改性橡胶混凝土的物理力学性能实践探究

范春雷

（嘉兴南洋职业技术学院,浙江 嘉兴 314003）

随着社会经济水平的不断提高，人们对汽车的需求量逐渐加大，虽然促进了汽车行业的迅猛发展，但也产生了大量的废弃橡胶轮胎。橡胶不易降解，埋在地下会污染环境，焚烧又会产生大量的污染气体，那么怎样处理这些废弃的橡胶，实现资源的循环利用是值得探讨的问题。将橡胶和混凝土结合在一起，合理的利用废弃的橡胶无疑是非常科学有效的方法。对改性橡胶混凝土的物理力学性能的探究就变得意义重大[1]。

1 改性方式对橡胶混凝土力学性能的影响

橡胶混凝土是一种新型的复合材料，制作过程非常简单，把废旧的橡胶制成不同粒径掺入到一般的混凝土中即可。其生产提高了混凝土的综合性能，又将废旧橡胶进行了循环利用，节约了橡胶资源，减轻对环境的污染。橡胶混凝土与普通的混凝土相比，具有韧性高、抗冲击性强、抗压性强等特点，但是也有不足之处便是其强度不如一般混凝土。为了避免橡胶混凝土的强度降低，学者们通过实践研究，得出了改性方式不同对橡胶混凝土力学性能影响就不同的结论。

2 橡胶混凝土的性能特点

2.1 橡胶混凝土的抗裂性

经过相关实践探究表明：掺入橡胶颗粒的混凝土比之原先的混凝土，橡胶混凝土的开裂时间明显有所延迟，实践也表明普通的混凝土试件在此过程中的破坏形式为脆性破坏，而掺杂有橡胶颗粒的混凝土却是产生的形变，呈现的是延性破坏，普通的混凝土试件在破坏前没有预兆，但是掺入橡胶颗粒的混凝土试件在破坏前有明显的变化。所以掺入橡胶颗粒的混凝土延展性和韧性都有所提高，抗裂性比普通的混凝土要强。

2.2 橡胶混凝土的抗折强度

掺入橡胶颗粒的混凝土比之原先的混凝土抗折强度有明显的提高。一方面的原因是由橡胶本身的性质决定的，橡胶的弹性模量比混凝土的橡胶模量要低，在产生形变时橡胶颗粒承受的压力要比其它颗粒承受的压力小，导致应力集中。但是降低的幅度并不是受橡胶颗粒掺入量的多少影响，橡胶颗粒掺入的量直接影响了混凝土的抗折性，加入橡胶颗粒能够很好的提高混凝土的抗折能力。

2.3 橡胶混凝土的抗冲击能力

大多数的实践研究表明，加入了橡胶粉的混凝土的抗冲击能力比普通混凝土强，在混凝土中加入橡胶粉填入混凝土的缝隙中，增加了混凝土的密度，并且在水泥的混合下形成了具有一定强度的变形中心，可以制约裂缝的产生和发展。增加混凝土的热韧性，降低混凝土的刚性，在混凝土受到冲击时，能够吸收震动力，减少冲击的作用力。增强了混凝土的抗冲击能力[2]。

2.4 橡胶混凝土的氯离子渗透性

氯离子在混凝土中的迁移方式有三种，毛细吸附、渗透和扩散。一般情况下氯离子的扩散是最主要的迁移方式。混凝土的孔隙率和其对氯离子的固化能力，影响着混凝土对氯离子的扩散阻碍能力。橡胶集料的掺入能提高混凝土的氯离子渗透性。

3 改性混凝土的物理学力学性能实践研究

3.1 实验材料

水泥采用广州石井水泥公司生产的P·O 42.5R水泥；细集料采用普通河砂；粗集料为5～30㎜连续级配碎石；采用浙江绿环橡胶粉体工程有限公司生产的橡胶颗粒，粒径分别为5～8目（4 ～2.36㎜,1级），8～12目（2.36～1.4㎜,2级），12～16目（1.4～1㎜,3级），40目（0.38㎜,4级），减水剂是广东江门强力建材有限公司生产的强力牌萘系高效减水剂，改性剂为常用的镁水泥外加剂。

3.2 试验方法

依据普通混凝土的试验方法，以普通水泥的配比为基准，将橡胶颗粒按等体积代替砂的方式掺入。基准混凝土（C35）的配比为m（水泥）：m（砂）：m（石）：m（水）：m（减水剂）=1:1.74:3.11:0.55：0.0055，基准橡胶混凝土的配比与基准混凝土一致，其中的橡胶颗粒掺量按替代35%体积的砂子后换算得出，配比为1:1.21:3.09:0.23:0.55:0.0055，改性橡胶混凝土的配比和基准橡胶混凝土相一致，在具有流动性的情况下采用0.45的水灰比，测试内容有：橡胶混凝土的变形的性能和抗压强度、抗折强度。抗折、抗压强度的测试可以参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》来进行。抗压试件尺寸为100㎜*100㎜*100㎜，修正系数为0.95。抗折试件的尺寸为100㎜*100㎜*515㎜，采用四点加载，支座之间的距离为450修正系数为0.75。变形性能的测定过程可以通过测定混凝土小梁试件受弯的荷载来完成。试件尺寸和加载位置与抗折试件一样，运用位移控制，加载速度为0.1㎜/m in。

3.3 试验结果及讨论

橡胶颗粒和水泥基材的粘结界面是橡胶混凝土最脆弱的地方，要提高橡胶混凝土的强度，就需要用改性剂对橡胶颗粒的表面进行处理[3]。

3.3.1 橡胶掺量的影响

橡胶粒度为1级掺量分别为15%,30%,45%,60%,改性剂的用量为橡胶的2.3%，参照相关的成型试件，可以测定其表观密度、和强度以及坍落度，通过实验可知，橡胶混凝土的表观密度与橡胶颗粒的掺量成反比例关系，用改性剂处理并减水20%后，表观密度有少许增大；另外橡胶掺量和混凝土的坍落度关系不大，但是经过改性剂处理并减水20%后，混凝土的坍塌度明显有了变化，与之前的180㎜略小为150㎜。橡胶掺量与混凝土的抗折、抗压强度呈反比例关系，抗折、抗压强的都随着掺量的增大而减小，抗折强度的下降幅度明显小于抗压强度，经由改性剂的处理后，橡胶混凝土的抗压、抗折强度明显增大。

3.3.2 橡胶粒径的影响

试验选用了4种粒径的橡胶，粒度分别是1,2,3,4级，以及根据砂的颗粒配比结果配置的橡胶，基准混凝土强度为C30，橡胶掺量为30%，用改性剂处理后，其用量为水泥质量的0.5%。

在实验中，采用1、2级橡胶配置的混凝土密度高，改性处理后表观密度继续提高；用3、4级细橡胶配置的混凝土表观密度不如前者，尤其是改性后，表观密度不增反降，造成这一现象的原因与橡胶自身的性质有关，橡胶是弹性材料，在受力的过程中会产生形变，周围的水泥基材不够密实，橡胶颗粒越细表面积反而越大，使得成型后的橡胶混凝土更加稀松。因此，经过改性后1、2级的橡胶混凝土强度和抗折度比之前都有提高。3、4级橡胶混凝土强度几乎没有提高，抗折强度较之前没有任何变化。

3.3 橡胶混凝土的变形能力

橡胶混凝土的变形测试结果由下图表1可知。基准混凝土的强度为C35，橡胶粒度为1级，掺量为30%，改性剂是水泥质量的0.5%。由表1可知，在外荷载的作用下，混凝土在开裂前，随着荷载的增加，混凝土试件挠度曲线也呈线性增加[4]。并且橡胶混凝土、改性橡胶混凝土以及普通的橡胶混凝土曲线上升阶段斜率都不一样，掺入橡胶的混凝土曲线上升段斜率比普通混凝土小，进行改性处理后，虽然上升段斜率有增大，但是仍然不及普通的混凝土。

表1 橡胶混凝土的变形测试结果

混凝土开裂后，3种混凝土试件开裂时的挠度曲线基本保持一致，但是较之普通混凝土，橡胶混凝土的韧性呈下降趋势，究其原因是掺入橡胶后混凝土的强度不如之前。但是也可以看到改性后的橡胶混凝土韧性明显比之前有提高，虽然和普通的混凝土相比提高的百分比不是很高，但是和未改性的橡胶混凝土比较提高的幅度相对较大。从实验过程来看，改性橡胶混凝土开裂后的曲线下降的幅度不多，速度也比较缓慢，能够承受的荷载大于普通的混凝土，其曲线的上方为呈下降趋势，所以在相同荷载的情况下其产生的形变最大。

3.4 改性剂对橡胶混凝土性能作用的分析

笔者指出，改性剂中的成分可以和无机材料相结合，其有机基团会在水泥石的作用下产生化学反应或物理结合，将水泥石和集料联系起来，改善界面的粘结性能。由于本文主要研究的是改性相加颗粒和水泥之间的粘结界面，采用的改性剂对有机材料表面有较强的亲和力，所以得出研究中采用的改性剂中一端能够与橡胶颗粒结合，另一端有可能与水泥石产生化学或物理的结合，使得橡胶颗粒和水泥石之间的界面粘结性加强，改善橡胶混凝土力学性状的结论[5]。因而改性剂的改性作用既能够加强界面的粘结，又能润滑橡胶颗粒。

4 结束语

本文通过对改性橡胶混凝土物理力学性能的分析研究，得出了改性后的橡胶混凝土在橡胶粒径和掺量的作用下，较之普通的混凝土其抗折性、抗压性，韧性及变形性能都有了明显的强化。由此可见改性橡胶混凝土的实用性比普通混凝土要高，可将改性橡胶混凝土大量的运用到工程项目中，既能发挥改性橡胶的本职作用，又能节约资源，实现橡胶资源的可持续发展。

[1]李庆来,王美华,陈龙珠等.乳化沥青改性橡胶混凝土试验研究[J].混凝土,2014(03).

[2]朱江,李旭东,张东升.不同分布的钢纤维改性橡胶混凝土性能研究[J].混凝土,2013(03).

[3]曾梦澜,黄海龙,彭良清等.冲击荷载下橡胶改性沥青混凝土的动力学性质[J].湖南大学学报（自然科学版）,2011,38(12).

[4]杨长辉,刘保全,郑亚楠.橡胶颗粒改性对橡胶集料混凝土强度的影响[J].材料导报,2013,27(24).

[5]曹宏亮,史长城,袁群等.橡胶颗粒表面形态对橡胶混凝土强度的影响研究[J].三峡大学学报（自然科学版）,2014,36(06).