橡胶混凝土的应用实验研究

2010-12-31盖玉杰

中国新技术新产品 2010年2期

盖玉杰李伟

（1、东北林业大学，黑龙江哈尔滨 150040 2、沈阳建筑工程学院，辽宁沈阳 110044）

随着科技的发展，人们开始把废旧橡胶称为“新型黑色黄金”，千方百计设法回收利用，从而开辟了废旧橡胶利用的新时代。废胶粉是回收利用废旧橡胶的主要途径。橡胶混凝土就是以混凝土为基材，均匀掺入各种非连续的橡胶粉或橡胶颗粒而形成的水泥基复合材料。橡胶主要通过物理力学作用改善混凝土内部结构，并不改变混凝土中各种材料本身的化学性能，因而不会破坏混凝土的耐久性。废旧橡胶资源丰富，价格低廉，利用其对混凝土进行改性是一种既简单又经济的方法。胶粉加入混凝土中的研究目前处于初步阶段。

1 橡胶混凝土的研究现状

国外橡胶混凝土的研究起步于20 世纪80年代末期，国内起步于20 世纪90年代末期，整整晚了十年。目前，国内外橡胶混凝土的研究还是主要集中在强度、变形能力、耐久性能、隔声性能、隔热性能及减震性能等几方面上。

1.1 强度和变形性能实验

所有研究者的试验结果均表明与普通混凝土相比，橡胶混凝土的抗压强度和抗折强度略有降低，其降低程度与胶粉用量、粒径及表面粗糙度有关。研究表明，粗骨料（最大粒径为12.7mm）全部被粒径相当的胶粉替代的混凝土抗压强度降低76.5%，抗折强度降低36.9%；采用不同粒径的胶粉部分替代粗骨料配制混凝土的研究表明，胶粉粒径对橡胶混凝土的抗压强度影响较大，但并不是胶粉粒径越小，混凝土的抗压强度越高；胶粉质量小于水泥质量的7%时，胶粉的加入对混凝土抗压强度和抗折强度影响不大。研究还表明，随着粗胶粉替代粗骨料量的增大，混凝土的韧性提高，但粗胶粉替代粗骨料的质量达到50%后，混凝土的韧性趋于稳定。

1.2 耐久性能实验

混凝土内部的孔隙结构是影响混凝土耐久性能和其它性能的主要因素。掺入适量的橡胶粉可以改善混凝土的孔隙结构，从而改善混凝土的耐久性能。研究表明，将粒径为0.5～1.5mm、2～8mm、5～25mm 的橡胶粉分别掺入到混凝土中进行研究，结果表明橡胶粉能大大提高混凝土的抗冻融性能，其抗冻融性能的效果与加入引气剂的混凝土材料的抗冻融性能相同；将粒径为2～6mm 的胶粉掺入到混凝土且当胶粉质量为水泥质量的10～15%时，混凝土的抗冻融性能较好。

1.3 粘结性能实验

由于胶粉与水泥浆体的相容性不好，导致胶粉与水泥砂浆界面结构不能形成有效的联接。因此，胶粉预处理是改善胶粉与水泥浆体界面结构行之有效的方法，从而提高橡胶混凝土的强度，目前国内外已进行了大量研究如何对胶粉进行改性，主要有：①用水浸泡胶粉以除去其表面污物，使混凝土的抗压强度提高了16%；②用四氯化碳水溶液处理胶粉表面，使混凝土抗压强度提高57%；③用氢氧化钠溶液处理胶粉表面，使混凝土的弯曲强度和断裂能提高，抗压强度提高33%；④用表面活性剂和树脂改性胶粉，试验结果表明，改性胶粉与水泥浆体的界面粘合性能改善；与掺用未改性胶粉的混凝土相比，掺用改性胶粉的混凝土强度下降幅度显著减小。

1.4 隔声性能实验

与传统水泥混凝土相比，橡胶混凝土在吸音方面具有明显的优越性。随着橡胶粉掺量的增加，橡胶混凝土的动弹性模量和固有频率降低，超声波在其中的传播速度减小，隔声功能有所提高。研究表明，当1～2mm 的橡胶粉掺量为砂体积的25%时，水泥砂浆的隔声功能最佳，其固有频率与普通水泥砂浆相比降低了17%，动弹性模量则降低了40%。用氢氧化钠饱和溶液处理的橡胶粉，其对水泥砂浆隔声功能的影响基本与未处理橡胶粉一样。

1.5 隔热性能实验

橡胶的导热系数较低，约为0.1W/m·K，普通混凝土的导热系数为2.1W/m·K，将橡胶颗粒以较大掺量加入到混凝土中，可降低混凝土砌块的导热系数。研究表明，当用0.5～20mm 粒径的橡胶颗粒，掺量为粗集料体积比的5～100%时，橡胶混凝土的导热系数低于传统的水泥混凝土，类似于传统的的绝热块体材料；当以橡胶颗粒100%代替粗集料时，混凝土的导热系数小于0.3W/m ·K，且28 天的强度高于5MPa。研究还表明，橡胶混凝土中橡胶含量为粗集料的80～100%时，可大大降低混凝土的导热系数，具有优良的保温隔热性能。在冬暖夏热地区以框架体系为主的建筑结构中，可作为新型节能建筑的墙体材料。

1.6 减震性能实验

橡胶粉掺入普通水泥混凝土中，作为分布在混凝土内部的弹性微粒体，可显著增大混凝土内部各质点的摩擦和能量的耗散，可以明显提高混凝土的阻尼比。研究表明，当40 目橡胶粉掺量在混凝土总质量0.5～2.5%之间时，与普通混凝土相比，阻尼比可提高50～60%；当橡胶粉掺量超过2.5%后，阻尼比随橡胶粉掺量增大而快速增大，阻尼比提高约1.3～2.3倍。研究表明，将橡胶颗粒掺入混凝土中，其填充行为和本身的弹性行为，可改善混凝土内部孔隙结构，有效地吸收振动，从而使橡胶集料混凝土具有明显的能量耗散功能，阻尼比也会相应的提高，从而具有减振降噪的功能。

2 橡胶混凝土的应用前景

橡胶混凝土作为一种环保产品，有利于固体废弃物的再生利用，并且胶粉改性后的混凝土材料具有较好的耐火性、吸振性、抗冲击特性、抗爆裂特性、隔热、隔音性能等，能较好的适应建筑市场对特殊材料的需求，近些年来，橡胶混凝土已经在工程应用方面取得了开拓性的进展。

2.1 道路工程应用

将橡胶混凝土应用于道路工程，既可以利用废旧橡胶，减少“黑色”污染，又能减震降噪，提高路面行车舒适性和降低城市道路的噪音污染。胶粉改性沥青混凝土路面材料的研究和应用在国内外均已取得较好成效。

2.2 桥梁工程应用

由于橡胶混凝土具有优良的防裂性、韧性和抗老化性能，对许多化学物质具有防腐蚀性能，它可在桥梁工程中得到广泛应用。例如：橡胶混凝土作为韧性面层或条形弹性体用于桥梁建设中伸缩缝装置、作为修复伸缩缝开裂的材料用于修复工程等，还可以应用于停车场伸缩缝及其它需要较大弹性变形的部位。目前，在上海外环道路、内环线高架桥等工程中，橡胶混凝土已作为韧性面层材料、桥梁伸缩缝及伸缩缝开裂修复弹性材料使用。

2.3 铁路工程

目前铁路的混凝土轨枕存在着抗冲击性、抗震性能差等缺陷。这种缺陷在列车高速行驶中表现得更为明显，造成轨枕的使用寿命大大缩短，因此有必要对混凝土进行改性研究。将废胎制成的橡胶粉以一定掺量加到混凝土中，填充孔隙可以改善水泥与骨料的界面状况，能够约束微裂纹的产生和扩展，并形成吸收应变能的结构变形中心，大量吸收震动能，从而明显改善混凝土的抗冲击性，提高混凝土的抗震性能。

2.4 建筑工程应用

当橡胶颗粒以较大的掺量加入到混凝土砌块中，可显著改变混凝土砌块的隔热性能，而填充砌块对强度要求不高，因此橡胶混凝土砌块作为新型墙体材料在建筑节能方面很有前途。众所周知，混凝土楼板虽然隔空气噪声较好，但隔撞击声（固体噪声）的效能却很差，而且目前我国多层、高层建筑室内隔音不好的问题已成为市场关注的重点且随着生活水平的提高，业主对隔音问题会越来越重视。橡胶混凝土楼板可解决或减轻这个问题，符合生态建筑发展的要求。