[发明专利]利用废橡胶轮胎制造改良型橡胶化混凝土的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及从废橡胶轮胎制得的橡胶化混凝土。以表面处理技术对碎橡胶进行部分地氧化，藉此将疏水性橡胶表面转变成亲水性表面。氧化反应过程中伴随产生一种凝析油，其主要由活性氧化硫组成，起到该部分氧化的亲水性橡胶和亲水性水泥混料之间的粘合剂。由经处理的碎橡胶与粘合剂制得的橡胶化混凝土，与常规橡胶化混凝土相比具有显著改善的机械特征。

背景技术

对废橡胶轮胎的处置是一个在全球受到极大关注的话题。单就美国而言，在已有的数十亿个废轮胎之上，每年额外增加大约2亿7千万个(相当360万吨)，其已远超过土地负荷量，且对环境及健康造成危害。许多管辖区已强制征收许可手续费或特别税赋，来支付与废轮胎处置相关的花费。

作为这一问题的经济有效的解决方案，已开发出将碎橡胶形式的废轮胎回收到混凝土中。橡胶化混凝土比常规混凝土的密度更低但更具韧性，其坚固且耐冲击，已被使用在例如隔音、隔热及吸振等方面。但遗憾的是，因为碎橡胶会取代混凝土中的一些粒料，因而使所得橡胶化混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度(splitting tensile strength)相应地减低。这严重限制了能被掺入的碎橡胶量，且会减少橡胶化混凝土的应用范围。授予Zandi等人的美国专利5,456,751公开了一种混凝土组合物，含有0.05至20重量百分比的来源于回收废轮胎的橡胶细微颗粒。添加橡胶会使混凝土的抗压强度从4,000psi降低到1,900psi。此降低现象甚至在有可增强轮胎橡胶颗粒与水泥浆附着的“强塑剂(superplasticizer)”存在下仍会发生，故已成为橡胶化混凝土的主要问题。授予Guy的美国专利5,762,702描述了一种橡胶化混凝土组合物，含有约3.5至4.0重量百分比获自完整废轮胎的包含橡胶、纤维和钢的切碎微细颗粒、飘尘添加物与强塑剂。从该混凝土组合物制成的测试用水泥柱显示在7天时具有的抗压强度为4,000psi。但是该专利并没有提供任何测试数据。

Petr等人的美国专利申请公开案20050096412描述了一种含有橡胶粒料(具有特殊几何形状)的混凝土组合物，并且将强塑剂、飘尘、碳纤维、玻璃纤维及钢和该混凝土组合物混合，以改变最终产物的特性。该橡胶化混凝土的抗压强度较常规的混凝土低。

橡胶化混凝土具有较低抗压与抗拉强度的主要原因在于，碎橡胶细微颗粒与混凝土基材间所形成的物理粘合相对较弱。强塑剂似乎可增强疏水性橡胶细微颗粒与亲水性混凝土基材间的物理粘合，而适度地产生一种中度增强的橡胶化混凝土组合物。

各种用来增进橡胶颗粒与周围水泥基材间更强粘合的表面处理技术已发展出来。这些技术需要例如以水清洗橡胶颗粒，利用酸蚀或等离子处理来修饰橡胶表面，及使用偶合剂。氢氧化钠(NaOH)处理在增强轮胎橡胶颗粒与水泥浆的附着方面似乎可达到最佳结果，但是所制成的橡胶化混凝土的抗压强度仍较常规的混凝土低33％。参见Segre，N.and Joekes，I.，“Use oftire rubber particles as addition to cement paste”，Cement and Concrete Research2000，30(9)，1421-1425。

Chou等人提出一种用于解释橡胶添加物影响橡胶化混凝土的机械特性的理论分析，其显示添加橡胶颗粒会阻断水分在橡胶化混凝土中的扩散，导致某些区域的水合作用不足及不完全，甚至在橡胶细微颗粒已经过氢氧化钠进行化学前处理的情况下亦然。水泥与橡胶粒子间的界面粘合力降低，是造成橡胶化混凝土抗压强度降低的决定性因素。参见Chou，L.H.；Lu，C.K.；Chang，J.R.；Lee，M.T.，“Use of waste rubber as concrete additive”，Waste Manage Res2007，25(1)，68-76。