橡膠混凝土研究綜述

閆治宇 馮凌云 王大輝

(1.華北水利水電大學水利學院，河南 鄭州 450011； 2.河南省水利科學研究院，河南 鄭州 450002)

21世紀是一個高速的年代，車輛變成人們生活和工作中不可缺少的交通工具。隨著車輛制造量和使用量逐年劇增，產生了大量廢舊輪胎橡膠垃圾。廢舊輪胎橡膠里有橡膠、炭黑、石油附加品、化學混合物等很多化學制品，受熱易揮發到空氣中，對人體傷害巨大。廢舊輪胎橡膠極強的抗機械性和抗降解性，使得其在自然條件下很難降解，不加工處理降解時間長達數百年，而廢舊輪胎燃燒后會產生大量的二氧化硫、氮氧化物和碳黑等有害物質，還產生二英等持久有毒物質，對生態環境污染極大，在海洋中堆積處理也會使海洋系統遭到破壞，這使廢舊輪胎橡膠的處理極其困難。廢舊輪胎產生的危害現已變成當今人們面臨的嚴重考驗之一。全世界廢舊輪胎的年報銷數目已達10億，其中我國占1/5[1]。有關調研組對中國部分省市的廢舊橡膠利用情況等進行了調研，其結果顯示中國廢舊橡膠帶來的環境壓力越來越大，但廢舊輪胎的綜合利用手段并不完善[2]。廢舊輪胎橡膠的綜合利用迫在眉睫。

橡膠混凝土可以利用廢舊輪胎橡膠，其產生于20世紀。美國首先將橡膠混凝土用于道路建設，頒布了《綜合地面運輸效率方案》《橡膠瀝青斷級配混合料設計指南》[3]，介紹了橡膠對于混凝土各方面的影響并且要求將廢舊輪胎橡膠用于路面建設。廢舊輪胎橡膠的摻入使混凝土內部結構產生一定的改變進而使得性能方面有所不同[4]，使得橡膠混凝土比未摻加橡膠混凝土質量更輕、韌性更高、抗裂性能更好、耐久性能更好、抗震能力更強；與瀝青混凝土相比，它在耐水性疲勞壽命和剛度上更加優越、易用于工程。使用廢舊輪胎橡膠配制的橡膠混凝土使混凝土性能得到改善，并且可以大量再利用廢舊輪胎，減少廢物量，保護了我們賴以生存的環境。

1 橡膠混凝土的力學性能

1.1 抗壓強度和劈裂抗拉強度

大量研究數據顯示，加入橡膠對于混凝土的抗壓性能不利，并使劈裂抗拉強度有所下降。鄭秀華等[5]用兩種不同粒徑(20目和60目)的橡膠粉末，分別以細骨料體積含量的5%,10%,15%,20%,25%，30%取代，進行了抗壓試驗。結果顯示，不同粒徑的橡膠配制的混凝土抗壓強度都與橡膠含量成反比，與粒徑成正比。曹宏亮、史長城等[6]經過不同的養護時間后，測量不同粒徑橡膠配制混凝土抗壓的強度，得出對于不同的養護時間都有：橡膠的加入對于混凝土的抗壓性能不利，橡膠混凝土抗壓強度與粒徑成正比，大粒徑的橡膠配置的橡膠混凝土抗壓強度隨養護時間增加最快。ILKER BEKIR TOPCU[7]用橡膠粉取代15%～45%細骨料，粒徑小于1 mm橡膠的圓柱試件，劈裂抗拉強度減少64%，同摻量的粒徑大于1 mm橡膠的試件，其劈裂抗拉強度只有未摻加橡膠混凝土的26%。

1.2 抗折強度和彈性模量

橡膠摻入對于混凝土的抗折性能并沒有提高，且彈性模量有所下降。薛剛等[8]測量了變化的水灰比對橡膠混凝土抗折的強度改變，測量成果有：摻加橡膠顆粒后，混凝土抗折性能下降；摻加橡膠量一樣，水灰比為0.42，橡膠混凝土的抗折強度達到最低點。馮凌云等[9]用橡膠粒徑分別為3 mm～6 mm,1 mm～3 mm及60目配置混凝土，其抗折強度下降了19.6%,16.7%和22.2%，并且認為橡膠混凝土的抗折性能與橡膠粒徑的相關性并不是很大，橡膠混凝土的抗折性能與橡膠摻量成反比。袁勇[10]用廢舊橡膠來代替不同體積分數的粗骨料，進行彈性模量測試，并用橡膠混凝土和未加入橡膠混凝土的測試數據結果進行對照，得出橡膠摻入對彈性模量有明顯的減小作用，并且粒徑對彈性模量有較大影響。

1.3 抗沖擊和阻尼性能

通過國內外的研究可以發現橡膠混凝土抗沖擊性加強，而對于阻尼的性能卻不盡相同。張哲哲[11]等制作橡膠混凝土試件和未摻加橡膠混凝土的薄板試件，進行混凝土阻尼特性的試驗研究，結果表明：加入橡膠的試件的阻尼比有所升高。但Goulias等[12]研究認為橡膠摻加量與橡膠混凝土的阻尼比成負相關。

2 橡膠混凝土的耐久性

2.1 抗凍性和抗滲性

大多數研究都得出，橡膠混凝土的抗凍性優良，但抗滲性受橡膠摻量和橡膠顆粒影響，在一定條件下橡膠混凝土的抗滲性可以優于未摻加橡膠混凝土。許金余等[13]通過對比分析表明：橡膠的粒徑減小，膠混凝土的質量損失率也減少，抵抗內部損傷的能力也增強，抗凍性增強。不同學者對抗滲性研究結果不盡相同，胡鵬等[14]認為橡膠顆粒的摻入可以有效減少細小孔洞之間的聯系，進而使網狀孔結構體系不能形成，且由于橡膠的憎水性，使得滲流阻力加大，降低了毛細孔的抽吸作用，故橡膠的摻入對混凝土的抗滲性具有一定的增強作用。并且馮凌云等[15]研究結果表明：在一定的摻量下，橡膠混凝土的抗滲性能優于未摻加橡膠的混凝土；其抗滲性能與橡膠摻量、橡膠粒徑都成反比。

2.2 抗沖磨性及碳化

加入橡膠后混凝土更加耐沖磨，但對于抗碳化性能的影響卻比較復雜。針對橡膠摻量對混凝土的抗沖磨性問題，李光宇[16]發現橡膠混凝土的抗沖磨強度大于未摻加橡膠混凝土，其強度與橡膠摻量成正比，并且表明橡膠摻量選用恰當時，配制的混凝土抗沖耐磨強度可達未摻加橡膠混凝土的3倍。袁群等[17]研究橡膠粒徑對橡膠混凝土的抗碳化性能的作用。結果表明：橡膠混凝土橡膠粒徑為小于3 mm時配制的橡膠混凝土的碳化程度前期小于未摻加橡膠混凝土后期大于未摻加橡膠混凝土；粒徑在3 mm以上時，橡膠混凝土中期小于未摻加橡膠混凝土相近，后期大于未摻加橡膠混凝土；橡膠粉對于抗碳化性能不利。

3 橡膠混凝土的改性處理

以提高橡膠混凝土的強度為目的，國內外學者對混凝土進行了大量的改性處理。H.Al&hyphen等[18]采用廢舊橡膠顆粒分別以10%,20%和30%的重量來取代瀝青，發現其抗拉強度基本相同。Jang-Kyo Kim等[19]在橡膠混凝土中加入碳纖維布膠粘劑，試驗表明橡膠混凝土的承載力和延性大大提高。Bala Muhammad等[20]天然橡膠膠乳(NRL)中非烴類物質對NRL改性混凝土抗壓強度的影響，發現其中VFA和鋅改性后的強度比未摻加橡膠混凝土的強度高了2%和4%。德克薩斯大學的Souza N A等[21]用馬來酸酐處理橡膠，然后制成橡膠混凝土，結果表明處理后其抗壓強度有一定的提升。何亮、劉譽貴等[22]通過用高錳酸鉀溶液、雙氧水和尿素處理，橡膠氧化—脲化改性后，可以滿足中等強度混凝土的要求。

4 結語

廢舊橡膠對環境的危害已經成為當今人們面臨的嚴重問題之一。橡膠混凝土的誕生為環境保護添磚加瓦，不僅大量利用了被譽為黑色廢物的廢舊輪胎橡膠，而且使混凝土性能有所改良。經過國內外科研人員的不懈努力，發現了橡膠混凝土的諸多優點，使其能夠作為建筑材料在日常中使用。但橡膠混凝土的不足之處如強度低、含氣量大等問題大大限制了其在工程中的應用。并且由于橡膠的特異性如易老化、受溫度影響大等使得橡膠混凝土的微觀情況與未摻加橡膠混凝土有很大差別，但目前這方面研究較少，需要大量有社會責任感的科研人員進一步的探究與觀察，為資源和環境的可持續發展做出貢獻。

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