新型橡胶混凝土应用现状及发展趋势研究

薛晨曦李 琦

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2中国建筑第七工程局有限公司（450000）

新型橡胶混凝土应用现状及发展趋势研究

薛晨曦1李 琦2

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2中国建筑第七工程局有限公司（450000）

橡胶混凝土作为一种新型复合材料，具有抗震性能好、抗冲击能力强、隔音隔热、质量轻、等优点。其基本力学性明显优越于普通混凝土。这里论述了橡胶混凝土的基本特性、优缺点等，并对其应用现状和前景进行总结展望。

橡胶混凝土；力学特性；工程应用

0 引言

随着我国工业进程的不断发展，自然资源的短缺与社会快速发展的矛盾日益激烈。低碳绿色发展、废旧资源的利用也必将成为社会可持续发展的必经之路。全球汽车工业和交通运输业的迅猛发展，汽车轮胎使用量剧增，同时废旧轮胎产量也越来越大。据世界卫生组织统计，世界废旧轮胎积存量已达30亿条，并以令人惊讶的每年10亿条数字增长[1]。废橡胶不易自然降解，直接填埋容易造成土壤污染。焚烧处置会产生大量有毒有害气体造成大气污染，如此庞大的废旧橡胶得不到有效处置不仅是一种极大的资源浪费，更是违背可持续发展的基本国策。因此有必要对废旧橡胶进行资源合理化利用，使其变废为宝，促进经济的可持续发展。

工程中常用的混凝土材料虽然强度高，但也具有脆性特性，导致其强度不能充分得到利用。研究发现，新型橡胶混凝土具有轻质、弹性减震、降噪隔音、隔热保温、变形耗能强和耐久性好等优点。然而，对新型橡胶混凝土的研究处于初步阶段，对其认知存在不同程度的分歧。鉴于此，在大量分析研究相关文献的基础上，对新型橡胶混凝土的基本特性及应用前景进行了分析讨论，以期对相关研究起到抛砖引玉的作用。

1 橡胶混凝土概述及特性

所谓橡胶混凝土，是指普通混凝土作为基材，掺入橡胶细粉或粒径较大的橡胶颗粒，经凝结硬化而形成的一种土木工程新型复合材料[2]。橡胶细粉或橡胶颗粒掺入混凝土中，能够填充混凝土中的空虚，通过改变其内部的微观结构，约束和阻断内部微缝的产生和发展，同时可以吸收应变能量，明显的提高了普通混凝土的抗震性能、抗冲击能力、隔音及隔热等性能，在公路、桥梁以及各种土木工程中取得了良好的工程应用效果。

1.1 弹性模量

目前，国内外的研究均表明橡胶混凝土的弹性模量低于普通混凝土。混凝土的弹性模量取决于骨料和水泥浆体的弹性模量，由于骨料的弹性模量大于水泥浆体的弹性模量，因此，相比于橡胶颗粒等质量取代水泥，等质量取代骨料使混凝土的弹性模量下降更为明显。随橡胶掺量的增加，混凝土的弹性模量呈现出下降的趋势，当混凝土中的骨料完全被橡胶代替时，其弹性模量下降值达到了96%[3]。

1.2 强度

橡胶混凝土强度上通常表现出随橡胶掺量的增大而降低的趋势。针对橡胶粒径对混凝土强度的影响，不同学者的研究结果存在差异[4]。橡胶粉之所以会降低混凝土的强度主要是由于橡胶属于有机材料，与作为无机材料的水泥结合较差，在橡胶粉与水泥的结合界面易形成薄弱环节。较高的强度是水泥混凝土作为结构材料的前提，橡胶粉掺入混凝土后会降低其强度，制约了其应用，因此有必要采取措施以提高橡胶混凝土的强度。

1.3 韧性和延性

与普通混凝土相比，橡胶混凝土表现出了更强的韧性。掺加橡胶粉在降低混凝土抗折强度的同时也显著提高了混凝土的应变能力[2]。虽然目前就橡胶粒径独自对橡胶混凝土韧性的影响规律还没有得到统一，但从这些不同的研究结果中结合橡胶掺量影响可以得到橡胶粒径对橡胶混凝土的韧性影响规律。一般认为橡胶掺量较低 （掺量比例小于15%）时，橡胶粒径较小则韧性更好；橡胶掺量较高（掺量比例大于25%）时，橡胶粒径较大则韧性更好。同时，橡胶粉在变形时能够有效吸收或耗散裂缝扩展时所释放的能量，增韧减脆，使橡胶混凝土在静态破坏时，破而不碎，裂而不断，使橡胶混凝土在一定程度上趋于延性破坏。

1.4 动力特性

研究表明，新型橡胶混凝土利用橡胶的超弹性性能，吸收能量的能力明显提高。主要表现为阻尼增大、抗震能力强、抗冲击效果好[3]。

橡胶是一种粘弹性材料，将橡胶粉掺入混凝土中，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，能有效吸收振动能，也能明显提高阻尼比。由于材料的阻尼是衡量材料本身减振性能的主要指标，阻尼越大则表明材料本身的振动性越低，越有利于材料的正常使用，所以掺橡胶集料的混凝土与普通混凝土相比有较好的减振性能。橡胶混凝土具有良好抗冲击性能的原因在于掺加的橡胶粉填充了混凝土中的细小孔隙，一方面提高了混凝土的密实度，混凝土的韧性增加，另外在外荷载作用下缓冲、吸收能量的能力同时增强。混凝土材料的阻尼与结构的减震性能密切相关。

2 橡胶混凝土影响因素

橡胶混凝土与普通混凝土区别主要在于掺入不同比例的橡胶粉末或橡胶颗粒。因此影响其性能的因素主要包括掺入橡胶的粒径、比例、掺入的工艺技术、以及预处理方式等[2]。

2.1 预处理方式

为改善橡胶颗粒与水泥浆体的黏结性能，抑制橡胶混凝土强度的下降，掺入前应首先对橡胶颗粒进行预处理，主要有用水清洗，用NaOH、CCL4等有机和无机溶液浸泡，偶联剂拌合或直接添加黏结材料等几种方式。不同处理方式的处理效果详见表1。

表1 不同改性剂的处理效果

2.2 掺入橡胶的粒径、比例

橡胶混凝土强度上表现出随橡胶掺量的增大而降低的趋势。橡胶粉之所以会降低混凝土的强度主要是由于橡胶属于有机材料，与作为无机材料的水泥结合较差，在橡胶粉与水泥的结合界面易形成薄弱环节。随着粒径的增大，橡胶混凝土的含气量减小，耐久性能变得更差，热传导速率上升，吸声性能增强,改善混凝土收缩开裂性能的作用下降。

2.3 掺入施工工艺

橡胶颗粒在混凝土中的掺加方式主要有外掺法和替代法两种形式。外掺法是不改变混凝土自身的配合比，将橡胶颗粒按一定的比例直接外掺入混凝土中，而替代法则是将橡胶颗粒等体积或等质量部分或全部替代混凝土中的骨料，国内外大部分的研究都采用替代法。研究表明：等体积取代细骨料的橡胶混凝土无论抗压强度还是劈裂抗拉强度均优于按其他掺加方式所得的橡胶混凝土。

3 橡胶混凝土的应用现状

与普通混凝土相比，橡胶混凝土具有较好的减震性、抗冲击性等优点，能较好适应建筑市场的需要。因此近年来，橡胶混凝土在各领域内的应用都取得了开拓性的进展[5-6]。

民用建筑：由于橡胶混凝土自重轻、隔声、隔热等特点，使得橡胶混凝土砌块成为一种新型的墙体节能材料，另外，采用橡胶混凝土制成的屋面板除了能隔绝空气噪声，还具有良好的隔绝撞击噪声的性能。

道路桥梁：与普通沥青路面相比，胶粉改性沥青路面的夏季粘软和反光、冬季开裂和硬化现象大大减轻，汽车行驶时噪声大大降低、飞石现象大大减少且制动距离缩短。因此橡胶混凝土大量用于建设高等级公路。同时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。

其他方面：利用橡胶混凝土较好的吸能特性，橡胶混凝土可以用在铁路运输方面，以减少火车高速运行的冲击；此外，还可用在建筑的抗震减震方面，以及军用防爆等方面。

4 结论及展望

橡胶混凝土作为一种新型复合材料，以其独特的抗冲击能力强、抗震性能好、隔音隔热、质量轻、等优点，已在各大领域都得到了较好的应用；同时也解决了废旧橡胶难处理的问题。然而，作为新生事物，必然还存在许多问题，为更为广泛的推广应用，必须系统的对橡胶混凝土机理进行更为深入的研究，同时开发使用的改性剂，提高强度。橡胶混凝土作为一种低碳、环保的新型复合材料，符合国家可持续发展战略,必将实现经济和社会效益的统一。

[1]魏杨倬,倪明仿,王铮,康露茜.基于资源节约的废旧轮胎回收利用研究[J].再生资源与循环经济,2012(1)：34-36.

[2]韩阳,白亚强,巴松涛.橡胶集料改性混凝土研究进展与应用[J].混凝土,2013(10)：87-90+94.

[3]杨春峰,杨敏.废旧橡胶混凝土力学性能研究进展[J].混凝土,2011(12)：98-100+109.

[4]阮盛华.橡胶混凝土的研究及应用进展[A].天津大学.第十二届全国现代结构工程学术研讨会暨第二届全国索结构技术交流会论文集[C].天津大学,2012：18.

[5]王林龙,简宇桥,童代伟,邓文明.橡胶混凝土研究进展[J].公路交通技术,2017(1)：17-20.

[6]徐自然,危大结.浅谈橡胶混凝土的特点及应用[J].科技信息,2010(17)：849.