劉譽貴

(重慶交通大學材料科學與工程學院，重慶 400074)

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專論與綜述

橡膠混凝土性能研究進展

劉譽貴

(重慶交通大學材料科學與工程學院，重慶 400074)

解決日益增加的廢舊橡膠逐漸成為環(huán)境保護和社會發(fā)展的難題，將廢舊橡膠運用于道路建設已成為研究熱點。該文在現有研究基礎上，從工作性能、力學性能及耐久性能等方面綜述了橡膠混凝土的性能研究進展。其中工作性能包括坍落度，力學性能包括粘接性、抗壓抗折強度、抗沖擊性和收縮性，耐久性包括抗?jié)B性和抗凍性。同時對橡膠混凝土的實際應用進行概括，最后對橡膠混凝土存在的問題進行總結與展望。

橡膠混凝土，工作性能，力學性能，耐久性

隨著人們生活水平的提高，我國私家車和貨車數量逐年攀升。雖然車輛數量的增加帶動了國民經濟的持續(xù)發(fā)展，但汽車輪胎的消耗和磨損將產生大量廢舊輪胎。廢舊輪胎被稱為黑色污染，其回收和處理技術一直是世界性難題，也是環(huán)境保護的難題。據相關研究與報道顯示[1-4]，目前全世界每年有15億條輪胎報廢，其中北美占大約4億條，西歐占近2億條，日本1億條，中國每年產生的廢舊輪胎正以8%～10%的速度遞增。2015年，我國廢舊輪胎產生量已突破3億條，其中無害化利用率僅為50%左右，不到西方發(fā)達國家的30%，造成巨大的資源浪費。

過去的一段時間里，我國廢舊輪胎綜合利用的途徑大致有5種[1-4]：①廢舊輪胎原形直接利用、②熱分解、③舊輪胎翻新、④生產再生橡膠、⑤生產硫化橡膠粉。隨著科技的進步，研究者們發(fā)現，將廢舊輪胎橡膠顆粒摻入到混凝土中并用于不同的建筑施工中，將帶來可觀的經濟環(huán)保價值，廢舊橡膠運用于道路建設既可增強路面的特殊性能，又能解決環(huán)境污染問題，這為廢舊輪胎的合理利用開辟出一條捷徑。對于廢舊輪胎的綜合應用，本文主要介紹廢舊輪胎制成橡膠顆粒摻入到水泥混凝土中的應用，并綜述橡膠混凝土在工作性能、力學性能及耐久性能等方面的國內外研究進展。

1 工作性能

廢舊橡膠顆粒的顆粒形狀、表面粗糙度和顆粒尺寸對新拌混凝土的工作性能影響顯著，不同學者的研究結果也差別較大。本文主要從橡膠混凝土的坍落度對混凝土的工作性能進行闡述。Khatib Z K等[5]認為橡膠顆粒摻量越大，混凝土坍落度越小，尤其當橡膠僅取代細集料時，摻量達到集料總體積的40%，坍落度基本為零。但A.Benazzouk等[6]人卻得出相反的結論，即橡膠混凝土的坍落度隨橡膠摻量的增加而呈提高的趨勢。

王軍軍等[7]研究表明，用20目橡膠顆粒等體積替代細集料時，坍落度隨橡膠顆粒摻量的增加呈先增大后減小的趨勢，但均較未摻橡膠組大。覃峰等[8]發(fā)現，當橡膠粉摻量低于10%時，橡膠混凝土的坍落度幾乎沒有變化，當摻量不斷增加時，其坍落度呈降低的趨勢。

2 力學性能

2.1 粘接性

Segre N 和 Monteiro P J等[9]發(fā)現，經飽和氫氧化鈉溶液處理過的橡膠粉能夠大大提高膠粉與水泥基的粘接性能。Palos A等[10]研究表明，向混凝土中摻入質量分數為 8%～25%的改性橡膠顆粒時，較未改性的橡膠混凝土試件，經改性處理過的橡膠混凝土試件明顯提高了砂漿與鋼筋的粘結性能。

何亮等[11]通過自制的實驗裝置測定了橡膠與水泥石的粘接性能，結果發(fā)現改性處理后的橡膠與水泥基體的界面粘結強度明顯增強。趙彥亮等[12]發(fā)現，以DCP為引發(fā)劑，馬來酸酐接枝改性橡膠，可增強橡膠與水泥基的結合強度。周齊權等[13]通過實驗研究發(fā)現，摻入硅烷偶聯(lián)劑改性的橡膠?？商岣呦鹉z顆粒與其他材料的粘接強度。

2.2 抗壓抗折強度

由于橡膠顆粒對橡膠混凝土強度的影響變量較多，本文僅綜述橡膠的摻量和粒徑兩個因素。Gholampour A等[14]研究表明，橡膠混凝土的抗壓強度隨橡膠摻量的增加迅速降低。Khatib Z K等[5]研究結果也表明，橡膠顆粒摻量不斷增加，混凝土的抗壓強度發(fā)生急劇下降，但橡膠顆粒摻量達到一定比例時，摻量對混凝土抗壓強度的影響趨于平緩，且摻細橡膠顆粒的混凝土的抗壓強度要比摻粗橡膠顆粒的高。

何政等[15]通過實驗表明，在廢橡膠粉摻量相同的條件下，橡膠粉越細，則砂漿的強度越高，而隨橡膠粉摻量的增加，砂漿的抗壓強度呈下降的趨勢。付傳清等[16]研究了齡期對橡膠混凝土強度的影響，結果發(fā)現隨齡期的延長，橡膠顆粒與水泥水化產物結合更加密實，有利于強度的提升。龍廣成等[17]研究了不同應變率條件下橡膠混凝土的動態(tài)強度，結果發(fā)現橡膠顆粒摻量的增加能較好地增強混凝土的動態(tài)強度。

2.3 抗沖擊性

Fattuhi N I等[18]通過抗沖擊性能試驗，發(fā)現橡膠混凝土能吸收更多的能量，抗沖擊性能遠大于未摻入橡膠顆粒的普通混凝土。Youssf O等[19]發(fā)現，當橡膠顆粒替代50%的砂時，混凝土的抗沖擊性能可提升3.5倍。

宋少明等[20]研究發(fā)現，與普通混凝土相比，橡膠混凝土的抗沖擊性能顯著提高，尤其是在加入適量粘接劑后，可大幅提升橡膠混凝土的抗沖擊性能。韓青松[21]利用低溫等離子技術處理橡膠顆粒，結果發(fā)現處理后的橡膠混凝土的抗沖擊韌性提升38.6%。

2.4 收縮性

Khatib Z K等[5]的研究結果表明，當摻入質量分數5%的橡膠纖維水泥砂漿的開裂寬度為0.5mm左右時，未摻橡膠纖維的水泥砂漿的開裂寬度已將達到了0.9mm，遠遠超出了橡膠纖維水泥砂漿的裂紋寬度，除此之外，橡膠纖維水泥砂漿的開裂時間也得到相對的延后，這證明在混凝土中摻入橡膠纖維能大大減小混凝土的收縮性。Raghavan D等[22]研究表面，向水泥砂漿中摻入5%的橡膠顆粒能減小砂漿的塑性收縮，還可將水泥砂漿的開裂寬度較空白水泥試件降低約0.4mm。

邵建文等[23]采用外方內圓偏心約束試驗方法，發(fā)現半干硬橡膠混凝土的早期收縮量與收縮率均小于半干硬普通混凝土。王寶明等[24]在混凝土中摻入橡膠粉后進行抗裂性實驗，發(fā)現橡膠混凝土較普通混凝土具有更好的抗裂性，開裂的大小與數量均減小，在相同比較面積上的開裂面積僅為基準混凝土的8.7%，大大降低了混凝土的早期開裂。

3 耐久性能

混凝土的耐久性是指混凝土在規(guī)定使用年限內，在環(huán)境及氣候綜合作用下，不需額外的加固處理而保持其安全性、正常使用性和可接受外觀的能力。混凝土的耐久性直接影響到結構物的正常、安全使用壽命和維修費用等，因此混凝土的耐久性及耐久性設計越來越引起工程界的普遍關注和重視，國內外的一些混凝土結構設計規(guī)范也正在將耐久性設計作為一項重要的設計要求，以提高結構物的安全使用壽命并降低結構物全壽命費用。

3.1 抗?jié)B性

N.Oikonomou等[25]研究表明，橡膠部分取代細集料摻入到水泥砂漿中，明顯改善水泥砂漿的氯離子滲透性能，當混凝土中橡膠顆粒的摻量達到12.5%時，效果達到最佳。魏宏等[26]探索了高溫對高性能橡膠混凝土氯離子滲透性的影響，結果發(fā)現高溫能加快氯離子的滲透，當橡膠摻量為7%時，高性能橡膠混凝土有較好的抗氯離子滲透性能。張亞梅等[27]發(fā)現，當橡膠粉的摻量在10%以下時，可使混凝土的抗?jié)B性得到提升，而當橡膠粉的摻量繼續(xù)增加時，抗?jié)B性將逐漸降低。

3.2 抗凍性

Richardson A E等[28]研究表明，當向普通水泥混凝土中加入0.6%的橡膠顆粒時，混凝土的抗凍性得到明顯提升。Topcu I B等[29]向混凝土中摻入1mm～4mm的橡膠顆粒，經抗凍性試驗表明，摻入橡膠顆粒后的混凝土的抗凍性均好于未摻橡膠顆粒的。王濤等[30]試驗研究表明，摻入橡膠粉后，混凝土的抗凍性得到改善，當80目的橡膠顆粒摻量在30kg·m-3～90kg·m-3時，抗凍性隨摻量的增加而不斷提升。

4 實際應用

隨著橡膠混凝土的問世，學者們的研究也在不斷深入，尤其是國外，橡膠混凝土的實際應用已取得不少成就。目前人們對橡膠混凝土的諸如耐久性、力學性能、保溫隔熱等方面展開大量研究，它的用途也在不斷發(fā)生改變，諸如道路、房屋、橋梁等方面。Piti S等[31]研究了橡膠混凝土預制板的隔熱性能，在橡膠粉摻入比例為10%、20%、30%的情況下，橡膠混凝土板均擁有較低的熱傳導性能，可用作屋面的保溫隔熱材料。Hernandez-Olivares F等[32]鋪設一條剛性橡膠混凝土路面并研究其抗疲勞性能，試驗利用摻量為0%、3.5%、5%的橡膠混凝土鋪筑一段剛性路面，試驗結果表明使用橡膠混凝土比普通混凝土耐久性提高大約5%。韓國有研究學者將橡膠粉和其它集料制成鐵路枕木，在滿足強度條件下，明顯提高了枕木的隔音減震、抗沖擊、耐腐蝕等性能。

史巍等[33]發(fā)現，橡膠混凝土樓板較普混凝土樓板有更好的隔音效果，在保證強度的情況下，橡膠混凝土用于修筑樓房將達到生態(tài)建筑的要求。田帥等[34]研究發(fā)現，較普通混凝土，橡膠混凝土具有更低的導熱系數，說明以橡膠粉為隔熱材料摻入到混凝土中適合用于橋梁路面的鋪裝，且當橋面下層材料改用橡膠粉摻量為4%的橡膠混凝土時，溫度基數減控系數可達28.5%。此外，橡膠混凝土還用于其它一些重要的建筑中，如軍事建筑、國防工業(yè)等，隨著研究的不斷深入，其應用范圍將得到不斷的擴大。

5 總結

橡膠混凝土作為一種新型的建筑材料，國內外對它的研究層出不窮，在各個領域都取得重大突破，但仍然存在很多的不足，有待我們繼續(xù)深入研究。

(1)微觀結構與力學性能?；炷潦怯伤唷⒓?、水等組成，具有強度高、結合密實等優(yōu)點，但其韌性、抗沖擊性等在應用中還存在很多不足。在普通水泥混凝土的基礎上，向其中按體積分數或質量分數摻入橡膠顆粒得到橡膠混凝土，雖然橡膠混凝土具有較好的韌性與某些方面的力學性能，但其在強度上卻存在不足，尤其是其內部微觀結構存在大量的漏洞，并不能滿足大多數的工程需求，所以在橡膠混凝土的微觀結構和力學性能方面還有大量的研究空間。

(2)耐久性方面：耐久性是評價混凝土性能的除強度外的最重要的一大指標，它既關系到施工的難易程度，又關系到道路、橋梁、房屋等一系列建筑的實際應用效果，是一項最為綜合的性能評價指標。雖然據目前的研究表明，橡膠混凝土在抗?jié)B性、抗凍性等方面具有先天的優(yōu)良性能，但它在抗碳化性、鋼筋腐蝕、自然氣候綜合影響等方面的研究還為數甚少，還有待我們去進一步探索。

(3)降噪隔熱等特殊使用性能：目前橡膠混凝土還主要是應用于道路建筑等方面，在其他領域的應用還比較少，而作為一種環(huán)保經濟的新型功能材料并不能局限于道路建設領域，諸如飛機跑道、鐵路軌枕、水下建筑、國防建筑、軍事建筑、核工業(yè)建筑等一系列高新領域的開發(fā)與應用還有待我們去研究與創(chuàng)新。

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Progress in Research on Properties of Rubberized Concrete

LIU Yu-gui

(School of Materials Science & Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)

It has become a difficult problem for environmental protection and social development to solve the increasing waste rubber，and it has become a hot spot to apply waste rubber to road construction. On the basis of the existing research，this paper summarizes the research progress of rubber concrete in terms of work performance，mechanical properties and durability. The work performance includes slump，mechanical properties including adhesion，compressive，flexural strength，impact resistance and shrinkage，durability including impermeability and frost resistance. At the same time，the concrete application of rubber concrete was summarized. Finally，the existing problems of rubber concrete were summarized and looked forward to.

rubberized concrete，work performance，mechanical properties，durability

TU 528