添加再生細橡膠粉於水泥砂漿力學性質之研究

工程科技與教育學刊 第七卷 第二期 民國九十九年四月 第 292～300 頁

添加再生細橡膠粉於水泥砂漿力學性質之研究

王和源、林毓珉 國立高雄應用科技大學 土木工程與防災科技研究所 E-mail: wangho@cc.kuas.edu.tw

摘 要

本研究乃針對細橡膠粉作為再生建材，取三種通過不同篩號細度(#30、#50、#100)及四種添加量(重量 比 : 2.5%、5%、7.5%、10%)的橡膠粉以細骨材重量的百分比取代天然細骨材應用於水泥砂漿中及控制組， 探討新拌性質，製成水泥砂漿試體並於不同齡期進行硬固性質、彈性模數、波松比及長度變化率等試驗， 以了解廢棄輪胎橡膠粉於水泥砂漿中其適用性及相互關係，進而提升廢輪胎橡膠的價值，達到廢棄物資源 化及最大經濟效益。 結果顯示:各配比添加廢輪胎橡膠粉之水泥砂漿凝結時間以及流度皆隨著取代量的增加而延長。添加橡 膠粉於水泥砂漿中會導致抗壓強度的降低，而添加#50 廢輪胎橡膠粉的抗壓強度是三種細度中最高的，主要 原因為橡膠粉末本身的硬度小於一般砂，但含有橡膠粉末的試體在破壞時外觀的裂縫較控制組小。由於橡 膠粉對於試體之體積約束性較一般砂弱，因此添加橡膠粉則會提高體積的膨脹率，以 RU30R10 的試體在 91 天齡期時膨脹率是控制組的 168%，達到 0.037%。隨著橡膠粉末的取代量增加，其彈性模數與波松比隨之 減少。 關鍵詞:廢輪胎橡膠粉、水泥砂漿、水刀、重量比、再生材料

A study on the mechanical properties of cement mortar add waste tire rubber

powder

Abstract

In this study, waste tire rubbers powders are used as recycled materials and grinded to pass sieve # 30 # 50 and # 100 by water-jet technology. The powders will be replaced by fine aggregates then added in cement mortar which passed sieve #30, #50 and #100 will be replaced by aggregates for 0%, 2.5%, 5%, 7.5% and 10% by weight to product mortar specimens in order to find the best replacement ratio. Some relevant test such as fresh properties, air content, setting time, some harden and physical tests such as compression strength, bending strength, anti-pulls strength, Poisson's ratio, will tested to realize the applicability and the relationship that waste tire powder added in cement mortar, then to enhance the value of rubber tires and to achieve the best economic efficiency.

The results showed that: all the specimens adding rubber powder would extend their setting time and flow. Add rubber powder in cement mortar will result in lower mechanical properties Add the powder rubber tires # 50 of the compressive strength of cement mortar is the highest of the three. Add rubber powder will be increased by volume expansion in order to test the #30 replace 10% body in age 91 days when the expansion rate is 168 percent

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of the control group, reaching 0.037%.The modulus of elasticity and Poisson's Ratio decreased by the raise of replacement.

Keyword: waste tire rubber powder, cement mortar, water-jet cutting, the weight ratio, recycled materials

1. 前 言

由於台灣每年回收處理的廢輪胎多達十萬公噸以上，約相當於兩百萬個輪胎，此尚未包括經過翻胎再 使用的再生胎，以及原形利用於公共工程作為固堤或工程基礎的數量[1] [2]。 而報廢的輪胎如未能妥善回收處理，將對環境造成重大污染，不僅露天燃燒會產生有害人體健康的黑 煙、二氧化硫等酸性氣體，也可能因為廢輪胎的露天堆置積水，形成登革熱病媒蚊滋生的溫床[3]。 台灣廢輪胎之回收處理作業始於民國 78 年，行政院環保署公告之『廢輪胎回收清除處理辦法』。自民 國 89 年以來，經稽核認證之廢輪胎回收量維持在 10 至 12 萬公噸之間，工業廢棄物若處理不當，將造成 環境的破壞與污染，倘若能將廢棄物再生利用，不但可獲得龐大的經濟效益，對國家資源的配置也有莫大 的助益，因此儘早研發其高附加價值之產品，探討其工程性質及經濟效益[4]。 一般輪胎切片之能量約為 14,200Btu/lb，不含鋼的廢絲胎切片約合 15,500Btu/lb，純橡膠廢胎顆粒約 16,000Btu/lb，而無煙煤約為 2,750Btu/lb，可知廢輪胎的熱值高於煤，因此可以燃燒方式來回收廢輪胎所含 的能量以取代煤的使用，目前利用廢輪胎作為燃料最普遍的業為水泥業，其次為造紙廠，亦有一些業者利 用廢輪胎來發電。註：「1Btu=778ft-lb」[5]。 因應新式的水刀技術，已經能把廢輪胎處理成 100 號篩的極細粉末，有別於以往的橡膠粉的細度，如 果能將廢輪胎細橡膠粉和混凝土結合在一起，將之稱為廢橡膠粉混凝土(Waste Rubber Powder Concrete，簡 稱 WRPC)，不但可以提高混凝土的性能，同時解決廢棄輪胎衍生的諸多問題，且可提升國內混凝土產製技 術，達到先進國家技術產製之林[6]。 本研究主要探討廢輪胎粉資源化後，運用在水泥砂漿的可行性，藉由試驗結果分析廢輪胎粉以水泥重 量百分比額外添加之最佳添加量。確保有助於混凝土工程性質，不僅可滿足設計規範之要求，更可以有效 再生資源化廢輪胎粉，達到環境保護及經濟需求雙贏訴求，將研究的成果商品化、產業化，以提升產業附 加之價值。

2. 試驗規劃

2.1 試驗材料 水泥使用台灣水泥公司所生產之第一型卜特蘭水泥，其性質符合 CNS61 第一型卜特蘭水泥的規 格，所有水泥皆於購入當日以不透水塑膠密封，防止水氣侵入使水泥硬化，拌合水均符合 CNS 1237 混凝 土拌合用水要求規定。廢輪胎細橡膠粉係以廢輪胎經由新式水刀系統處理後，再予以通過＃30 ＃50 ＃100 號篩，其化學及物理性質如表 1 及表 2 所示。 2.2 試驗變數 本研究針對廢輪胎細橡膠粉擬以固定水膠比 0.65，通過不同細度廢輪胎橡膠粉#30、#50、#100， 添加在水泥砂漿裡，依不同比例廢輪胎橡膠粉 0%、2.5%、5%、7.5%、10%重量百分比替代砂(配比表如表 3)，拌和成緻密細橡膠粉水泥砂漿試體，探討其物、化性，新拌性質(稠度、凝結時間)，並製成水泥砂漿試 體於 1、7、28、56、91 天進行、力學性質(抗壓)、體積變化率、彈性模數、波松比等試驗，並從中尋找最 佳替代砂之廢輪胎橡膠粉含量。