J L.Mechanical characterisation of cement-based mortar incorporating rubber aggregates fromrecyele dworn tyresJ.Building and Environmellt， 2005（ 40）： 221-226.12覃峰 .橡胶粉水泥稳定碎石基层收缩性能试验研究 J.新型建筑材料， 2009（ 12）： 32-35.13覃峰，包惠明 .赤砂糖缓凝剂在路面水泥混凝土的应用研究 J.混凝土， 2007（ 10）： 56-59.作者简介： 梁金江（ 1966-），男，副教授，高级工程师，主要研究道路工程 。单位地址： 广西南宁市青秀区园湖北路 12 号（ 530023）联系电话： 13077717492100
