橡膠集料混凝土耐久性研究現(xiàn)狀綜述

徐琪，徐金花，高思，趙雪濤

（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110178）

引言

隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，高分子工業(yè)垃圾越來(lái)越多，其中廢舊橡膠材料數(shù)量高居世界第二位。橡膠集料混凝土是由廢舊汽車(chē)輪胎橡膠微粒摻入普通混凝土中配置而成的，具有很好的抗裂性能，以及大變形、和能量耗散多等諸多優(yōu)點(diǎn)。橡膠集料混凝土的廣泛應(yīng)用，不僅解決了廢棄垃圾處理問(wèn)題，使資源得以再利用，而且作為綠色建材，實(shí)現(xiàn)了建筑環(huán)保。在保證其具有良好的力學(xué)性能的前提下，研究橡膠集料混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕性等混凝土的耐久性很有必要[1-4]。

1 抗?jié)B性

混凝土的滲透性是影響混凝土耐久性的最主要因素之一。抗?jié)B性能的高低不僅表征了混凝土耐水流穿過(guò)的能力，而且對(duì)混凝土的抗碳化、抗凍、抗氯離子穿透的能力也有重要的影響[4]。胡鵬[5]的試驗(yàn)研究表明：摻入橡膠微粒可以改善混凝土的滲透性，其中，當(dāng)摻量為5%時(shí)抗?jié)B效果最好。混凝土的抗?jié)B性是由水壓力、毛細(xì)孔壓力和毛細(xì)孔阻力綜合影響的，而橡膠的摻入使混凝土的微觀孔結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，增大了混凝土的毛細(xì)孔率，減少了混凝土平均毛細(xì)孔半徑，降低了毛細(xì)孔的抽吸作用，從而降低了混凝土的滲透性。路沙沙[6]等人試驗(yàn)研究表明：摻量相同時(shí)，粒徑越大抗?jié)B性越好；粒徑相同時(shí)，摻量越大抗?jié)B性越好。橡膠是憎水材料，粗糙的廢舊橡膠粉引氣能力更強(qiáng)，且切斷了毛細(xì)孔，延長(zhǎng)了滲水通道，從而大大減弱了毛細(xì)現(xiàn)象，增強(qiáng)了抗?jié)B透性。但粒徑越小，上述現(xiàn)象越不明顯，抗?jié)B性能也越弱。劉春生，朱涵[7]基于Darcy定律和Young-Laplace方程，研究了橡膠集料對(duì)混凝土滲透性的影響。研究表明橡膠有明顯的疏水性，與普通混凝土相比，摻入的橡膠使混凝土毛細(xì)孔壓力降低了38.1%～80.2%，明顯提高了混凝土抗?jié)B性。

2 抗凍性

我國(guó)大部分寒冷地區(qū)，使用除冰鹽對(duì)路面進(jìn)行除雪，這樣往往會(huì)導(dǎo)致路面的剝蝕和開(kāi)裂，使水泥混凝土路面達(dá)不到設(shè)計(jì)的使用年限[8]。很多研究表明，作為新型綠色建材的橡膠集料混凝土能提高抗凍性。Savas等[9]試驗(yàn)研究表明：經(jīng)過(guò)300次快速凍融循環(huán)后，橡膠顆粒含量為水泥質(zhì)量的10%～15%的混凝土的耐久系數(shù)比普通混凝土高60%，當(dāng)摻入的橡膠顆粒含量達(dá)到水泥質(zhì)量的20%～30%時(shí)，橡膠集料混凝土的耐久系數(shù)不滿(mǎn)足ASTM標(biāo)準(zhǔn)，并且凍融循環(huán)質(zhì)量損失率隨著凍融次數(shù)增加而增加。徐金花等人[10]試驗(yàn)研究表明，橡膠粉的摻入能明顯改善混凝土的抗鹽凍性能，尤其是摻量為5%～10%時(shí)效果較好，少量橡膠粉的摻入在鹽凍初期抗凍效果明顯，能顯著提高混凝土的抗凍性，但后期大量橡膠粉摻入會(huì)降低混凝土的抗凍性，混凝土的強(qiáng)度和抗腐蝕性也會(huì)降低。為了橡膠集料混凝土具有很好的強(qiáng)度和抗凍性，建議橡膠摻量不宜超過(guò)15%。周梅教授等[11]采用二因素、四水平的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)研究表明混凝土的抗鹽凍性能和橡膠細(xì)集料的粗細(xì)程度有關(guān)，摻入的橡膠細(xì)集料越細(xì)，抗鹽凍效果更好。當(dāng)橡膠顆粒取代細(xì)集料的取代率40%時(shí)，混凝土抗鹽凍性能較好，但取代率超過(guò)40%時(shí)，混凝土的動(dòng)彈性模量會(huì)降低，抗鹽凍性下降。祝發(fā)珠[12]認(rèn)為橡膠集料混凝土的抗凍性主要和含氣量有關(guān)，研究表明橡膠摻量12%左右時(shí)，混凝土的抗鹽凍效果明顯，當(dāng)超過(guò)12%后，雖然混凝土的含氣量隨著摻入的橡膠增加而增加，但是過(guò)量的摻入會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，增加含水量，最終致使混凝土的抗凍性能降低。由于試驗(yàn)的方法、材料、儀器等不同，試驗(yàn)結(jié)果往往會(huì)有所差別，但是通過(guò)比較，也不難發(fā)現(xiàn)橡膠的摻量能改善混凝土的抗凍性，但是過(guò)多的橡膠摻入會(huì)降低混凝土的抗凍性能。

3 抗化學(xué)腐蝕性

被廣泛應(yīng)用于惡劣環(huán)境的混凝土，在使用過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)處于含鹽環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)總是更容易受到破壞，其耐久性較于普通的混凝土要低，人們逐漸開(kāi)始研究鹽離子對(duì)混凝土耐久性的影響，發(fā)現(xiàn)摻入橡膠的混凝土比普通混凝抗腐蝕性效果好。[13]歐興進(jìn)[14]采用ASTM C1202直流電量法對(duì)橡膠集料混凝土的氯離子性能進(jìn)行比較系統(tǒng)的試驗(yàn)，研究表明，橡膠集料的摻入能在一定程度上降低混凝土的氯離子滲透性，橡膠集料混凝土的抗氯離子侵蝕性能比普通混凝土好，且1～2mm橡膠顆粒的改善效果優(yōu)于4～6mm橡膠塊。而王寶民[15]等人試驗(yàn)研究表明，水灰比是影響橡膠集料混凝土抵抗氯離子侵蝕主要因素，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著水灰比的增大而增大，第二影響因素是橡膠摻量，橡膠集料混凝土抗氯離子侵蝕性能在橡膠摻量10kg/m3時(shí)效果顯著，隨著橡膠摻量的增加，混凝土的滲透性會(huì)增加，抗氯離子侵蝕性降低，當(dāng)橡膠粒徑在80到120目的范圍內(nèi)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)因?yàn)榱较嗖畈淮笥绊戄^小，粒徑大的橡膠混凝土抗氯離子侵蝕性略高于粒徑小的橡膠混凝土。

4 結(jié)論

作為新型綠色建筑材料的橡膠集料混凝土，其應(yīng)用的前景越來(lái)越廣泛，對(duì)此進(jìn)行的研究也越來(lái)越深入。現(xiàn)有的研究成果表明，橡膠集料混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、耐腐蝕性較與普通的混凝土更強(qiáng)。

（1）混凝土的抗?jié)B性和橡膠摻量以及粒徑有關(guān)，摻量相同時(shí)，粒徑越大抗?jié)B性越好；粒徑相同時(shí)，摻量越大抗?jié)B性越好，摻量為5%左右時(shí)抗?jié)B性較好。

（2）摻量在10%～15%以下時(shí)，橡膠集料的加入能改善混凝土的抗凍性，但摻入過(guò)多的橡膠，混凝土抗凍性會(huì)降低。

（3）橡膠集料混凝土抵抗氯離子侵蝕的性能普遍優(yōu)于普通混凝土，且粒徑小的橡膠混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)略低于粒徑大的橡膠混凝土。

5 展望

橡膠集料混凝土耐久性能仍需進(jìn)行大量試驗(yàn)研究和和理論分析，在以下方面繼續(xù)探索：

（1）探討不同試驗(yàn)方法與理論分析對(duì)混凝土耐久性的影響規(guī)律，求同存異對(duì)待試驗(yàn)結(jié)果；

（2）本文主要研究了橡膠集料混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗化學(xué)腐蝕性，對(duì)碳化、鋼筋銹蝕等其他因素對(duì)橡膠集料混凝土耐久性問(wèn)題仍需做進(jìn)一步研究；

（3）在多因素耦合作用下，研究橡膠集料混凝土的耐久性，并提出更系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

[1]屈妍.橡膠集料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].混凝土，2012（2）：96-98.

[2]徐金花，馮夏庭，陳四利.橡膠集料對(duì)混凝土抗凍性的影響[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（6）：895-898.

[3]胡鵬，朱涵，王旻.橡膠集料混凝土滲透性能的研究[J].天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（4）：8-12.

[4]胡鵬.橡膠集料混凝土滲透性能研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[5]胡鵬，朱涵.摻橡膠細(xì)粒混凝土的滲透性與微觀結(jié)構(gòu)[J].混凝土與水泥制品，2007（2）：4-6.

[6]路沙沙，麻鳳海，鄧飛.橡膠顆粒摻量、粒徑影響橡膠混凝土性能的試驗(yàn)分析 [J].硅酸鹽通報(bào)，2014，33（10）：2477-2483+2492.

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[10]徐金花，王肖宇，陳四利.橡膠粉集料混凝土抗鹽凍性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品，2015（10）：16-19.

[11]周梅，趙華民，徐秒，等.橡膠細(xì)集料摻量及粗細(xì)程度對(duì)混凝土抗鹽凍性能的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2014（7）：1816-1822.

[12]祝發(fā)珠.橡膠集料混凝土抗鹽凍性能試驗(yàn)研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[13]王開(kāi)慧，橡膠集料混凝土抗硫酸鎂、氯鹽侵蝕性能研究[D].天津：天津大學(xué)，2006.

[14]歐興進(jìn).CRC抗氯離子侵蝕研究及其使用壽命預(yù)測(cè)[D].天津：天津大學(xué)，2006.

[15]王寶民，涂妮，郭志強(qiáng).橡膠混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)研究[J].低溫建筑技術(shù)，2012（9）：1-3.