橡胶混凝土基本性能研究现状分析

李小膀 武玲 龙鹏学

摘要：汽车工业的飞速发展相应地带来了废旧橡胶轮胎数目的剧增，由此产生的环境问题和资源再利用问题亟待解决。将废旧橡胶轮胎加工处理后掺入普通混凝土来制备橡胶混凝土是一种行之有效的方法。本文从橡胶混凝土的基本力学性能、高温对橡胶混凝土的影响及橡胶混凝土的保温隔热性能等三個方面，对现有的研究成果进行了系统的总结，旨在为橡胶混凝土性能的进一步研究及其工程应用提供参考和借鉴。

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.

关键词：废旧橡胶轮胎;橡胶混凝土;力学性能;高温;保温隔热性能

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

中图分类号：U414.18                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）27-0256-02

0  引言

随着汽车工业和制造业的飞速发展，废旧橡胶轮胎的数目也随之剧增，全世界汽车轮胎每年报废的数量高达数亿条，大量的废旧轮胎的堆积占用大面积的土地，由废旧轮胎引发的环境问题及资源再利用问题日益引起社会各界的广泛关注。我国每年会出现5000～6000万条报废轮胎，并且年增长量在15%左右。废旧橡胶轮胎如合理回收利用将能成为最大的橡胶来源，能占使用总量的60～70%。我国2011年的汽车轮胎年产量为8.321亿条[1-2]。当今社会，大力倡导节能环保理念是全世界共同的发展趋势和主题，这是社会和环境可持续健康发展的必然要求，也是必经之路。最大可能地使用可再生材料，循环利用建筑材料是解决环境问题和资源再利用问题的重要手段。将加工后的废旧橡胶轮胎颗粒掺入素混凝土制备成橡胶混凝土能够顺应当代发展的潮流，在发展绿色建筑的基础上，为解决废旧轮胎所产生的环境问题和资源再利用问题提供了一个环保的有效的思路和方法。橡胶混凝土的研究具有重要的绿色环保和循环经济的双重意义。本文尝试从橡胶混凝土的基本力学性能、高温对橡胶混凝土的影响以及橡胶混凝土的保温隔热性能等三个方面出发，对现有的研究成果分别进行了系统的归纳总结，旨在为橡胶混凝土相关性能的进一步探索及其工程应用提供一定意义上的参考。

1  橡胶混凝土力学性能研究现状

在20世纪80年代末，学者就开始了对橡胶混凝土研究，包括对其基本力学特性、动力学性能、材料的耐高温和物理化学性能等方面的研究。

L. Zheng等[3]将由废旧轮胎加工而成的橡胶颗粒作为混凝土拌合用骨料之一，并以不同的体积掺量取代原粗骨料来制备橡胶混凝土。研究发现，橡胶混凝土的强度和弹性模量均随着橡胶含量的增加而降低。类似地，Ali R. Khaloo等[4]以不同掺量的橡胶颗粒等体积替换矿物骨料，对橡胶混凝土的基本力学性能进行了系统研究。结果显示，橡胶混凝土的单轴抗压强度和切线模量下降显著，但是随着橡胶含量的增加，其脆性破坏程度逐渐得到改善，并且裂缝的扩展速度和破坏后的裂缝宽度相对于素混凝土较小。Blessen Skariah Thomas[5]等将橡胶颗粒作为细骨料掺入至高强素混凝土来等质量替代天然细骨料，以此制备出不同橡胶掺量的橡胶混凝土。研究同样指出，橡胶混凝土的抗压强度、抗弯拉强度相对于素混凝土有所降低，并提出在具有发生脆性破坏可能性的结构中，橡胶混凝土具有较好的适用性。

宋少民等[6]采用橡胶粉为细骨料的替代材料，研究橡胶混凝土的抗压强度、抗折强度及抗冲击性能。试验结果显示：橡胶混凝土的抗压和抗折强度相对于素混凝土均没有明显的变化。但其抗冲击性能却有明显的提高，在某种程度上改善了水泥与骨料的界面状况，约束了微裂缝的产生和扩展。莫晓东等[7]通过开展单轴压缩试验，着重研究了橡胶颗粒或橡胶粉的掺量及其粒径对橡胶混凝土的力学性能的影响。结果显示：橡胶颗粒或者橡胶粉的粒径大小对抗压强度、初始弹性模量以及破坏形态有一定的影响。赵丽妍[8]采用由废旧轮胎加工成的橡胶粉来拌制橡胶混凝土研究其力学性能试验研究。结果表明，橡胶混凝土的抗压和抗折强度随橡胶含量的增加而降低，而其韧性和弹性均有所增强。

综上所述，用橡胶颗粒或橡胶粉替代混凝土中的粗骨料或细骨料，混凝土的强度有所降低。橡胶混凝土强度降低的原因主要是橡胶的弹性模量较低，与混凝土较高的弹性模量相差较大，因此削弱了混凝土的强度;另外，橡胶是憎水性材料，与拌制混凝土的其他材料间的黏结较弱，使得混凝土强度有所下降。

2  高温对橡胶混凝土性能影响研究现状

高温对橡胶混凝土性能影响的相关研究重点倾向于高温对橡胶混凝土强度等的影响。Al-Mutairi Nayef[9]等的研究涉及到高温对橡胶混凝土强度的影响。研究结果显示，橡胶混凝土试块经高温处理后，其强度有所下降。Salmabanu Luhar等[10]研究了粉煤灰基橡胶土工聚合物混凝土的热阻。研究结果表明，由于整体材料的热膨胀系数可能不匹配，橡胶土工聚合物混凝土在高温下的强度损失略高于对照土工聚合物混凝土。Farhad Aslan[11]等将高性能自适应橡胶混凝土制备而成的试件经高温处理后进行力学性能试验。结果显示，试块经100℃高温处理后获得了最大的残余强度、抗拉强度和弹性模量，并且弹性模量随温度的增加而降低。

张海波等[12]研究了温度对橡胶混凝土外观及抗压强度的影响。结果表明，在真空条件下，橡胶混凝土经250℃高温作用后，其抗压强度有所提高，但其外观无明显变化。白亚强[13]系统性地研究了橡胶混凝土经高温处理后其力学性能的变化规律。研究发现，高温处理后的橡胶混凝土，其抗压强度、劈裂抗拉强度及其弹性模量均出现降低的现象。并且随着温度的升高，试件的应力应变曲线趋于平缓，极限应力减小，极限应变则相反。

目前来看，对橡胶混凝土的研究普遍集中在常温条件下的性能研究上，很少涉及到高温因素的影响。然而，由于存在建筑火灾发生的情况，橡胶混凝土材料在经历高温作用后，其强度等力学性能的变化将直接关系到建筑物的安全。因此，进一步开展橡胶混凝土在高温条件下的性能研究，对于橡胶混凝土的广泛性应用意义重大。

3  橡胶混凝土保温隔热性能研究现状

S. F. A. Shah等[14]采用热箱技术研究了橡胶混凝土的热工性能。研究表明，掺入橡胶材料提高了混凝土的热工性能，使其具有较好的保温隔热性能。Nelson Flores Medina等[15]也做了相关的研究，结果显示，橡胶颗粒的加入降低了混凝土的导热系数（k），导热系数越低，橡胶混凝土的保温隔热性能也越好，Jiaqi Guo等[16]的研究结果很好地佐证了这一规律。杜家文等[17]开展了废轮胎胶块混凝土的热传导性的试验研究。当废旧橡胶轮胎胶块取代混凝土中的部分骨料时，混凝土的热传导性能出现一定程度的下降，因此，混凝土的隔热性能有所提高。徐静等[18]研究了橡胶粉掺量和粒径对混凝土的热工性能的影响，并且得到了相似的结论。彭焜等[19]在此基础上进一步开展了对粉煤灰橡胶混凝土的保温性能的研究。研究表明，加入橡胶颗粒后，混凝土的保温性能有明显提升，对于运用在多层建筑非承重内外墙体、屋面保温等具有较好的发展前景。

目前研究来看，相关的研究依然不多。鉴于橡胶混凝土良好的保温隔热性能，其在建筑保温、路面基层铺筑等工程领域具有广阔的发展前景，因此，仍需进一步开展对橡胶混凝土保温隔热性能的研究，为橡胶混凝土的推广和应用提供理论依据和技术支持。

4  结语

橡胶混凝土是一种新型、环保型材料，为废旧橡胶轮胎的回收再利用提供了一个有效的解决方案。尽管橡胶颗粒的掺入在一定程度上劣化了混凝土的某些力学性能，但是得益于橡胶材料本身良好的弹性、保温隔热性等，橡胶材料同时赋予了混凝土一定的变形能力、抗裂性和良好的保温隔热性能。鉴于橡胶混凝土这些特性，橡胶混凝土可以运用在那些对于强度要求不高，而对抗裂性或者保温隔热性能有较高要求的建构筑物上。另外，考虑到建筑火灾的威胁，进一步研究橡胶混凝土在高温条件下的特性，探索橡胶混凝土所能耐受的高温阈值，这些工作的开展对于橡胶混凝土能否得到广泛、安全的应用意义重大。

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作者简介：李小膀（1977-），男，回族，河南周口人，硕士，高级工程师，主要从事岩土工程设计与施工工作。