橡胶混凝土的研究进展

(广州大学土木工程学院 广东 广州 510006)

一、橡胶混凝土的研究意义

我国目前轮胎的报废量居全球首位，每年废旧轮胎生产产量超过1000万吨，但无害化利用率仅为60%，低于发达国家90%的利用率。随着我国汽车消费量的增加，废旧轮胎的产量还将逐年上升。据专家预测，2020年中国每年产生的废旧轮胎将超过2000万吨。因此如何有效并合理地利用废旧轮胎将成为产业界面临的最大问题。纵观橡胶粉的发展，努力培育和扩展胶粉在非橡胶制品领域是综合利用废旧轮胎的要点，橡胶粉有很多适用于提高混凝土性能的优点，因此将橡胶粉渗入混凝土中将具有极其重大的资源循环利用和环保意义，符合我国可持续发展的策略。

二、橡胶混凝土静力作用下的性能

在静力性能方面，世界各地的学者主要针对橡胶混凝土的抗压、抗折、劈裂抗拉等强度的变化规律，通过试验来开展了研究。由相关学者的研究成果可以看出，混凝土的抗折强度与抗压强度基本上随橡胶粉占混凝土总体的百分比的增大而呈现下降趋势，但下降幅度受到橡胶颗粒的形状、掺量的不同、粒径而影响。

(一)橡胶混凝土的破坏形态

由于橡胶颗粒有很强的弹性以及很好的抗拉强度，将橡胶粉渗入混凝土中就相当于在混凝土中加入许多微小弹性体，并使橡胶粉尽可能均匀的分布在混凝土的内部，当试件在受到拉弯荷载或者压力时，橡胶颗粒这种微小的弹性体可以阻碍试件内部裂缝的进一步扩展，从而保证了试件的完整性。

(二)橡胶混凝土的脆性

材料的脆性是混凝土一个很重要的指标，但目前混凝土材料的脆性并没有统一的定义，先用混凝土的脆性指数来描述混凝土的脆性，即混凝土的可恢复应变比上总应变就是混凝土的脆性指数。混凝土的抗压强度越大，脆性越大，田薇等人的试验表明，用30%的橡胶代替粗骨料既能够满足脆性指标,也能够保证材料具有一定的抗压能力和弹性模量。

(三)橡胶混凝土准静态抗压强度

橡胶粉的渗入量对混凝土7d与28d的抗压强度的影响趋势大致相同都是先慢后快，7d的转折点为50L·m3左右，最大损失量为56%，最小损失量为11%，28d的转折点为80L·m3左右，最大损失量为62%，最小损失量为21%，且相同渗入量下，橡胶粉的粒径越小抗压强度损失就越大，这是由于橡胶粉的弹性模量远远小于水泥基体，相同渗入量下，粒径越小会导致混凝土内部薄弱点增多，实际受力面积减小，使总体承荷能力下降。

三、橡胶混凝土动力作用下的性能

由于在混凝土中加入橡胶粉，相当于在混凝土中渗入微小弹性体，使混凝土的弹性增大，延性变好，并在一定程度上改善了混凝土的动力性能，但又存在着许多问题，所以对于混凝土动力学的探究存在着必要性与急迫感。

(一)橡胶混凝土耐久性

在混凝土工程中，耐久性是混凝土的一些重要的技术指标，而橡胶具有很强的弹性，可以在不影响混凝土的化学特性的情况下改善混凝土的耐久性。更有学者的研究认为橡胶粉渗入量为5%～10%时，对于混凝土的耐久性的改善最佳。

橡胶混凝土抗冻性：

在一些纬度比较靠两极的地区，由于天气比较寒冷，并在这类地区冻融循环比较严重，且抗冻性是描述混凝土耐久性的重要指标，因此对混凝土抗冻性的研究是很有必要的。

1.有许多学者的研究发现，在冻融循环次数及橡胶粉渗入量一样时，橡胶粉的粒径越小，混凝土的质量损失率就越小，当冻融循环的次数及橡胶粉的粒径一致时，质量损失率随橡胶粉的渗入量的增加而减少。

2.当冻融循环次数与渗入量相同时，橡胶混凝土的粒径越小，相对动弹性模量就越大，即混凝土的内部损伤能力就越强；当橡胶粉的粒径及冻融循环次数相同时，混凝土的相对动弹性模量先增加后减少，且其受冻后的相对动弹性模量大于基准的混凝土，即内部损伤能力比基准混凝土强。

3.从改善混凝土抗冻性能来看，宜选用40目的橡胶粉，渗入量小于100L·m3。

(二)橡胶混凝土的减噪声性能

就目前而言，我国对橡胶混凝土的降噪声性还不成熟，在很多方面都缺少研究，但是混凝土跟我们生活息息相关，因此对混凝土土噪声性能的研究至关重要。

杨若冲根据试验数据发现：(1)在同种车速相同的情况下，橡胶粉的渗入量越大，降噪效果就越明显；(2)在相同渗入量下，橡胶粉的粒径对降噪效果不明显，且当车速越大，降噪效果就越好。

四、复合橡胶混凝土的相关研究

1.将胶乳渗入橡胶混凝土中可以改善橡胶与水泥材料的界面粘结能力，有效的减少了混凝土内部的空隙，进而最大可以提高抗压强度14%、劈裂抗拉20.9%、及抗折强度22.5%，并得出当乳胶量与凝胶材料质量比值为0.05%时，最佳橡胶渗入量为15%。乳胶渗入橡胶混凝土中还可以利于提高其降噪性能，且还可以降低橡胶混凝土的动弹性模量。

2.将层布式钢纤维渗入橡胶混凝土中，不仅没有提高橡胶混凝土的抗压强度，反而使其抗压强度发生了降低，且对其抗拉强度没有明显的影响，但可以提高橡胶混凝土的抗折强度，同比橡胶混凝土可以提高17%～20%左右。

五、问题与展望

1.由于运用橡胶粉这种低强度的物质来代替混凝土中的一部分骨料，导致混凝土的抗压强度、抗折强度及受弯承载力降低得比较严重，因此导致了橡胶混凝土运用范围变小，且就目前而言，还没有相关论文能够解决这一方面的问题，因此如何解决这一方面的问题显得迫在眉睫。

2.在高温情况下，特别是当温度高于8000C的时候，橡胶混凝土的抗压强度及抗折强度急剧下降，降低程度高达40%以上，这意味着橡胶混凝土有大约一半的抗压强度及抗折强度散失，因此橡胶混凝土并不耐高温。当发生火灾的时候，其温度一般都要超过8000C，混凝土强度散失及其严重，所以，如何解决橡胶混凝土在高温下的性能也显示的至关重要。

3.虽然有相关学者对橡胶粉渗入混凝土中的均匀性进行研究，但是由于橡胶粉的密度比水的密度小，致使橡胶会往上浮，是橡胶粉在混凝土中分布不均匀，因此到目前而言，虽然有很多改善其均匀性的做法，但从效果来看还并不理想，所以，这一方面的问题也显现的比较突出。

4.就目前而言，我国对橡胶混凝土的研究还存在于对材料的研究，还没有延伸到结构上的研究，且对于复合橡胶混凝土的研究也比较少，所以加快对橡胶混凝土在这两个方面的研究，符合我国当前国家的所倡导的创新的主题。

5.就目前而言，我国对橡胶混凝土的力学性能的研究还缺少系统性的研究，混凝土的强度受橡胶颗粒的影响缺乏全面的总结和规律性的结论。