橡膠水泥

橡膠水泥是在製備水泥砂漿或混凝土時，用橡膠乳液及輔助外加劑和水泥一起拌和成型、固化。

基本介紹

• 中文名：橡膠水泥
• 外文名：Rubber cement
• 定義：橡膠乳液和水泥一起拌和成型
• 類型：橡膠、水泥
• 特點：彈塑性、能吸收噪聲、耐重壓
• 學科：土木工程

概述

廢舊橡膠作為一種工業廢棄物，其數量在廢舊高分子材料中僅次於廢舊塑膠居第二位，不僅污染環境，而且占用土地。做為新的固體污染源，廢舊橡膠具有很強的抗熱性、抗機械性，若深埋處理，上百年不會分解腐爛；若露天存放，不僅占用土地，而且極易滋生蚊蟲、引發傳染疾病、造成火災。隨著廢舊橡膠數量的增加，廢橡膠處理已成為世界性難題，如何將其合理處置越來越受到世界各國的關注。

從上個世紀80年代開始，很多學者和研究人員就將焦點移到了將廢輪胎橡膠摻加到混凝土的領域上。摻廢舊橡膠顆粒水泥混凝土是以混凝土為基材，摻入膠粉（包括粒徑較大的膠粒）製成的土木工程複合材料。膠粉主要通過物理作用改善混凝土的內部結構，不改變混凝土中各種材料的化學性能。有研究表明：橡膠混凝土的工程性能介於普通水泥混凝土（剛性）和瀝青混凝土（柔性）之間，混合了橡膠和水泥混凝土的特點。比起普通水泥混凝土，橡膠混凝土的抗裂性能好、能量吸收多、韌性高、變形能力大、低彈性模量和良好的隔熱、隔聲、減震性能，只是強度相對降低很多。

強度

在水泥混凝土中摻入廢舊橡膠後，使混凝土無論是抗壓強度還是抗劈裂強度均有所降低。根據所摻膠粉的摻量、種類、粒徑、形狀等的不同，強度降低的程度有所差異。Eldin和Senonic分別用橡膠塊和橡膠粒部分取代粗、細骨料，結果顯示：隨著橡膠摻量的增大，混凝土的抗壓、抗劈裂強度均有所降低。並在試驗基礎上建立了橡膠混凝土破壞機理的數學模型。H.A.toutanji的試驗結果表明，採用細膠粉替代骨料的混凝土強度降幅比採用粗膠粉替代骨料的混凝土強度降幅小。朱涵認為橡膠微粒和水泥砂漿界面處存在大量微型空氣泡群，這是導致混凝土強度降低的一個重要原因。因此第一次提出了用超常量的超細粉料去填補這些空氣泡群的方法，並通過美國獨立實驗室試驗得到了成功證實。而陳波等的試驗表明，相同摻量條件下，摻粒徑為3~4mm膠粉顆粒的混凝土強度高於摻粒徑為0.140mm膠粉顆粒的混凝土強度。

對於摻入廢舊橡膠顆粒後的混凝土強度降低的另一影響因素是它的母材橡膠。由於橡膠屬於有機高分子材料，一般未改性的橡膠表面惰性強，與水泥基粘結性差，導致水泥基複合材料的力學性能降低。因此，為提高橡膠顆粒與水泥基的粘結性，國內外很多研究者對橡膠的表面改性進行了大量研究。Eldin和Senonic用水浸泡橡膠，去處表面污物，最終使得橡膠混凝土強度比未處理前提高16%。Segre和Joekes等用NaOH溶液對橡膠粉先進行浸泡處理，處理後提高了水泥膠砂與膠粉的粘結力，進而提高了混凝土的強度。黃少文等將膠粉用表面活性劑和樹脂進行改性處理，使混凝土的強度相對未改性前得到了很大改善。李悅等對橡膠顆粒表面用PVA和矽烷偶聯劑預處理，有效地提高了橡膠混凝土的抗壓強度。

施工及養護

（1）使用橡膠水泥砂漿施工時，應先清理乾淨施工表面，在多孔性材料表面施工時，應先用自來水浸潤施工表面。一次拌制的砂漿使用時間不超過4h。

（2）作抹面層時，一般厚度不應小於10mm。

（3）在水泥或磚石結構的立面上抹面時，應分兩次進行，每次間隔不少於24h。

（4）在鋼結構表面抹面時，按立面旋工要求進行。

（5）最後一次抹面時，應一次抹平，不得反覆多次來回壓光。

（6）作塊材膠結材料時，宜採用揉擠法施工，先在平面上抹一層砂漿，中間稍厚，放上塊材，邊揉邊擠，控制縫寬及表面平整，縫寬按要求中規定。

（7）橡膠水泥砂漿的養護28天，應在乾濕交替(先濕後乾)條件下養護。

主要技術性能

（1）施工後24～30h可走動，28天后抗壓強度達19.8MPa，抗折強度不小於7.4MPa；

（2）與鋼板粘接力1.25MPa；

（3）隔熱保溫性能好，在800℃下高溫加熱不燃不爆，隨基體變形而形，導熱係數與配方不同在0.01～0.58w/（m·K）；

（4）吸水率低，抗滲性能好；

（5）耐稀的非氧化性酸和鹼的腐蝕；

（6）具有彈性、行走有舒適感，施工方便成本低，無毒。

套用前景

隨著我國經濟的不斷發展以及我國西部大開發戰略的逐漸展開，我國正在或需要在惡劣環境條件下興建大量的大型基礎工程，如跨海大橋、海洋設施、地下空間結構、西部大開發過程的配套基礎沒施，這些工程舉足輕重；同時，為了適應我國經濟發展的要求，現有大量的基礎設施需要進行改造。因此，迫切需要進一步改善傳統混凝土材料延性差、易於開裂以及抵抗環境介質侵蝕能力較差的性能特點。利用廢舊橡膠組分的優點，對傳統水泥混凝土進行改性是非常有效的技術途徑。在最佳化橡膠顆粒粒徑和摻量等技術參數的基礎上，按混凝土結構性能要求合理設計其配製技術，那么廢舊橡膠水泥混凝土的套用領域會進一步擴展；同時，也有可能從簡單的利廢發展到對現有水泥混凝土改性的高附加值套用。廢舊橡膠水泥混凝土除在土木工程中的傳統領域套用外，在以下兩方面的推廣套用將更顯優勢：

高速公路路面新材料

採用廢舊橡膠改性的水泥混凝土，具有良好的彈塑性、能吸收噪聲、耐重壓、不易磨損、抗衝擊性好、耐久性好等優異的性能。因而，橡膠改性混凝土套用於道路路面建設中，既具有瀝青路面的優點，又具有比瀝青路面高得多的耐久性，因此具有明顯的優越性。國外亦正在進行工程實踐。

新型鐵道工程建設製品

韓國發明了將廢輪胎膠粉、砂石、水泥混合，用模具壓製成鐵路枕木，這種材料製作的鐵路枕木具有重量輕、抗衝擊和耐腐蝕等優點，還能減少火車行駛中的噪聲和振動。此項技術已在美國獲得了專利。這種技術已在美國等國家的鐵路平交道口中大量套用，實踐證明採用這種技術生產平交道口新型鋪面板，能夠提高道口鋪面壽命，減少維修，增加道口安全性，極大地降低了重載車輛對線路的衝擊作用，並能減振降噪，是良好的地面絕緣性材料。我國將建成十多萬公里的鐵路線，平交道口多如繁星，若用橡膠改性混凝土鋪面板代替傳統的水泥混凝土預應力軌枕、平交道口鋪面板和橋面板等，將產生顯著的技術、經濟效益。