薛晨曦李 琦

1河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002） 2中國建筑第七工程局有限公司（450000）

新型橡膠混凝土應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究

薛晨曦1李 琦2

1河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002） 2中國建筑第七工程局有限公司（450000）

橡膠混凝土作為一種新型復(fù)合材料，具有抗震性能好、抗沖擊能力強、隔音隔熱、質(zhì)量輕、等優(yōu)點。其基本力學(xué)性明顯優(yōu)越于普通混凝土。這里論述了橡膠混凝土的基本特性、優(yōu)缺點等，并對其應(yīng)用現(xiàn)狀和前景進行總結(jié)展望。

橡膠混凝土；力學(xué)特性；工程應(yīng)用

0 引言

隨著我國工業(yè)進程的不斷發(fā)展，自然資源的短缺與社會快速發(fā)展的矛盾日益激烈。低碳綠色發(fā)展、廢舊資源的利用也必將成為社會可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。全球汽車工業(yè)和交通運輸業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車輪胎使用量劇增，同時廢舊輪胎產(chǎn)量也越來越大。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，世界廢舊輪胎積存量已達30億條，并以令人驚訝的每年10億條數(shù)字增長[1]。廢橡膠不易自然降解，直接填埋容易造成土壤污染。焚燒處置會產(chǎn)生大量有毒有害氣體造成大氣污染，如此龐大的廢舊橡膠得不到有效處置不僅是一種極大的資源浪費，更是違背可持續(xù)發(fā)展的基本國策。因此有必要對廢舊橡膠進行資源合理化利用，使其變廢為寶，促進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

工程中常用的混凝土材料雖然強度高，但也具有脆性特性，導(dǎo)致其強度不能充分得到利用。研究發(fā)現(xiàn)，新型橡膠混凝土具有輕質(zhì)、彈性減震、降噪隔音、隔熱保溫、變形耗能強和耐久性好等優(yōu)點。然而，對新型橡膠混凝土的研究處于初步階段，對其認知存在不同程度的分歧。鑒于此，在大量分析研究相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，對新型橡膠混凝土的基本特性及應(yīng)用前景進行了分析討論，以期對相關(guān)研究起到拋磚引玉的作用。

1 橡膠混凝土概述及特性

所謂橡膠混凝土，是指普通混凝土作為基材，摻入橡膠細粉或粒徑較大的橡膠顆粒，經(jīng)凝結(jié)硬化而形成的一種土木工程新型復(fù)合材料[2]。橡膠細粉或橡膠顆粒摻入混凝土中，能夠填充混凝土中的空虛，通過改變其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，約束和阻斷內(nèi)部微縫的產(chǎn)生和發(fā)展，同時可以吸收應(yīng)變能量，明顯的提高了普通混凝土的抗震性能、抗沖擊能力、隔音及隔熱等性能，在公路、橋梁以及各種土木工程中取得了良好的工程應(yīng)用效果。

1.1 彈性模量

目前，國內(nèi)外的研究均表明橡膠混凝土的彈性模量低于普通混凝土。混凝土的彈性模量取決于骨料和水泥漿體的彈性模量，由于骨料的彈性模量大于水泥漿體的彈性模量，因此，相比于橡膠顆粒等質(zhì)量取代水泥，等質(zhì)量取代骨料使混凝土的彈性模量下降更為明顯。隨橡膠摻量的增加，混凝土的彈性模量呈現(xiàn)出下降的趨勢，當(dāng)混凝土中的骨料完全被橡膠代替時，其彈性模量下降值達到了96%[3]。

1.2 強度

橡膠混凝土強度上通常表現(xiàn)出隨橡膠摻量的增大而降低的趨勢。針對橡膠粒徑對混凝土強度的影響，不同學(xué)者的研究結(jié)果存在差異[4]。橡膠粉之所以會降低混凝土的強度主要是由于橡膠屬于有機材料，與作為無機材料的水泥結(jié)合較差，在橡膠粉與水泥的結(jié)合界面易形成薄弱環(huán)節(jié)。較高的強度是水泥混凝土作為結(jié)構(gòu)材料的前提，橡膠粉摻入混凝土后會降低其強度，制約了其應(yīng)用，因此有必要采取措施以提高橡膠混凝土的強度。

1.3 韌性和延性

與普通混凝土相比，橡膠混凝土表現(xiàn)出了更強的韌性。摻加橡膠粉在降低混凝土抗折強度的同時也顯著提高了混凝土的應(yīng)變能力[2]。雖然目前就橡膠粒徑獨自對橡膠混凝土韌性的影響規(guī)律還沒有得到統(tǒng)一，但從這些不同的研究結(jié)果中結(jié)合橡膠摻量影響可以得到橡膠粒徑對橡膠混凝土的韌性影響規(guī)律。一般認為橡膠摻量較低 （摻量比例小于15%）時，橡膠粒徑較小則韌性更好；橡膠摻量較高（摻量比例大于25%）時，橡膠粒徑較大則韌性更好。同時，橡膠粉在變形時能夠有效吸收或耗散裂縫擴展時所釋放的能量，增韌減脆，使橡膠混凝土在靜態(tài)破壞時，破而不碎，裂而不斷，使橡膠混凝土在一定程度上趨于延性破壞。

1.4 動力特性

研究表明，新型橡膠混凝土利用橡膠的超彈性性能，吸收能量的能力明顯提高。主要表現(xiàn)為阻尼增大、抗震能力強、抗沖擊效果好[3]。

橡膠是一種粘彈性材料，將橡膠粉摻入混凝土中，其填充行為和本身的彈性行為，可改善混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，能有效吸收振動能，也能明顯提高阻尼比。由于材料的阻尼是衡量材料本身減振性能的主要指標(biāo)，阻尼越大則表明材料本身的振動性越低，越有利于材料的正常使用，所以摻橡膠集料的混凝土與普通混凝土相比有較好的減振性能。橡膠混凝土具有良好抗沖擊性能的原因在于摻加的橡膠粉填充了混凝土中的細小孔隙，一方面提高了混凝土的密實度，混凝土的韌性增加，另外在外荷載作用下緩沖、吸收能量的能力同時增強?；炷敛牧系淖枘崤c結(jié)構(gòu)的減震性能密切相關(guān)。

2 橡膠混凝土影響因素

橡膠混凝土與普通混凝土區(qū)別主要在于摻入不同比例的橡膠粉末或橡膠顆粒。因此影響其性能的因素主要包括摻入橡膠的粒徑、比例、摻入的工藝技術(shù)、以及預(yù)處理方式等[2]。

2.1 預(yù)處理方式

為改善橡膠顆粒與水泥漿體的黏結(jié)性能，抑制橡膠混凝土強度的下降，摻入前應(yīng)首先對橡膠顆粒進行預(yù)處理，主要有用水清洗，用NaOH、CCL4等有機和無機溶液浸泡，偶聯(lián)劑拌合或直接添加黏結(jié)材料等幾種方式。不同處理方式的處理效果詳見表1。

表1 不同改性劑的處理效果

2.2 摻入橡膠的粒徑、比例

橡膠混凝土強度上表現(xiàn)出隨橡膠摻量的增大而降低的趨勢。橡膠粉之所以會降低混凝土的強度主要是由于橡膠屬于有機材料，與作為無機材料的水泥結(jié)合較差，在橡膠粉與水泥的結(jié)合界面易形成薄弱環(huán)節(jié)。隨著粒徑的增大，橡膠混凝土的含氣量減小，耐久性能變得更差，熱傳導(dǎo)速率上升，吸聲性能增強,改善混凝土收縮開裂性能的作用下降。

2.3 摻入施工工藝

橡膠顆粒在混凝土中的摻加方式主要有外摻法和替代法兩種形式。外摻法是不改變混凝土自身的配合比，將橡膠顆粒按一定的比例直接外摻入混凝土中，而替代法則是將橡膠顆粒等體積或等質(zhì)量部分或全部替代混凝土中的骨料，國內(nèi)外大部分的研究都采用替代法。研究表明：等體積取代細骨料的橡膠混凝土無論抗壓強度還是劈裂抗拉強度均優(yōu)于按其他摻加方式所得的橡膠混凝土。

3 橡膠混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀

與普通混凝土相比，橡膠混凝土具有較好的減震性、抗沖擊性等優(yōu)點，能較好適應(yīng)建筑市場的需要。因此近年來，橡膠混凝土在各領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用都取得了開拓性的進展[5-6]。

民用建筑：由于橡膠混凝土自重輕、隔聲、隔熱等特點，使得橡膠混凝土砌塊成為一種新型的墻體節(jié)能材料，另外，采用橡膠混凝土制成的屋面板除了能隔絕空氣噪聲，還具有良好的隔絕撞擊噪聲的性能。

道路橋梁：與普通瀝青路面相比，膠粉改性瀝青路面的夏季粘軟和反光、冬季開裂和硬化現(xiàn)象大大減輕，汽車行駛時噪聲大大降低、飛石現(xiàn)象大大減少且制動距離縮短。因此橡膠混凝土大量用于建設(shè)高等級公路。同時橡膠混凝土已作為韌性面層材料、橋梁伸縮縫及伸縮縫開裂修復(fù)彈性材料使用。

其他方面：利用橡膠混凝土較好的吸能特性，橡膠混凝土可以用在鐵路運輸方面，以減少火車高速運行的沖擊；此外，還可用在建筑的抗震減震方面，以及軍用防爆等方面。

4 結(jié)論及展望

橡膠混凝土作為一種新型復(fù)合材料，以其獨特的抗沖擊能力強、抗震性能好、隔音隔熱、質(zhì)量輕、等優(yōu)點，已在各大領(lǐng)域都得到了較好的應(yīng)用；同時也解決了廢舊橡膠難處理的問題。然而，作為新生事物，必然還存在許多問題，為更為廣泛的推廣應(yīng)用，必須系統(tǒng)的對橡膠混凝土機理進行更為深入的研究，同時開發(fā)使用的改性劑，提高強度。橡膠混凝土作為一種低碳、環(huán)保的新型復(fù)合材料，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,必將實現(xiàn)經(jīng)濟和社會效益的統(tǒng)一。

[1]魏楊倬,倪明仿,王錚,康露茜.基于資源節(jié)約的廢舊輪胎回收利用研究[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟,2012(1)：34-36.

[2]韓陽,白亞強,巴松濤.橡膠集料改性混凝土研究進展與應(yīng)用[J].混凝土,2013(10)：87-90+94.

[3]楊春峰,楊敏.廢舊橡膠混凝土力學(xué)性能研究進展[J].混凝土,2011(12)：98-100+109.

[4]阮盛華.橡膠混凝土的研究及應(yīng)用進展[A].天津大學(xué).第十二屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會暨第二屆全國索結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會論文集[C].天津大學(xué),2012：18.

[5]王林龍,簡宇橋,童代偉,鄧文明.橡膠混凝土研究進展[J].公路交通技術(shù),2017(1)：17-20.

[6]徐自然,危大結(jié).淺談橡膠混凝土的特點及應(yīng)用[J].科技信息,2010(17)：849.