增强橡胶混凝土界面粘结强度的措施

除了用氢氧化钠溶液对橡胶粉进行处理之外， 文献［9］研究发现，橡胶粉表面用 PVA 和硅烷偶联 剂处理能够显著提高橡胶混凝土的抗压强度、韧性 以及抗疲劳性能． 文献［8］在研究废轮胎橡胶粉的 表面改性方法对水泥胶力学性能的影响时，还使用 另外两种不同的方法对橡胶粉进行表面改性： 一种 是用有机改性剂 Ccl4 ，Ccl4 是一种很强的溶剂，它可 以显著降低胶粉的极性，从而提高胶粉与水泥浆体 的相容性，达到改善胶粉与水泥浆体界面结构的效 果； 另一种方法是使用偶联剂与胶粉混合经强力搅 拌后包覆在胶粉表面，其中的有机基团可能部分地 与胶粉相互扩散、聚合、耦合成憎水的且相互贯穿的 聚合物网状结构，而无机基团（ 硅醇） 则和水泥凝胶 结合，在水泥颗粒表面形成一层缩合的硅氧烷分子 层，从而使胶粉与水泥凝胶更牢固地联结在一起，进 而增强了橡胶混凝土的强度． 2． 3 AEP 搅拌工艺
根据 A·巴拉克结晶接触点理论可知［10］，要提 高水泥混凝土的强度，可以增强水泥集料接触点的 强度，也可以增大接触点的面积． AEP 施工工艺改 变了混凝土材料的投料顺序和投料的量，其作用为： 一方面在集料的附近生成了一部分水化物，净浆中 的水泥颗粒和已有的水化产物阻止了自由水与集料 表面的直接接触，干扰了 C － H 在骨料表面的结晶； 另一方面增加了界面附近水泥颗粒的浓度，也增加 了水化生成的 C － H － S 凝胶的数量． 这两方面均增 强了水泥与集料接触点的强度． 同时 C － S － H 凝胶 不仅有利于过渡区强度的提高，还打乱了 C － H 的 取向，并使 C － S － H 凝肢由纤维状结构变成了网状 结构，提高了接触点的面积． AEP 施工法提高了橡 胶混凝土界面过渡区的强度．
AEP 施工工艺提高界面粘结强度的原理．
关键词： 橡胶混凝土； 界面粘结； 表面改性； AEP 施工
中图分类号： TU528． 59
文献标志码： A
橡胶混凝土（ 又名弹性混凝土） 是以混凝土为 基材，掺入胶粒（ 粉） 制成的土木工程复合材料． 胶 粒（ 粉） 主要通过物理作用改善混凝土的内部结构， 而不改变混凝土内部各种材料的化学性能，对其他 的材料无结构性能上的影响．
b． 废旧橡胶粒的表面有一层酸性物质，影响水 泥胶体与橡胶胶粒之间的粘结，使用碱性物质（ 如 NaOH） 去除其表面的酸性物质，可露出内部的极性 键，使其与 水 泥 胶 体 能 很 好 地 结 合，以 增 强 粘 结 性 能，达到提高橡胶混凝土强度的目的．
c． 采用 AEP 施工工艺，用低水灰比的水泥浆对 胶粒进行包裹，可增加其界面的密实度，进而增强混 凝土的强度．
d． 如果结合物理处理方式和 AEP 制作工艺来 改善橡胶混凝土的界面强度，预计可以达到更好的 改善效果．
参考文献
［1］ Maso J C． Interfaces in cementitious composites［M］． New York： Taylor ＆ Francis Croup，1992．
［6］ Segre N，Joks I． Use of tire rubber particles as addition to cement paste［J］． Cement and Concrete Research，2000，30 （ 9） ： 1421 － 1425．
［7］ Segre N，Poulo J M Montero． Surface characterization of recycled tire rubber to be used in cement paste matrix［J］． Journal of Colloid and Interface Science，2002，248 （ 2 ） ： 521 － 523．
传统的橡胶混凝土生产工艺，通常是将水泥、砂 石、橡胶胶粒（ 粉） 和水等一次性进行混合搅拌，这 样生产出来的橡胶混凝土存在水泥组分分散不足、 橡胶颗粒分散不均、界面过渡区存在明显强度梯度 分布等问题，也就造成了裂缝容易从水泥浆体和橡 胶颗粒的界面过渡区产生和扩展，从而降低了橡胶 混凝 土 的 强 度． AEP 搅 拌 施 工 法 （ 净 浆 裹 骨 料 工 艺） ［10］是先将水泥与少量的水制成低水灰比的水泥 净浆，然后与橡胶胶粒（ 粉） 骨料一起搅拌均匀，最 后加入砂石骨料和水灰比所需的剩余的水，进行搅 拌均匀，即得到改性工艺的橡胶混凝土．
2 提高界面粘结强度的途径
2． 1 物理途径 对橡胶颗粒表面进行物理改性是为了把橡胶颗
粒表面的污物等杂质性物质移去，清洗干净，以提高 其与水泥凝胶表面的粘结力，从而提高橡胶混凝土 的强度．
收稿日期： 2010 － 09 － 25 基金项目： 福建省高等学校新世纪优秀人才支持计划项目（ 07FJRC05） ； 泉州市 2008 年度科技计划项目（ 2008Z11） ． 作者简介： 汪海东（ 1984—） ，男，河南信阳人，硕士研究生，主要从事钢筋混凝土结构方面的研究．
Vol. 31 No. 6 Dec. 2010
增强橡胶混凝土界面粘结强度的措施
汪海东，曾志兴
（ 华侨大学土木工程学院，福建 泉州 362021）
摘 要： 针对橡胶粒与水泥胶体的界面粘结强度问题，对国内外研究成果进行了深入分析，总结了目前用物
理方式和化学方式改善其界 面 粘 结 强 度 的 方 法 ，分 析 了 用 氢 氧 化 钠 溶 液 处 理 橡 胶 粒 表 面 的 实 质 ，并 指 出 了
［2］ 廉惠珍，童良． 建筑材料物相研究基础［M］． 北京： 清华 大学出版社，1996．
［3］ 吴中伟，廉惠珍． 水泥基复合材料科学研究中的辩证思 维［J］． 混凝土，1998（ 5） ： 3 － 7．
［4］ Neil N Eldin，Ahmed Bsenoucl． Rubber tire particles as concrete aggregate［J］． Journal of Materirals in Civil Engineering，1993，5（ 4） ： 478 － 496．
第 31 卷第 6 期 2010 年 12 月
华北水利水电学院学报 Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power
பைடு நூலகம்
文章编号： 1002 － 5634（ 2010） 06 － 0057 － 03
58
华北水利水电学院学报
2010 年 12 月
文献［4］指 出 用 水 浸 泡 橡 胶 去 除 其 表 面 污 物， 可使橡胶混凝土强 度 比 不 处 理 前 提 高 16% ． 文 献 ［5］分别用水、胶乳清洗剂对胶粉进行处理后，掺入 混凝土中，分别比较其抗压强度． 结果表明，用水清 洗过的胶粉所制的混凝土与未清洗的胶粉所制的混 凝土相比，抗压强度提高了 16% ，胶乳清洗剂处理 过的胶粉所制的混凝土的抗压强度也得到一定程度 的提 高． 可 见，通 过 物 理 方 式 可 以 去 除 橡 胶 胶 粒 （ 粉） 表面的杂质性物质从而提高界面的粘结能力． 2． 2 化学方式
研究发现，混凝土橡胶具有轻质、弹性减震、降 噪隔音、透气透水、延性和韧性好等优点，但也有很 多缺点． 橡胶胶粒（ 粉） 是一种有机材料，其表面具 有亲油性，而水泥浆是一种无机材料，以离子化合物 为主，表面具有强烈的吸水性． 两种材料截然不同的 表面性质导致其表面难以结合，也因此降低了混凝 土的强度、和易性等性能． 目前国内外解决橡胶胶粒 与水泥浆体之间的粘结性能，通常有以下两种方法： 一种是使用物理方式清洗； 另一种是采用化学方式 对胶粒的表面进行改性． 笔者提出一种借鉴混凝土 的裹石 的 制 作 工 艺，即 采 用 AEP （ Aggregate Enveloped with Cement Paste） 搅拌施工方法增强橡胶胶 粒与基质的界面粘结强度．
1 橡胶胶粒（ 粉） 与水泥砂浆界面粘 结的增强机理
对于橡胶胶粒（ 粉） 与水泥砂浆界面粘结的增 强机理，目前有两种比较认可的观点． 一种是根据
Maso 对集料 － 水泥界面层形成机理的假说［1］，在骨 料与水泥胶体拌合过程中，橡胶胶粒表面形成一层 厚度仅有几微米到几十微米的水膜层，而水泥胶体 颗粒在橡胶胶粒表面处的浓度接近于零，并随着离 橡胶胶粒表面的距离的增大而提高． 由于水膜层的 存在而使得水泥胶体与橡胶粒之间的结合力变小， 从而影响界面的粘结性能． 另一种是吴中伟教授提 出的大中心质理论［2 － 3］，大中心质（ 橡胶胶粒） 和大 介质（ 水泥浆体） 之间存在大中心质效应，这种效应 是由橡胶胶粒和水泥砂浆相互作用造成的，取决于 橡胶胶粒表面的性质如吸附性、化学性质、成分和变 形性质等． 而两种材料截然不同的表面性质导致了 其表面难以结合，所以为了增强橡胶胶粒和水泥胶 体界面的粘结性能，必须对橡胶胶粒的表面进行处 理或采用适当的施工方法以确保橡胶胶粒与水泥浆 之间良好的粘结性能．
硬脂酸锌与氢氧化钠溶液反应的实质为： （ C17 H35 COO） 2 Zn + 2NaOH = 2C17 H35 COONa +
Zn（ OH） 2 ↓， Zn（ OH） 2 = ZnO + H2 O， 从上述反应可以看出，硬脂酸锌与氢氧化钠溶液反 应后得到易溶于水的的硬脂酸钠溶液和微溶于水的 氢氧化锌，但氢氧化锌极不稳定，易分解为氧化锌和 水，使硬脂酸锌从橡胶胶粒表面移去，保证约占橡胶 30% 的碳黑与水泥浆体具有更好的粘结性能，从而 明显改善了胶粒与水泥凝胶界面的粘结强度．
［5］ Rostami H，Leppre J，Silverstraim T，et al． Use of recycled rubber tire in concrete［C］∥Dhir r K． Priceedings of the International Conference on Concrete 2000． Scotland： Universtity of Dundee，1993．
AEP 工艺适用范围比较广泛，只要按照其施工 工艺施工，基本上可以达到施工要求． 但 AEP 施工 法也具有施工程序复杂、材料量不好控制等缺点．
第 31 卷第 6 期
汪海东，等： 增强橡胶混凝土界面粘结强度的措施
59
3结语
a． 通过物理方式，如用清水、乳胶剂对橡胶胶粒 清洗可除去胶粒上的杂质性物质，从而提高水泥浆 体与胶粒间的粘结性能．
用化学方法提高界面粘结强度的机理主要是通 过溶解胶粉表面的酸性物质（ 如硬脂酸锌） ，或降低 胶粉表面极性，或在胶粉与水泥凝胶界面层形成缩 合的硅氧烷分子层来达到增强胶粉与水泥浆体粘结 性能的目的．
为了解决因硬脂酸锌而影响橡胶混凝土界面过 渡区强度的问题，国内外很多学者做过这方面的研 究工作． 文 献［6］将 在 氢 氧 化 钠 饱 和 水 溶 液 浸 泡 20 min的橡胶粉掺入到水泥净浆中，研究其力学性 能及微观结构． 结果表明，橡胶粉水泥净浆多项力学 性能如抗压、抗折强度、耐磨性、断裂性能都得到不 同程度的提高； 此外，SEM 图像显示用氢氧化钠溶 液处理增强了橡胶粉与水泥浆体界面的粘结强度． 文献［7］利 用 红 外 光 谱 分 析、电 位 滴 定 和 接 触 角 测 定等手段研究了氢氧化钠溶液改变胶粒的表面性 能，通过对改性胶粉和未改性胶粉中滴加盐酸，观察 到改性胶粉所消耗的盐酸量少于未改性胶粉的消耗 量． 这说明氢氧化钠溶液移除了橡胶颗粒表面的酸 性物质硬脂酸锌． 文献［8］研究了废轮胎橡胶的表 面改性对水泥胶砂力学性能的影响，使用无机改性 剂 NaOH 溶液对废橡胶粉进行改性． 研究表明，经过 改性的橡胶粉的混凝土强度得到了提高，说明氢氧 化钠溶液溶解了其表面的酸性物质，此外，经过溶液 浸泡过 的 胶 粉 吸 水 量 减 少 这 也 有 利 于 界 面 强 度 的提高．
［8］ 郭灿贤，黄少文，徐玉华． 用于水泥混凝土的废旧轮胎 胶粉的改性方法研究［J］． 混凝土，2006（ 1） ： 60 － 62．