橡膠混凝土的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究

蓋玉杰 李 偉

（1、東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040 2、沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110044）

隨著科技的發(fā)展，人們開(kāi)始把廢舊橡膠稱(chēng)為“新型黑色黃金”，千方百計(jì)設(shè)法回收利用，從而開(kāi)辟了廢舊橡膠利用的新時(shí)代。廢膠粉是回收利用廢舊橡膠的主要途徑。橡膠混凝土就是以混凝土為基材，均勻摻入各種非連續(xù)的橡膠粉或橡膠顆粒而形成的水泥基復(fù)合材料。橡膠主要通過(guò)物理力學(xué)作用改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并不改變混凝土中各種材料本身的化學(xué)性能，因而不會(huì)破壞混凝土的耐久性。廢舊橡膠資源豐富，價(jià)格低廉，利用其對(duì)混凝土進(jìn)行改性是一種既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)的方法。膠粉加入混凝土中的研究目前處于初步階段。

1 橡膠混凝土的研究現(xiàn)狀

國(guó)外橡膠混凝土的研究起步于20 世紀(jì)80年代末期，國(guó)內(nèi)起步于20 世紀(jì)90年代末期，整整晚了十年。目前，國(guó)內(nèi)外橡膠混凝土的研究還是主要集中在強(qiáng)度、變形能力、耐久性能、隔聲性能、隔熱性能及減震性能等幾方面上。

1.1 強(qiáng)度和變形性能實(shí)驗(yàn)

所有研究者的試驗(yàn)結(jié)果均表明與普通混凝土相比，橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度略有降低，其降低程度與膠粉用量、粒徑及表面粗糙度有關(guān)。研究表明，粗骨料（最大粒徑為12.7mm）全部被粒徑相當(dāng)?shù)哪z粉替代的混凝土抗壓強(qiáng)度降低76.5%，抗折強(qiáng)度降低36.9%；采用不同粒徑的膠粉部分替代粗骨料配制混凝土的研究表明，膠粉粒徑對(duì)橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度影響較大，但并不是膠粉粒徑越小，混凝土的抗壓強(qiáng)度越高；膠粉質(zhì)量小于水泥質(zhì)量的7%時(shí)，膠粉的加入對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度影響不大。研究還表明，隨著粗膠粉替代粗骨料量的增大，混凝土的韌性提高，但粗膠粉替代粗骨料的質(zhì)量達(dá)到50%后，混凝土的韌性趨于穩(wěn)定。

1.2 耐久性能實(shí)驗(yàn)

混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)是影響混凝土耐久性能和其它性能的主要因素。摻入適量的橡膠粉可以改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，從而改善混凝土的耐久性能。研究表明，將粒徑為0.5～1.5mm、2～8mm、5～25mm 的橡膠粉分別摻入到混凝土中進(jìn)行研究，結(jié)果表明橡膠粉能大大提高混凝土的抗凍融性能，其抗凍融性能的效果與加入引氣劑的混凝土材料的抗凍融性能相同；將粒徑為2～6mm 的膠粉摻入到混凝土且當(dāng)膠粉質(zhì)量為水泥質(zhì)量的10～15%時(shí)，混凝土的抗凍融性能較好。

1.3 粘結(jié)性能實(shí)驗(yàn)

由于膠粉與水泥漿體的相容性不好，導(dǎo)致膠粉與水泥砂漿界面結(jié)構(gòu)不能形成有效的聯(lián)接。因此，膠粉預(yù)處理是改善膠粉與水泥漿體界面結(jié)構(gòu)行之有效的方法，從而提高橡膠混凝土的強(qiáng)度，目前國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了大量研究如何對(duì)膠粉進(jìn)行改性，主要有：①用水浸泡膠粉以除去其表面污物，使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高了16%；②用四氯化碳水溶液處理膠粉表面，使混凝土抗壓強(qiáng)度提高57%；③用氫氧化鈉溶液處理膠粉表面，使混凝土的彎曲強(qiáng)度和斷裂能提高，抗壓強(qiáng)度提高33%；④用表面活性劑和樹(shù)脂改性膠粉，試驗(yàn)結(jié)果表明，改性膠粉與水泥漿體的界面粘合性能改善；與摻用未改性膠粉的混凝土相比，摻用改性膠粉的混凝土強(qiáng)度下降幅度顯著減小。

1.4 隔聲性能實(shí)驗(yàn)

與傳統(tǒng)水泥混凝土相比，橡膠混凝土在吸音方面具有明顯的優(yōu)越性。隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠混凝土的動(dòng)彈性模量和固有頻率降低，超聲波在其中的傳播速度減小，隔聲功能有所提高。研究表明，當(dāng)1～2mm 的橡膠粉摻量為砂體積的25%時(shí)，水泥砂漿的隔聲功能最佳，其固有頻率與普通水泥砂漿相比降低了17%，動(dòng)彈性模量則降低了40%。用氫氧化鈉飽和溶液處理的橡膠粉，其對(duì)水泥砂漿隔聲功能的影響基本與未處理橡膠粉一樣。

1.5 隔熱性能實(shí)驗(yàn)

橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)較低，約為0.1W/m·K，普通混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)為2.1W/m·K，將橡膠顆粒以較大摻量加入到混凝土中，可降低混凝土砌塊的導(dǎo)熱系數(shù)。研究表明，當(dāng)用0.5～20mm 粒徑的橡膠顆粒，摻量為粗集料體積比的5～100%時(shí)，橡膠混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)低于傳統(tǒng)的水泥混凝土，類(lèi)似于傳統(tǒng)的的絕熱塊體材料；當(dāng)以橡膠顆粒100%代替粗集料時(shí)，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)小于0.3W/m ·K，且28 天的強(qiáng)度高于5MPa。研究還表明，橡膠混凝土中橡膠含量為粗集料的80～100%時(shí)，可大大降低混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，具有優(yōu)良的保溫隔熱性能。在冬暖夏熱地區(qū)以框架體系為主的建筑結(jié)構(gòu)中，可作為新型節(jié)能建筑的墻體材料。

1.6 減震性能實(shí)驗(yàn)

橡膠粉摻入普通水泥混凝土中，作為分布在混凝土內(nèi)部的彈性微粒體，可顯著增大混凝土內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)的摩擦和能量的耗散，可以明顯提高混凝土的阻尼比。研究表明，當(dāng)40 目橡膠粉摻量在混凝土總質(zhì)量0.5～2.5%之間時(shí)，與普通混凝土相比，阻尼比可提高50～60%；當(dāng)橡膠粉摻量超過(guò)2.5%后，阻尼比隨橡膠粉摻量增大而快速增大，阻尼比提高約1.3～2.3倍。研究表明，將橡膠顆粒摻入混凝土中，其填充行為和本身的彈性行為，可改善混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，有效地吸收振動(dòng)，從而使橡膠集料混凝土具有明顯的能量耗散功能，阻尼比也會(huì)相應(yīng)的提高，從而具有減振降噪的功能。

2 橡膠混凝土的應(yīng)用前景

橡膠混凝土作為一種環(huán)保產(chǎn)品，有利于固體廢棄物的再生利用，并且膠粉改性后的混凝土材料具有較好的耐火性、吸振性、抗沖擊特性、抗爆裂特性、隔熱、隔音性能等，能較好的適應(yīng)建筑市場(chǎng)對(duì)特殊材料的需求，近些年來(lái)，橡膠混凝土已經(jīng)在工程應(yīng)用方面取得了開(kāi)拓性的進(jìn)展。

2.1 道路工程應(yīng)用

將橡膠混凝土應(yīng)用于道路工程，既可以利用廢舊橡膠，減少“黑色”污染，又能減震降噪，提高路面行車(chē)舒適性和降低城市道路的噪音污染。膠粉改性瀝青混凝土路面材料的研究和應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外均已取得較好成效。

2.2 橋梁工程應(yīng)用

由于橡膠混凝土具有優(yōu)良的防裂性、韌性和抗老化性能，對(duì)許多化學(xué)物質(zhì)具有防腐蝕性能，它可在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。例如：橡膠混凝土作為韌性面層或條形彈性體用于橋梁建設(shè)中伸縮縫裝置、作為修復(fù)伸縮縫開(kāi)裂的材料用于修復(fù)工程等，還可以應(yīng)用于停車(chē)場(chǎng)伸縮縫及其它需要較大彈性變形的部位。目前，在上海外環(huán)道路、內(nèi)環(huán)線高架橋等工程中，橡膠混凝土已作為韌性面層材料、橋梁伸縮縫及伸縮縫開(kāi)裂修復(fù)彈性材料使用。

2.3 鐵路工程

目前鐵路的混凝土軌枕存在著抗沖擊性、抗震性能差等缺陷。這種缺陷在列車(chē)高速行駛中表現(xiàn)得更為明顯，造成軌枕的使用壽命大大縮短，因此有必要對(duì)混凝土進(jìn)行改性研究。將廢胎制成的橡膠粉以一定摻量加到混凝土中，填充孔隙可以改善水泥與骨料的界面狀況，能夠約束微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，并形成吸收應(yīng)變能的結(jié)構(gòu)變形中心，大量吸收震動(dòng)能，從而明顯改善混凝土的抗沖擊性，提高混凝土的抗震性能。

2.4 建筑工程應(yīng)用

當(dāng)橡膠顆粒以較大的摻量加入到混凝土砌塊中，可顯著改變混凝土砌塊的隔熱性能，而填充砌塊對(duì)強(qiáng)度要求不高，因此橡膠混凝土砌塊作為新型墻體材料在建筑節(jié)能方面很有前途。眾所周知，混凝土樓板雖然隔空氣噪聲較好，但隔撞擊聲（固體噪聲）的效能卻很差，而且目前我國(guó)多層、高層建筑室內(nèi)隔音不好的問(wèn)題已成為市場(chǎng)關(guān)注的重點(diǎn)且隨著生活水平的提高，業(yè)主對(duì)隔音問(wèn)題會(huì)越來(lái)越重視。橡膠混凝土樓板可解決或減輕這個(gè)問(wèn)題，符合生態(tài)建筑發(fā)展的要求。

2.5 其他方面的廣泛應(yīng)用

橡膠混凝土還可能應(yīng)用在飛機(jī)跑道、地下殼體、房頂、水壩或引水面、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、網(wǎng)球場(chǎng)、畜牧場(chǎng)等領(lǐng)域。它作為輕骨料混凝土（密度為1600～1900kg/m3，抗壓強(qiáng)度為 15.4～21 MPa 或更高）的應(yīng)用也很有吸應(yīng)力。

[1]朱涵.新型彈性混凝土的研究綜述[J].天津建設(shè)科技，2004，（2）.

[2]路用橡膠水泥混凝土研究綜述.公路，2008.4，（4）.

[3]橡膠混凝土的應(yīng)用和研究概況.橡膠工業(yè)，2007，54 卷.