橡膠混凝土的研究進展

(廣州大學土木工程學院 廣東 廣州 510006)

一、橡膠混凝土的研究意義

我國目前輪胎的報廢量居全球首位，每年廢舊輪胎生產產量超過1000萬噸，但無害化利用率僅為60%，低于發達國家90%的利用率。隨著我國汽車消費量的增加，廢舊輪胎的產量還將逐年上升。據專家預測，2020年中國每年產生的廢舊輪胎將超過2000萬噸。因此如何有效并合理地利用廢舊輪胎將成為產業界面臨的最大問題。縱觀橡膠粉的發展，努力培育和擴展膠粉在非橡膠制品領域是綜合利用廢舊輪胎的要點，橡膠粉有很多適用于提高混凝土性能的優點，因此將橡膠粉滲入混凝土中將具有極其重大的資源循環利用和環保意義，符合我國可持續發展的策略。

二、橡膠混凝土靜力作用下的性能

在靜力性能方面，世界各地的學者主要針對橡膠混凝土的抗壓、抗折、劈裂抗拉等強度的變化規律，通過試驗來開展了研究。由相關學者的研究成果可以看出，混凝土的抗折強度與抗壓強度基本上隨橡膠粉占混凝土總體的百分比的增大而呈現下降趨勢，但下降幅度受到橡膠顆粒的形狀、摻量的不同、粒徑而影響。

(一)橡膠混凝土的破壞形態

由于橡膠顆粒有很強的彈性以及很好的抗拉強度，將橡膠粉滲入混凝土中就相當于在混凝土中加入許多微小彈性體，并使橡膠粉盡可能均勻的分布在混凝土的內部，當試件在受到拉彎荷載或者壓力時，橡膠顆粒這種微小的彈性體可以阻礙試件內部裂縫的進一步擴展，從而保證了試件的完整性。

(二)橡膠混凝土的脆性

材料的脆性是混凝土一個很重要的指標，但目前混凝土材料的脆性并沒有統一的定義，先用混凝土的脆性指數來描述混凝土的脆性，即混凝土的可恢復應變比上總應變就是混凝土的脆性指數。混凝土的抗壓強度越大，脆性越大，田薇等人的試驗表明，用30%的橡膠代替粗骨料既能夠滿足脆性指標,也能夠保證材料具有一定的抗壓能力和彈性模量。

(三)橡膠混凝土準靜態抗壓強度

橡膠粉的滲入量對混凝土7d與28d的抗壓強度的影響趨勢大致相同都是先慢后快，7d的轉折點為50L·m3左右，最大損失量為56%，最小損失量為11%，28d的轉折點為80L·m3左右，最大損失量為62%，最小損失量為21%，且相同滲入量下，橡膠粉的粒徑越小抗壓強度損失就越大，這是由于橡膠粉的彈性模量遠遠小于水泥基體，相同滲入量下，粒徑越小會導致混凝土內部薄弱點增多，實際受力面積減小，使總體承荷能力下降。

三、橡膠混凝土動力作用下的性能

由于在混凝土中加入橡膠粉，相當于在混凝土中滲入微小彈性體，使混凝土的彈性增大，延性變好，并在一定程度上改善了混凝土的動力性能，但又存在著許多問題，所以對于混凝土動力學的探究存在著必要性與急迫感。

(一)橡膠混凝土耐久性

在混凝土工程中，耐久性是混凝土的一些重要的技術指標，而橡膠具有很強的彈性，可以在不影響混凝土的化學特性的情況下改善混凝土的耐久性。更有學者的研究認為橡膠粉滲入量為5%～10%時，對于混凝土的耐久性的改善最佳。

橡膠混凝土抗凍性：

在一些緯度比較靠兩極的地區，由于天氣比較寒冷，并在這類地區凍融循環比較嚴重，且抗凍性是描述混凝土耐久性的重要指標，因此對混凝土抗凍性的研究是很有必要的。

1.有許多學者的研究發現，在凍融循環次數及橡膠粉滲入量一樣時，橡膠粉的粒徑越小，混凝土的質量損失率就越小，當凍融循環的次數及橡膠粉的粒徑一致時，質量損失率隨橡膠粉的滲入量的增加而減少。

2.當凍融循環次數與滲入量相同時，橡膠混凝土的粒徑越小，相對動彈性模量就越大，即混凝土的內部損傷能力就越強；當橡膠粉的粒徑及凍融循環次數相同時，混凝土的相對動彈性模量先增加后減少，且其受凍后的相對動彈性模量大于基準的混凝土，即內部損傷能力比基準混凝土強。

3.從改善混凝土抗凍性能來看，宜選用40目的橡膠粉，滲入量小于100L·m3。

(二)橡膠混凝土的減噪聲性能

就目前而言，我國對橡膠混凝土的降噪聲性還不成熟，在很多方面都缺少研究，但是混凝土跟我們生活息息相關，因此對混凝土土噪聲性能的研究至關重要。

楊若沖根據試驗數據發現：(1)在同種車速相同的情況下，橡膠粉的滲入量越大，降噪效果就越明顯；(2)在相同滲入量下，橡膠粉的粒徑對降噪效果不明顯，且當車速越大，降噪效果就越好。

四、復合橡膠混凝土的相關研究

1.將膠乳滲入橡膠混凝土中可以改善橡膠與水泥材料的界面粘結能力，有效的減少了混凝土內部的空隙，進而最大可以提高抗壓強度14%、劈裂抗拉20.9%、及抗折強度22.5%，并得出當乳膠量與凝膠材料質量比值為0.05%時，最佳橡膠滲入量為15%。乳膠滲入橡膠混凝土中還可以利于提高其降噪性能，且還可以降低橡膠混凝土的動彈性模量。

2.將層布式鋼纖維滲入橡膠混凝土中，不僅沒有提高橡膠混凝土的抗壓強度，反而使其抗壓強度發生了降低，且對其抗拉強度沒有明顯的影響，但可以提高橡膠混凝土的抗折強度，同比橡膠混凝土可以提高17%～20%左右。

五、問題與展望

1.由于運用橡膠粉這種低強度的物質來代替混凝土中的一部分骨料，導致混凝土的抗壓強度、抗折強度及受彎承載力降低得比較嚴重，因此導致了橡膠混凝土運用范圍變小，且就目前而言，還沒有相關論文能夠解決這一方面的問題，因此如何解決這一方面的問題顯得迫在眉睫。

2.在高溫情況下，特別是當溫度高于8000C的時候，橡膠混凝土的抗壓強度及抗折強度急劇下降，降低程度高達40%以上，這意味著橡膠混凝土有大約一半的抗壓強度及抗折強度散失，因此橡膠混凝土并不耐高溫。當發生火災的時候，其溫度一般都要超過8000C，混凝土強度散失及其嚴重，所以，如何解決橡膠混凝土在高溫下的性能也顯示的至關重要。

3.雖然有相關學者對橡膠粉滲入混凝土中的均勻性進行研究，但是由于橡膠粉的密度比水的密度小，致使橡膠會往上浮，是橡膠粉在混凝土中分布不均勻，因此到目前而言，雖然有很多改善其均勻性的做法，但從效果來看還并不理想，所以，這一方面的問題也顯現的比較突出。

4.就目前而言，我國對橡膠混凝土的研究還存在于對材料的研究，還沒有延伸到結構上的研究，且對于復合橡膠混凝土的研究也比較少，所以加快對橡膠混凝土在這兩個方面的研究，符合我國當前國家的所倡導的創新的主題。

5.就目前而言，我國對橡膠混凝土的力學性能的研究還缺少系統性的研究，混凝土的強度受橡膠顆粒的影響缺乏全面的總結和規律性的結論。