橡胶混凝土的研究进展

岳雪涛 刘冲昊 王可良 李春珍 李海文 刘 玲

(1.山东省绿色建筑协同创新中心，山东 济南 250101； 2.山东建筑大学材料科学与工程学院，山东 济南 250101； 3.山东交通学院交通土建工程学院，山东 济南 250357； 4.山东铁正工程试验检测中心有限公司，山东 济南 250014； 5.山东省建筑科学研究院，山东 济南 251010； 6.济南轨道交通集团有限公司，山东 济南 250101)

1 概述

橡胶混凝土(Rubber Concrete)或者改性橡胶混凝土(Rubberized Concrete)是将不同粒径、微观结构形貌和物理化学特征的橡胶颗粒，代替一部分砂石骨料掺入混凝土中，形成一类有别于传统混凝土的新型混凝土材料。橡胶混凝土的研究开始于20世纪80年代末，最早的研究论文见于20世纪90年代。橡胶颗粒相对于砂石质地软，弹性、柔韧性好。将橡胶颗粒代替部分砂石骨料制备的橡胶混凝土具有一定的弹性或者变形能力，因此又称为弹性混凝土。其力学性能介于普通混凝土和沥青混凝土之间，弹性模量低，抗裂性良好，有一定的变形能力，抗冲击韧性好，隔热隔音性能好。并且制备混凝土所用的橡胶颗粒由废旧轮胎破碎加工而成，相对于以前处理废弃轮胎的制造再生胶、焚烧、翻新利用、生产硫化橡胶粉等方法，制备成橡胶颗粒掺入混凝土中，既解决了环境污染问题，又带来可观的经济价值，为废旧轮胎的高效利用开辟出一片新的领域。

2 橡胶混凝土工作性能

混凝土的工作性能是指新拌混凝土的和易性，即在一定的施工条件下，能够拌合、运输、浇筑、捣实，形成不易离析、泌水、分层的拌合物，最终获得质量均匀、体积密实的混凝土硬化体。橡胶颗粒的加入会影响混凝土的工作性能，随着橡胶颗粒的增多，坍落度会逐渐降低，并且随着橡胶颗粒粒径变小，坍落度减小，当橡胶颗粒掺量达到一定程度的时候，坍落度基本为零。研究者认为较细的橡胶颗粒具有较大的比表面积，能吸附大量的水泥拌合水，吸水后混凝土拌合物的流动性变差，导致坍落度降低。橡胶颗粒亲水性差，导致表面吸附气泡，在混凝土中有引气左右，使混凝土的含气量增加。Toutanji[1]的研究结果表明橡胶混凝土的含气量超过引气剂带来的含气量，而Matthew[2]的研究结果表明拌合物含气量随着橡胶掺量的增大而增大，王涛的研究结果说明混凝土的含气量随着橡胶颗粒的增大而增大，并且在粒径小于60目时，含气量随着橡胶颗粒的减小而增加[3]。

3 橡胶混凝土力学性能

研究结果显示，当用橡胶颗粒代替100%粗骨料时，抗压强度损失达85%，当橡胶颗粒代替100%细骨料时，抗压强度损失为65%，橡胶颗粒较大时对混凝土强度的降低更为明显。I. B. Topcu研究表明在圆柱体试件中加入45%的0 mm～1 mm橡胶颗粒后，抗拉强度降低63%，而加入同等体积的1 mm～9 mm橡胶颗粒后，抗拉强度降低74%。宁国芳[4]的研究结果显示加入10%,20%,30%的橡胶粉后，再生骨料混凝土的抗压强度分别降低20.5%,33.1%和41.8%，而抗拉强度分别降低16.4%,21.1%和28.6%。亢景付等[5]改变各种试验条件，研究结果表明橡胶粉用量与橡胶混凝土强度降低系数成线性关系。王静等[6]发现，橡胶颗粒掺量从10%增加到30%时，混凝土抗拉强度从降低5%到降低24%。杨林虎等[7]发现橡胶混凝土的抗弯拉强度随橡胶颗粒的增加而呈线性下降，但是抗弯拉强度降低的幅度小于抗压强度，并对橡胶混凝土的抗拉弯强度和抗压强度的相关性进行数学分析。陈波等人[8]将不同粒径的橡胶颗粒加入混凝土中制备了橡胶混凝土，发现用橡胶颗粒改性的混凝土力学性能比基准混凝土有所下降，加压成型可以改善橡胶混凝土的力学性能。由此可以得出橡胶混凝土静力学性能变差的原因除了骨料的强度降低，且骨料与周围水泥浆体结合性差，而橡胶颗粒带入的空气泡带来混凝土内部结构的缺陷，因此橡胶混凝土的静力学性能相比基准混凝土有所降低。

4 橡胶混凝土的耐久性

耐久性是指混凝土结构在长时间所定工作条件下保持预定工作性能和外观完整状态的性质，是混凝土的一个综合指标，主要包括抗渗性、抗冻性、抗碳化性等性能。

陈波等[8]采用不同粒径的橡胶颗粒掺入混凝土，当橡胶掺量小于10%时，橡胶混凝土试件的抗渗性随着掺量增大而提高，掺量大于10%时，抗渗性随掺量提高而降低，抗冻性随着掺量增加而提高。欧兴进等[9]证明适量的小颗粒橡胶掺入混凝土中，改善了混凝土内部的微观结构，在一定程度上提高了混凝土的抗渗性。胡鹏等[10]研究了粒径为1 mm～2 mm的橡胶颗粒对混凝土抗渗性的影响，结论与王旻等[11]的相类似，即掺量为50 kg/m3时抗渗性最好，掺量过多或者过少都会导致抗渗性降低。橡胶颗粒对混凝土抗渗性有多种影响因素，首先较细橡胶颗粒的加入提高了结构的密实度，阻断混凝土结构内部连通孔，提高了混凝土的抗渗性；但另一方面橡胶颗粒的掺入增加了混凝土的含气量，孔隙率增加，不利于混凝土的抗渗，并且橡胶颗粒与水泥石的粘结较差，表面容易从水泥石中剥离，形成渗水通道，橡胶颗粒掺量较大时尤其严重。

橡胶颗粒因为其憎水性在加入水中拌合时引入大量的气泡，增加了混凝土的封闭气孔以及含气量，为孔隙水在结冰后的体积膨胀提供了空间，大量研究工作证实了橡胶颗粒的掺入影响了混凝土的抗冻性。李赞成[12]、许金余等[13]研究了不同粒径、不同掺量、不同配比的橡胶混凝土的抗冻性和抗渗性，研究结果表明橡胶颗粒粒径小时，能够提高混凝土的相对弹性模量，抗冻性也较好，小颗粒的橡胶能够填充混凝土内部孔隙，提高密实度，提高抗渗性。

5 橡胶混凝土的橡胶颗粒改性

橡胶颗粒是有机材料，具有憎水性，加入混凝土后表面容易留有气泡，这些气泡作为混凝土内的结构缺陷，导致橡胶混凝土强度降低。并且亲水的水泥石和憎水的橡胶之间不能形成结合能很高的化学键，界面结合较差。为了提高混凝土与橡胶颗粒的结合，需要对橡胶颗粒进行预处理，即橡胶颗粒的改性。改性之后的橡胶混凝土能够增强水泥石与橡胶颗粒的结合、降低强度损失、提高韧性、提高致密度和抗渗能力，制备出综合性能优良的混凝土材料。

国内外很多学者通过各种方法对橡胶颗粒表面改性，力图增强橡胶颗粒与水泥硬化体的结合能力，目前采用的改性方法包括物理方法、无机改性、有机改性。