橡胶混凝土性能研究进展

刘誉贵

(重庆交通大学材料科学与工程学院，重庆 400074)



专论与综述

橡胶混凝土性能研究进展

刘誉贵

(重庆交通大学材料科学与工程学院，重庆 400074)

解决日益增加的废旧橡胶逐渐成为环境保护和社会发展的难题，将废旧橡胶运用于道路建设已成为研究热点。该文在现有研究基础上，从工作性能、力学性能及耐久性能等方面综述了橡胶混凝土的性能研究进展。其中工作性能包括坍落度，力学性能包括粘接性、抗压抗折强度、抗冲击性和收缩性，耐久性包括抗渗性和抗冻性。同时对橡胶混凝土的实际应用进行概括，最后对橡胶混凝土存在的问题进行总结与展望。

橡胶混凝土，工作性能，力学性能，耐久性

随着人们生活水平的提高，我国私家车和货车数量逐年攀升。虽然车辆数量的增加带动了国民经济的持续发展，但汽车轮胎的消耗和磨损将产生大量废旧轮胎。废旧轮胎被称为黑色污染，其回收和处理技术一直是世界性难题，也是环境保护的难题。据相关研究与报道显示[1-4]，目前全世界每年有15亿条轮胎报废，其中北美占大约4亿条，西欧占近2亿条，日本1亿条，中国每年产生的废旧轮胎正以8%～10%的速度递增。2015年，我国废旧轮胎产生量已突破3亿条，其中无害化利用率仅为50%左右，不到西方发达国家的30%，造成巨大的资源浪费。

过去的一段时间里，我国废旧轮胎综合利用的途径大致有5种[1-4]：①废旧轮胎原形直接利用、②热分解、③旧轮胎翻新、④生产再生橡胶、⑤生产硫化橡胶粉。随着科技的进步，研究者们发现，将废旧轮胎橡胶颗粒掺入到混凝土中并用于不同的建筑施工中，将带来可观的经济环保价值，废旧橡胶运用于道路建设既可增强路面的特殊性能，又能解决环境污染问题，这为废旧轮胎的合理利用开辟出一条捷径。对于废旧轮胎的综合应用，本文主要介绍废旧轮胎制成橡胶颗粒掺入到水泥混凝土中的应用，并综述橡胶混凝土在工作性能、力学性能及耐久性能等方面的国内外研究进展。

1 工作性能

废旧橡胶颗粒的颗粒形状、表面粗糙度和颗粒尺寸对新拌混凝土的工作性能影响显著，不同学者的研究结果也差别较大。本文主要从橡胶混凝土的坍落度对混凝土的工作性能进行阐述。Khatib Z K等[5]认为橡胶颗粒掺量越大，混凝土坍落度越小，尤其当橡胶仅取代细集料时，掺量达到集料总体积的40%，坍落度基本为零。但A.Benazzouk等[6]人却得出相反的结论，即橡胶混凝土的坍落度随橡胶掺量的增加而呈提高的趋势。

王军军等[7]研究表明，用20目橡胶颗粒等体积替代细集料时，坍落度随橡胶颗粒掺量的增加呈先增大后减小的趋势，但均较未掺橡胶组大。覃峰等[8]发现，当橡胶粉掺量低于10%时，橡胶混凝土的坍落度几乎没有变化，当掺量不断增加时，其坍落度呈降低的趋势。

2 力学性能

2.1 粘接性

Segre N 和 Monteiro P J等[9]发现，经饱和氢氧化钠溶液处理过的橡胶粉能够大大提高胶粉与水泥基的粘接性能。Palos A等[10]研究表明，向混凝土中掺入质量分数为 8%～25%的改性橡胶颗粒时，较未改性的橡胶混凝土试件，经改性处理过的橡胶混凝土试件明显提高了砂浆与钢筋的粘结性能。

何亮等[11]通过自制的实验装置测定了橡胶与水泥石的粘接性能，结果发现改性处理后的橡胶与水泥基体的界面粘结强度明显增强。赵彦亮等[12]发现，以DCP为引发剂，马来酸酐接枝改性橡胶，可增强橡胶与水泥基的结合强度。周齐权等[13]通过实验研究发现，掺入硅烷偶联剂改性的橡胶粒可提高橡胶颗粒与其他材料的粘接强度。

2.2 抗压抗折强度

由于橡胶颗粒对橡胶混凝土强度的影响变量较多，本文仅综述橡胶的掺量和粒径两个因素。Gholampour A等[14]研究表明，橡胶混凝土的抗压强度随橡胶掺量的增加迅速降低。Khatib Z K等[5]研究结果也表明，橡胶颗粒掺量不断增加，混凝土的抗压强度发生急剧下降，但橡胶颗粒掺量达到一定比例时，掺量对混凝土抗压强度的影响趋于平缓，且掺细橡胶颗粒的混凝土的抗压强度要比掺粗橡胶颗粒的高。

何政等[15]通过实验表明，在废橡胶粉掺量相同的条件下，橡胶粉越细，则砂浆的强度越高，而随橡胶粉掺量的增加，砂浆的抗压强度呈下降的趋势。付传清等[16]研究了龄期对橡胶混凝土强度的影响，结果发现随龄期的延长，橡胶颗粒与水泥水化产物结合更加密实，有利于强度的提升。龙广成等[17]研究了不同应变率条件下橡胶混凝土的动态强度，结果发现橡胶颗粒掺量的增加能较好地增强混凝土的动态强度。

2.3 抗冲击性

Fattuhi N I等[18]通过抗冲击性能试验，发现橡胶混凝土能吸收更多的能量，抗冲击性能远大于未掺入橡胶颗粒的普通混凝土。Youssf O等[19]发现，当橡胶颗粒替代50%的砂时，混凝土的抗冲击性能可提升3.5倍。

宋少明等[20]研究发现，与普通混凝土相比，橡胶混凝土的抗冲击性能显著提高，尤其是在加入适量粘接剂后，可大幅提升橡胶混凝土的抗冲击性能。韩青松[21]利用低温等离子技术处理橡胶颗粒，结果发现处理后的橡胶混凝土的抗冲击韧性提升38.6%。

2.4 收缩性

Khatib Z K等[5]的研究结果表明，当掺入质量分数5%的橡胶纤维水泥砂浆的开裂宽度为0.5mm左右时，未掺橡胶纤维的水泥砂浆的开裂宽度已将达到了0.9mm，远远超出了橡胶纤维水泥砂浆的裂纹宽度，除此之外，橡胶纤维水泥砂浆的开裂时间也得到相对的延后，这证明在混凝土中掺入橡胶纤维能大大减小混凝土的收缩性。Raghavan D等[22]研究表面，向水泥砂浆中掺入5%的橡胶颗粒能减小砂浆的塑性收缩，还可将水泥砂浆的开裂宽度较空白水泥试件降低约0.4mm。

邵建文等[23]采用外方内圆偏心约束试验方法，发现半干硬橡胶混凝土的早期收缩量与收缩率均小于半干硬普通混凝土。王宝明等[24]在混凝土中掺入橡胶粉后进行抗裂性实验，发现橡胶混凝土较普通混凝土具有更好的抗裂性，开裂的大小与数量均减小，在相同比较面积上的开裂面积仅为基准混凝土的8.7%，大大降低了混凝土的早期开裂。

3 耐久性能

混凝土的耐久性是指混凝土在规定使用年限内，在环境及气候综合作用下，不需额外的加固处理而保持其安全性、正常使用性和可接受外观的能力。混凝土的耐久性直接影响到结构物的正常、安全使用寿命和维修费用等，因此混凝土的耐久性及耐久性设计越来越引起工程界的普遍关注和重视，国内外的一些混凝土结构设计规范也正在将耐久性设计作为一项重要的设计要求，以提高结构物的安全使用寿命并降低结构物全寿命费用。

3.1 抗渗性

N.Oikonomou等[25]研究表明，橡胶部分取代细集料掺入到水泥砂浆中，明显改善水泥砂浆的氯离子渗透性能，当混凝土中橡胶颗粒的掺量达到12.5%时，效果达到最佳。魏宏等[26]探索了高温对高性能橡胶混凝土氯离子渗透性的影响，结果发现高温能加快氯离子的渗透，当橡胶掺量为7%时，高性能橡胶混凝土有较好的抗氯离子渗透性能。张亚梅等[27]发现，当橡胶粉的掺量在10%以下时，可使混凝土的抗渗性得到提升，而当橡胶粉的掺量继续增加时，抗渗性将逐渐降低。

3.2 抗冻性

Richardson A E等[28]研究表明，当向普通水泥混凝土中加入0.6%的橡胶颗粒时，混凝土的抗冻性得到明显提升。Topcu I B等[29]向混凝土中掺入1mm～4mm的橡胶颗粒，经抗冻性试验表明，掺入橡胶颗粒后的混凝土的抗冻性均好于未掺橡胶颗粒的。王涛等[30]试验研究表明，掺入橡胶粉后，混凝土的抗冻性得到改善，当80目的橡胶颗粒掺量在30kg·m-3～90kg·m-3时，抗冻性随掺量的增加而不断提升。

4 实际应用

随着橡胶混凝土的问世，学者们的研究也在不断深入，尤其是国外，橡胶混凝土的实际应用已取得不少成就。目前人们对橡胶混凝土的诸如耐久性、力学性能、保温隔热等方面展开大量研究，它的用途也在不断发生改变，诸如道路、房屋、桥梁等方面。Piti S等[31]研究了橡胶混凝土预制板的隔热性能，在橡胶粉掺入比例为10%、20%、30%的情况下，橡胶混凝土板均拥有较低的热传导性能，可用作屋面的保温隔热材料。Hernandez-Olivares F等[32]铺设一条刚性橡胶混凝土路面并研究其抗疲劳性能，试验利用掺量为0%、3.5%、5%的橡胶混凝土铺筑一段刚性路面，试验结果表明使用橡胶混凝土比普通混凝土耐久性提高大约5%。韩国有研究学者将橡胶粉和其它集料制成铁路枕木，在满足强度条件下，明显提高了枕木的隔音减震、抗冲击、耐腐蚀等性能。

史巍等[33]发现，橡胶混凝土楼板较普混凝土楼板有更好的隔音效果，在保证强度的情况下，橡胶混凝土用于修筑楼房将达到生态建筑的要求。田帅等[34]研究发现，较普通混凝土，橡胶混凝土具有更低的导热系数，说明以橡胶粉为隔热材料掺入到混凝土中适合用于桥梁路面的铺装，且当桥面下层材料改用橡胶粉掺量为4%的橡胶混凝土时，温度基数减控系数可达28.5%。此外，橡胶混凝土还用于其它一些重要的建筑中，如军事建筑、国防工业等，随着研究的不断深入，其应用范围将得到不断的扩大。

5 总结

橡胶混凝土作为一种新型的建筑材料，国内外对它的研究层出不穷，在各个领域都取得重大突破，但仍然存在很多的不足，有待我们继续深入研究。

(1)微观结构与力学性能。混凝土是由水泥、集料、水等组成，具有强度高、结合密实等优点，但其韧性、抗冲击性等在应用中还存在很多不足。在普通水泥混凝土的基础上，向其中按体积分数或质量分数掺入橡胶颗粒得到橡胶混凝土，虽然橡胶混凝土具有较好的韧性与某些方面的力学性能，但其在强度上却存在不足，尤其是其内部微观结构存在大量的漏洞，并不能满足大多数的工程需求，所以在橡胶混凝土的微观结构和力学性能方面还有大量的研究空间。

(2)耐久性方面：耐久性是评价混凝土性能的除强度外的最重要的一大指标，它既关系到施工的难易程度，又关系到道路、桥梁、房屋等一系列建筑的实际应用效果，是一项最为综合的性能评价指标。虽然据目前的研究表明，橡胶混凝土在抗渗性、抗冻性等方面具有先天的优良性能，但它在抗碳化性、钢筋腐蚀、自然气候综合影响等方面的研究还为数甚少，还有待我们去进一步探索。

(3)降噪隔热等特殊使用性能：目前橡胶混凝土还主要是应用于道路建筑等方面，在其他领域的应用还比较少，而作为一种环保经济的新型功能材料并不能局限于道路建设领域，诸如飞机跑道、铁路轨枕、水下建筑、国防建筑、军事建筑、核工业建筑等一系列高新领域的开发与应用还有待我们去研究与创新。

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Progress in Research on Properties of Rubberized Concrete

LIU Yu-gui

(School of Materials Science & Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)

It has become a difficult problem for environmental protection and social development to solve the increasing waste rubber，and it has become a hot spot to apply waste rubber to road construction. On the basis of the existing research，this paper summarizes the research progress of rubber concrete in terms of work performance，mechanical properties and durability. The work performance includes slump，mechanical properties including adhesion，compressive，flexural strength，impact resistance and shrinkage，durability including impermeability and frost resistance. At the same time，the concrete application of rubber concrete was summarized. Finally，the existing problems of rubber concrete were summarized and looked forward to.

rubberized concrete，work performance，mechanical properties，durability

TU 528