橡膠混凝土基本性能研究現(xiàn)狀分析

李小膀 武玲 龍鵬學

摘要：汽車工業(yè)的飛速發(fā)展相應地帶來了廢舊橡膠輪胎數(shù)目的劇增，由此產(chǎn)生的環(huán)境問題和資源再利用問題亟待解決。將廢舊橡膠輪胎加工處理后摻入普通混凝土來制備橡膠混凝土是一種行之有效的方法。本文從橡膠混凝土的基本力學性能、高溫對橡膠混凝土的影響及橡膠混凝土的保溫隔熱性能等三個方面，對現(xiàn)有的研究成果進行了系統(tǒng)的總結，旨在為橡膠混凝土性能的進一步研究及其工程應用提供參考和借鑒。

Abstract： The rapid development of the automobile industry has correspondingly brought about a sharp increase in the number of waste rubber tires. The resulting environmental problems and resource reuse problems need to be resolved urgently. It is an effective method to mix waste rubber tires with ordinary concrete to prepare rubber concrete. This article systematically summarizes the existing research results from three aspects： the basic mechanical properties of rubber concrete， the influence of high temperature on rubber concrete and the thermal insulation performance of rubber concrete， with the aim of providing reference for further research and its engineering application.

關鍵詞：廢舊橡膠輪胎;橡膠混凝土;力學性能;高溫;保溫隔熱性能

Key words： waste rubber tires;rubber concrete;mechanical properties;high temperature;thermal insulation performance

中圖分類號：U414.18? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0256-02

0? 引言

隨著汽車工業(yè)和制造業(yè)的飛速發(fā)展，廢舊橡膠輪胎的數(shù)目也隨之劇增，全世界汽車輪胎每年報廢的數(shù)量高達數(shù)億條，大量的廢舊輪胎的堆積占用大面積的土地，由廢舊輪胎引發(fā)的環(huán)境問題及資源再利用問題日益引起社會各界的廣泛關注。我國每年會出現(xiàn)5000～6000萬條報廢輪胎，并且年增長量在15%左右。廢舊橡膠輪胎如合理回收利用將能成為最大的橡膠來源，能占使用總量的60～70%。我國2011年的汽車輪胎年產(chǎn)量為8.321億條[1-2]。當今社會，大力倡導節(jié)能環(huán)保理念是全世界共同的發(fā)展趨勢和主題，這是社會和環(huán)境可持續(xù)健康發(fā)展的必然要求，也是必經(jīng)之路。最大可能地使用可再生材料，循環(huán)利用建筑材料是解決環(huán)境問題和資源再利用問題的重要手段。將加工后的廢舊橡膠輪胎顆粒摻入素混凝土制備成橡膠混凝土能夠順應當代發(fā)展的潮流，在發(fā)展綠色建筑的基礎上，為解決廢舊輪胎所產(chǎn)生的環(huán)境問題和資源再利用問題提供了一個環(huán)保的有效的思路和方法。橡膠混凝土的研究具有重要的綠色環(huán)保和循環(huán)經(jīng)濟的雙重意義。本文嘗試從橡膠混凝土的基本力學性能、高溫對橡膠混凝土的影響以及橡膠混凝土的保溫隔熱性能等三個方面出發(fā)，對現(xiàn)有的研究成果分別進行了系統(tǒng)的歸納總結，旨在為橡膠混凝土相關性能的進一步探索及其工程應用提供一定意義上的參考。

1? 橡膠混凝土力學性能研究現(xiàn)狀

在20世紀80年代末，學者就開始了對橡膠混凝土研究，包括對其基本力學特性、動力學性能、材料的耐高溫和物理化學性能等方面的研究。

L. Zheng等[3]將由廢舊輪胎加工而成的橡膠顆粒作為混凝土拌合用骨料之一，并以不同的體積摻量取代原粗骨料來制備橡膠混凝土。研究發(fā)現(xiàn)，橡膠混凝土的強度和彈性模量均隨著橡膠含量的增加而降低。類似地，Ali R. Khaloo等[4]以不同摻量的橡膠顆粒等體積替換礦物骨料，對橡膠混凝土的基本力學性能進行了系統(tǒng)研究。結果顯示，橡膠混凝土的單軸抗壓強度和切線模量下降顯著，但是隨著橡膠含量的增加，其脆性破壞程度逐漸得到改善，并且裂縫的擴展速度和破壞后的裂縫寬度相對于素混凝土較小。Blessen Skariah Thomas[5]等將橡膠顆粒作為細骨料摻入至高強素混凝土來等質(zhì)量替代天然細骨料，以此制備出不同橡膠摻量的橡膠混凝土。研究同樣指出，橡膠混凝土的抗壓強度、抗彎拉強度相對于素混凝土有所降低，并提出在具有發(fā)生脆性破壞可能性的結構中，橡膠混凝土具有較好的適用性。

宋少民等[6]采用橡膠粉為細骨料的替代材料，研究橡膠混凝土的抗壓強度、抗折強度及抗沖擊性能。試驗結果顯示：橡膠混凝土的抗壓和抗折強度相對于素混凝土均沒有明顯的變化。但其抗沖擊性能卻有明顯的提高，在某種程度上改善了水泥與骨料的界面狀況，約束了微裂縫的產(chǎn)生和擴展。莫曉東等[7]通過開展單軸壓縮試驗，著重研究了橡膠顆粒或橡膠粉的摻量及其粒徑對橡膠混凝土的力學性能的影響。結果顯示：橡膠顆粒或者橡膠粉的粒徑大小對抗壓強度、初始彈性模量以及破壞形態(tài)有一定的影響。趙麗妍[8]采用由廢舊輪胎加工成的橡膠粉來拌制橡膠混凝土研究其力學性能試驗研究。結果表明，橡膠混凝土的抗壓和抗折強度隨橡膠含量的增加而降低，而其韌性和彈性均有所增強。

綜上所述，用橡膠顆粒或橡膠粉替代混凝土中的粗骨料或細骨料，混凝土的強度有所降低。橡膠混凝土強度降低的原因主要是橡膠的彈性模量較低，與混凝土較高的彈性模量相差較大，因此削弱了混凝土的強度;另外，橡膠是憎水性材料，與拌制混凝土的其他材料間的黏結較弱，使得混凝土強度有所下降。

2? 高溫對橡膠混凝土性能影響研究現(xiàn)狀

高溫對橡膠混凝土性能影響的相關研究重點傾向于高溫對橡膠混凝土強度等的影響。Al-Mutairi Nayef[9]等的研究涉及到高溫對橡膠混凝土強度的影響。研究結果顯示，橡膠混凝土試塊經(jīng)高溫處理后，其強度有所下降。Salmabanu Luhar等[10]研究了粉煤灰基橡膠土工聚合物混凝土的熱阻。研究結果表明，由于整體材料的熱膨脹系數(shù)可能不匹配，橡膠土工聚合物混凝土在高溫下的強度損失略高于對照土工聚合物混凝土。Farhad Aslan[11]等將高性能自適應橡膠混凝土制備而成的試件經(jīng)高溫處理后進行力學性能試驗。結果顯示，試塊經(jīng)100℃高溫處理后獲得了最大的殘余強度、抗拉強度和彈性模量，并且彈性模量隨溫度的增加而降低。

張海波等[12]研究了溫度對橡膠混凝土外觀及抗壓強度的影響。結果表明，在真空條件下，橡膠混凝土經(jīng)250℃高溫作用后，其抗壓強度有所提高，但其外觀無明顯變化。白亞強[13]系統(tǒng)性地研究了橡膠混凝土經(jīng)高溫處理后其力學性能的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，高溫處理后的橡膠混凝土，其抗壓強度、劈裂抗拉強度及其彈性模量均出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。并且隨著溫度的升高，試件的應力應變曲線趨于平緩，極限應力減小，極限應變則相反。

目前來看，對橡膠混凝土的研究普遍集中在常溫條件下的性能研究上，很少涉及到高溫因素的影響。然而，由于存在建筑火災發(fā)生的情況，橡膠混凝土材料在經(jīng)歷高溫作用后，其強度等力學性能的變化將直接關系到建筑物的安全。因此，進一步開展橡膠混凝土在高溫條件下的性能研究，對于橡膠混凝土的廣泛性應用意義重大。

3? 橡膠混凝土保溫隔熱性能研究現(xiàn)狀

S. F. A. Shah等[14]采用熱箱技術研究了橡膠混凝土的熱工性能。研究表明，摻入橡膠材料提高了混凝土的熱工性能，使其具有較好的保溫隔熱性能。Nelson Flores Medina等[15]也做了相關的研究，結果顯示，橡膠顆粒的加入降低了混凝土的導熱系數(shù)（k），導熱系數(shù)越低，橡膠混凝土的保溫隔熱性能也越好，Jiaqi Guo等[16]的研究結果很好地佐證了這一規(guī)律。杜家文等[17]開展了廢輪胎膠塊混凝土的熱傳導性的試驗研究。當廢舊橡膠輪胎膠塊取代混凝土中的部分骨料時，混凝土的熱傳導性能出現(xiàn)一定程度的下降，因此，混凝土的隔熱性能有所提高。徐靜等[18]研究了橡膠粉摻量和粒徑對混凝土的熱工性能的影響，并且得到了相似的結論。彭焜等[19]在此基礎上進一步開展了對粉煤灰橡膠混凝土的保溫性能的研究。研究表明，加入橡膠顆粒后，混凝土的保溫性能有明顯提升，對于運用在多層建筑非承重內(nèi)外墻體、屋面保溫等具有較好的發(fā)展前景。

目前研究來看，相關的研究依然不多。鑒于橡膠混凝土良好的保溫隔熱性能，其在建筑保溫、路面基層鋪筑等工程領域具有廣闊的發(fā)展前景，因此，仍需進一步開展對橡膠混凝土保溫隔熱性能的研究，為橡膠混凝土的推廣和應用提供理論依據(jù)和技術支持。

4? 結語

橡膠混凝土是一種新型、環(huán)保型材料，為廢舊橡膠輪胎的回收再利用提供了一個有效的解決方案。盡管橡膠顆粒的摻入在一定程度上劣化了混凝土的某些力學性能，但是得益于橡膠材料本身良好的彈性、保溫隔熱性等，橡膠材料同時賦予了混凝土一定的變形能力、抗裂性和良好的保溫隔熱性能。鑒于橡膠混凝土這些特性，橡膠混凝土可以運用在那些對于強度要求不高，而對抗裂性或者保溫隔熱性能有較高要求的建構筑物上。另外，考慮到建筑火災的威脅，進一步研究橡膠混凝土在高溫條件下的特性，探索橡膠混凝土所能耐受的高溫閾值，這些工作的開展對于橡膠混凝土能否得到廣泛、安全的應用意義重大。

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作者簡介：李小膀（1977-），男，回族，河南周口人，碩士，高級工程師，主要從事巖土工程設計與施工工作。