鋼纖維橡膠再生混凝土性能研究現狀

朱榆萍

【摘 要】鋼纖維橡膠再生混凝土作為一種能夠同時解決建筑垃圾、廢舊汽車輪胎處理問題的應用技術，對保護自然環境有較重要意義，而國內研究正處于起步階段。文章對鋼纖維橡膠再生混凝土性能研究現狀進行總結，分析現階段鋼纖維橡膠再生混凝土研究現狀及存在的問題。

【關鍵詞】再生混凝土；鋼纖維混凝土；鋼纖維橡膠再生混凝土

1 混凝土研究現狀

1.1 再生混凝土

再生混凝土是指將廢棄的混凝土塊經過破碎、清洗、分級后，按一定比例與級配混合，部分或全部代替砂石等天然集料（主要是粗集料），再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。近年來，由于城市住宅更新和市政動遷規模的不斷加大，大量舊建筑物被拆毀，或由于地震破壞產生的城市建筑垃圾量越來越大。以前，建筑垃圾只是作為回填材料簡單使用，或者干脆運往垃圾場堆放，前者從一定程度上講尚未合理利用回收資源，后者則侵占了大量農田，導致嚴重的環境破壞。如何合理處理這些建筑垃圾已經引起了政府部門和公眾的普遍關注。

日本、丹麥等資源相對匱乏的國家早在20世紀70年代就對廢棄混凝土進行了再生利用，1997年日本政府就制定了《再生骨料和再生骨料混凝土使用規范》，并相繼在日本各地建立了以處理混凝土廢棄物為主的再生加工廠，生產再生水泥和再生骨料。根據日本建設省的統計，1995年度日本全國混凝土的利用率為65%，2000年廢棄混凝土塊的再利用率就已達到90%。

1.2 鋼纖維混凝土

鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型多相復合材料。亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，顯著地改善混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。

我國研究和應用鋼纖維混凝土開始于20世紀70年代，而近20年來，發展異常迅速。進入20世紀80年代以后，這一領域試驗研究有了迅速的進展， 趙國藩從斷裂力學理論出發，道出與復合材料理論相一致的亂向分布鋼纖維混凝土抗拉強度公式，并分析了鋼纖維混凝土的增強機理和破壞形態。章文綱、程鐵生進行了單軸壓荷載下鋼纖維混凝土梁抗剪性能試驗研究。徐蘊賢等人在推廣鋼纖維混凝土應用于鐵路路軌枕木、橋面鋪裝和工程加固修復的同時，開展了材料基本強度和抗沖擊、抗磨等性能試驗研究。為了更好地推動鋼纖維混凝土的研究與應用的發展，在中國土木工程學會下專門設立了現為混凝土委員會，積極組織開展國內外學術交流。在趙國藩主持下，委員會組織了共八屆全國性纖維水泥與現為混凝土學術會議，極大地推動了鋼纖維混凝土在我國科研工作發展。

1.3 橡膠混凝土

自20世紀90年代起，美、英等發達國家為了解決日益增長的廢舊橡膠輪胎的處理問題，將廢舊輪胎磨碎制得橡膠粉，然后與水泥混凝土混合，制成“橡膠水泥混凝土”。它的性能介于普通混凝土和瀝青混凝土之間，并集合了橡膠和水泥混凝土的特點。

目前，對于橡膠再生混凝土，國內外相關的研究報道極少。我國對再生混凝土的研究和應用均晚于工業發達國家，且對于建筑廢棄物的處理辦法主要是運往露天堆放或填埋，即使是回收也只是作為建筑物或道路的基礎材料等低級利用，這樣不僅占用大量土地，造成環境污染，而且還會導致資源的嚴重浪費。研究表明用再生骨料很容易配制出抗壓強度25～50MPa的混凝土，我國合寧高速公路采用再生骨料混凝土澆筑混凝土路面，其質量均達到優良；上海市建筑科學研究院莘莊科技發展園區內建成的生態建筑示范樓，其再生材料使用率達到60%，應用結果表明該建筑具有超低能耗和很好經濟指標。

2 鋼纖維橡膠再生混凝土研究現狀

鋼纖維橡膠再生混凝土是將再生骨料、鋼纖維、橡膠三者按一定的比例摻入或取代普通混凝土中的集料。大量研究表明，鋼纖維高強混凝土的劈裂抗拉強度和抗折強度顯著增大，并且隨著纖維摻量的增加，混凝土的拉壓比明顯提高。若將鋼纖維摻入到橡膠高強混凝土中，將能發揮鋼纖維對混凝土的阻裂、增強、增韌作用，改善由于橡膠粉的摻入所導致的高強混凝土力學性能下降的問題，使再生橡膠高強混凝土這種新型的綠色環保建筑材料能夠得到進一步的開發與應用。

國內外對橡膠混凝土的研究主要集中在力學性能方面。李悅[1]研究了摻加廢橡膠微粒的再生混凝土的物理力學性能，試驗結果表明，新拌橡膠集料再生骨料混凝土的坍落度隨著橡膠摻量的增加呈增大趨勢，且新拌橡膠集料再生混凝土的流動性要好于普通再生骨料混凝土；當橡膠顆粒摻量相同時，橡膠再生混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度與橡膠集料混凝土比較接近，但兩者都比再生混凝土降低很多，且隨著橡膠摻量的增加，降低幅值就越大；但是橡膠再生骨料混凝土的韌性得到提高。莫曉東[2]將乳化瀝青與粗骨料攪拌，形成瀝青薄膜，添加再生鋼纖維橡膠顆粒或再生橡膠顆粒，制成混凝土試件。通過改變試件再生骨料取代率研究其軸心抗壓性能。結果表明，瀝青改性再生混凝土、鋼纖維橡膠瀝青改性再生混凝土的軸心抗壓強度都隨著再生骨料取代率的增加而增大，但橡膠瀝青改性再生混凝土的軸心抗壓強度變化不大。曾海斌、吳炎海[3]等，以再生骨料取代率和廢舊橡膠摻量兩個參數為控制變量制作再生混凝土試塊，對廢舊鋼纖維橡膠再生混凝土抗拉、抗壓性能進行研究，結果表明，鋼纖維橡膠顆粒對再生混凝土抗壓強度有降低作用，但混凝土抗裂性能卻能得到顯著提高。取代率達到60%時，廢舊鋼纖維橡膠再生混凝土抗壓性能優于廢舊橡膠再生混凝土。龍秀海[4]，研究結果表明，橡膠顆粒、鋼纖維橡膠顆粒以及再生粗骨料的加入降低了混凝土的流動度；隨著橡膠顆粒摻量的增加，再生混凝土抗壓強度基本上呈線性下降趨勢；隨著鋼纖維橡膠顆粒摻量的增加，再生混凝土抗壓強度呈下降趨勢。華北水利水電大學陳愛玖[5-6]等對再生混凝土基本性能作了較深入的研究，特別針對鋼纖維橡膠再生混凝土，采用正交試驗法分析再生粗骨料摻量、骨料強化方式、橡膠顆粒摻量、鋼纖維摻量對其劈拉、抗裂、抗壓性能的影響規律，試驗結果表明，橡膠顆粒對性能影響最大，鋼纖維次之，再生骨料摻量及骨料強化方式對性能影響不大。同時，通過正交試驗方式得到：當再生粗骨料摻量為20%，鋼纖維摻量為0.6%，橡膠摻量為20%，骨料采用機械強化方式時，能夠使混凝土得到最佳的性能。

3 結論與展望

（1）目前國內對鋼纖維橡膠再生混凝土的研究還處于起步階段，力學性能、耐久性能是該材料研究的重點。根據工程實踐應用情況來看，鋼纖維橡膠再生混凝土的其他性能，亦可對其產生較大的影響。

（2）鋼纖維橡膠再生混凝土技術是一種可暫時解決建筑垃圾、廢舊汽車輪胎處理問題的技術，但是，在鋼纖維橡膠再生混凝土達到使用壽命后將會再次稱為建筑垃圾，此時，鋼纖維橡膠再生混凝土該如何處理才能不對生態環境造成二次污染，這是一個應該及早展開研究討論的問題。

【參考文獻】

[1]李悅.廢橡膠粉改性混凝土的研究[C]//第九屆全國水泥和混凝土化學及應用技術年會.2005.

[2]莫曉東，等.鋼纖維橡膠瀝青改性再生混凝土抗壓性能試驗研究[J].混凝土，2010（3）：102-104.

[3]曾海斌，吳炎海，龍秀海.廢舊鋼纖維橡膠再生混凝土抗拉心跟那個試驗研究[J].廣東土木與建筑，2014（3）：36-39.

[4]龍秀海，吳炎海.廢舊橡膠再生混凝土抗壓性能試驗研究[J].福建建筑，2011，03：90-92.

[5]唐德勝，陳愛玖，等.正交法分析鋼纖維橡膠再生混凝土的劈拉、抗折強度[J].混凝土，2014，03：4-6轉10.

[6]陳愛玖，等.正交法分析鋼纖維再生橡膠混凝土的抗壓強度[J].混凝土，2014，04：53-55.

[責任編輯：湯靜]