胶质混凝土（又称橡胶混凝土）是在制备水泥砂浆或混凝土时，用橡胶乳液及辅助外加剂和水泥一起拌和成型、固化。

 

当今社会人们对汽车的大量需求，不但加速了汽车的更新换代，更造成了大量轮胎的废弃。废橡胶不易降解，填埋处理既占地又对土壤和地下水环境产生较大污染，焚烧虽可回收其中部分能源但会带来大气污染。因此，大量废橡胶的产生及其堆积已构成了严重的“黑色污染”。据中国轮胎翻修利用协会预计在2010年废轮胎产生量将达到2亿条以上，而我国废轮胎回收利用率不足30%。将废轮胎切碎、粉磨加入混凝土中制成橡胶混凝土正日益成为混凝土领域研究的热点。

 

自20世纪90年代初期，美国、英国等发达国家就开始了对橡胶混凝土的研究，国内对橡胶混凝土的研究起步较晚，到90年代后期才看到研究报道。1999年2月，亚利桑那州立大学在校内铺筑了橡胶微粒掺量为23.7kg/m³橡胶水泥混凝土人行道试验段，用于了解橡胶水泥混凝土的工作机理。2001年5月，亚利桑那州运输部在菲尼克斯市的一个停车场修建了橡胶水泥混凝土试验段，橡胶掺量为29.7kg/m³；2003年1月，美国菲尼克斯市修建了橡胶水泥混凝土网球场，橡胶掺量为29.7～178.5kg/m³；2003年6月，该州交通部在北部建造了世界上第一条橡胶水泥混凝土路面，使用性能良好。

 

弹性混凝土最新应用研究是西班牙马德里大学F．Herna’ndez—Olivares等人铺设一条刚性橡胶混凝土路面并研究其抗疲劳性能，试验利用不同掺量橡胶（0%，3.5%，5%）的橡胶混凝土铺筑一段刚性路面，在马德里自然条件下经过一段时间的使用。实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%。

 

性能特点

 

橡胶混凝土中橡胶颗粒的掺量和边界效应是影响其工作性能的主要因素，诸多学者对此进行了研究，结果表明：由于橡胶骨料易吸水且吸水率大的特点，掺量越大，拌合物流动性越差；由于橡胶骨料边界有憎水引气的特点，一定程度上增大了混凝土的含气量，而这种引气作用会改善混凝土的流动性。橡胶颗粒的掺量和边界效应二者中的显著影响因素、橡胶混凝土配合比优化、橡胶颗粒替换胶凝材料与骨料对其工作性能的影响等方面有待进一步研究。

 

路用橡胶混凝土抗冲击性能研究

 

很多学者对橡胶混凝土的抗压与抗折强度进行了大量的研究，绝大部分研究结果均表明，对于普通强度混凝土，橡胶颗粒的掺入在一定程度上大幅降低其强度，而对高强混凝土的影响程度相对减小；与抗压强度相比，橡胶颗粒的掺入对抗折强度的影响程度有所降低。橡胶颗粒的粒径与掺量是混凝土强度的主要影响因素，两者的变化对其强度的影响呈现一定的变化规律。

 

一、任务来源 

 

"路用橡胶混凝土抗冲击性能研究"为广东省交通厅科技项目，承包单位为广东工业大学，合作单位为广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司。项目编号科技-2017-02-034。项目研究的起止时间为2017年01月至2019年12月，后因研究需要并经批准延期至 2022年4月完成全部研究工作。 

 

二、应用领域和技术原理 

 

应用领域为路面材料，尤其适用于混凝土路面。技术原理∶本项目拟对通过更深入地对废旧轮胎橡胶再利用的研究，探讨路面混凝土开裂的破坏机理，深入分析抗拉强度对于橡胶混凝土的重要性，通过室内试验、理论计算、模型分析和理论研究，揭示橡胶混凝土在路面工程中的优缺点和可利用性，并解决了项目和系统中的关键技术，在技术上取得了创新性的突破，圆满完成了计划项目合同的技术指标。 

 

三、性能指标 

 

橡胶混凝土具有更好的抗冲击性能。在较高的应变率下，由于橡胶颗粒的能量耗散能力，橡胶混凝土的能量吸收能力优于普通混凝土。30%橡胶掺量表现出最佳的吸能能力。胶颗粒增加了混凝土的准静态荷载下的韧性，压弯强度比却随着橡胶掺量增大而减小。当爆炸药量不大时（2.3kg 或3.4kg）普通混凝土板仍处于弹性阶段，损伤较小，而橡胶混凝土板处于塑性阶段，跨中变形较大，受拉区出现一些细小裂缝。当炸药质量较大时，橡胶混凝土板的残余跨中位移差异减小，橡胶混凝土板拉伸区的损伤小于普通混凝土板。钢筋混凝土板是一种实用的抗爆结构，特别是大能量爆炸。为了综合考虑材料强度，我们建议使用体积替代率低于30%的橡胶颗粒混凝土。 

 

四、与国内外同类技术比较 

 

目前混凝土的动态弯曲性能为国内外动态力学指标的研究热点之一，本项目所采用的研究方法和实验手段创新性高，可靠性强，研究结果较为可靠，研究产品在实际应用中取得不错的预期成果。 

 

五、成果的创造性、先进性 

 

（1）研究出适用于不同交通量、不同等级城市道路的快速修补混凝土，适用于各种混凝土路面;研究材料的抗冲击力学性能，将路面动态荷载表征为不同应变率的动态荷载，研究此荷载作用下，路面的破坏机理; 

 

（2）针对混凝土材料的动态抗弯性能的研究很少，研究聚合物改性橡胶混凝土在高应变率下的动态抗弯性能，进一步完善该材料的抗冲击性能的研究;通过运用落锤试验机和分离式霍普金森压杆装置对该材料在不同应变率下进行大量实验，最终得到包括静态试验在内的全应变率的动态抗弯性能。 

 

混凝土路面不可避免地承受着来自外部高速高能量的冲击荷载，极有可能出现远大于规范所规定的加载速度。因此，在设计混凝土路面或应急修补时更应同时考虑路面在高速冲击荷载下的力学性能与破坏机理。目前所用的修补材料大致可分为无机类修补材料、有机类修补材料、聚合物水泥基修补材料、纤维改性混凝土修补材料四大类。

 

依据交通运输部门关于《公路工程水泥混凝土用快速修补材料》行业规范意见征求稿中的定义，公路工程水泥混凝土用快速修补的有机类修补材料主要分为干粉类和胶乳类聚合物修补材料，目前国内外研究较多且较为成熟的可以进行水泥混凝土路面修补的聚合物修补材料主要有沥青修补材料和聚合物修补材料。 

 

本项目研究的路用修补混凝土贯彻了绿色交通的理念，经济、合理利用废旧橡胶。研发的橡胶混凝土的出现对环境保护、绿色环保的理念得到进一步的贯彻。

 

应用前景

 

随着我国经济的不断发展以及我国西部大开发战略的逐渐展开，我国正在或需要在恶劣环境条件下兴建大量的大型基础工程，如跨海大桥、海洋设施、地下空间结构、西部大开发过程的配套基础没施，这些工程举足轻重；同时，为了适应我国经济发展的要求，现有大量的基础设施需要进行改造。因此，迫切需要进一步改善传统混凝土材料延性差、易于开裂以及抵抗环境介质侵蚀能力较差的性能特点。利用废旧橡胶组分的优点，对传统水泥混凝土进行改性是非常有效的技术途径。在优化橡胶颗粒粒径和掺量等技术参数的基础上，按混凝土结构性能要求合理设计其配制技术，那么废旧橡胶水泥混凝土的应用领域会进一步扩展；同时，也有可能从简单的利废发展到对现有水泥混凝土改性的高附加值应用。废旧橡胶水泥混凝土除在土木工程中的传统领域应用外，在以下两方面的推广应用将更显优势：

 

高速公路路面新材料

 

采用废旧橡胶改性的水泥混凝土，具有良好的弹塑性、能吸收噪声、耐重压、不易磨损、抗冲击性好、耐久性好等优异的性能。因而，橡胶改性混凝土应用于道路路面建设中，既具有沥青路面的优点，又具有比沥青路面高得多的耐久性，因此具有明显的优越性。国外亦正在进行工程实践。

 

新型铁道工程建设制品

 

韩国发明了将废轮胎胶粉、砂石、水泥混合，用模具压制成铁路枕木，这种材料制作的铁路枕木具有重量轻、抗冲击和耐腐蚀等优点，还能减少火车行驶中的噪声和振动。此项技术已在美国获得了专利。这种技术已在美国等国家的铁路平交道口中大量应用，实践证明采用这种技术生产平交道口新型铺面板，能够提高道口铺面寿命，减少维修，增加道口安全性，极大地降低了重载车辆对线路的冲击作用，并能减振降噪，是良好的地面绝缘性材料。我国将建成十多万公里的铁路线，平交道口多如繁星，若用橡胶改性混凝土铺面板代替传统的水泥混凝土预应力轨枕、平交道口铺面板和桥面板等，将产生显著的技术、经济效益。

 

完成单位：广东工业大学、广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司

 

研究人员：杨飞、李红中、刘锋、黄志国、柯小兵、钟根全、王岫鑫、柯志辉、冯万辉、魏伟、夏珂、梁永威、陈德

 

来源：Internet

关键词： 胶质混凝土性能研究