论文部分内容阅读
[摘 要]在水泥混凝土中掺入适量的橡胶粉制成橡胶水泥混凝土，能够阻止混凝土内微裂缝的产生和发展，从而提高混凝土的韧性、抗冲击性能，利用其对混凝土道面进行改性是目前道路建筑材料研究中的一个热点。文章主要从抗冲击性能、抗裂性能及耐久性能等方面介绍了橡胶水泥混凝土的研究现状，并提出了进一步的研究趋势，以期为广大研究者提供参考。
[关键词]橡胶混凝土；抗冲击性能；耐久性能；研究现状
中图分类号：U414.18 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2014）08-0195-02
混凝土是现代工程结构的主要材料，目前，我国的机场跑道中90%以上采用水泥混凝土道面。虽然水泥混凝土结构强度高、稳定性好、抗重载能力强，但其属脆性材料，韧性与抗冲击性能较差，容易出现裂缝，特别是采用水泥混凝土的道面结构在动荷载作用下会产生很大的应力和变形，容易引起道面板的错台、破裂和基层的破坏，使寿命缩短，因此，提高道面混凝土抗冲击能力，减少水泥混凝土道面使用过程中在冲击动载作用下的破坏，是混凝土材料研究应用领域的—个重要方向。
橡胶制品具有高弹性和高韧性的特点，在水泥混凝土中掺入适量的橡胶粉制成橡胶水泥混凝土，能够改善水泥与骨料的界面状况，阻止混凝土内微裂缝的产生和发展，从而对改善混凝土的韧性、抗冲击性能具有一定的作用，且橡胶资源丰富，价格低廉，利用其对混凝土路面进行改性是目前道路建筑材料研究中的一个热点，研究成果较多，本文通过对近年来国内外对橡胶水泥混凝土抗冲击性、抗裂性及耐久性研究进行了系统的综述，并提出进一步的研究趋势。
1. 延性和抗冲击性能研究现状
韧性一般从狭义角度可以定义为材料或结构在荷载作用下到失效为止吸收能量的能力。过去多用荷载一变形曲线所围面积表示，称作韧度。材料的韧性不仅取决于承载能力，也取决于变形能力。
现有研究结果均表明掺加橡胶集料可以明显改善或提高水泥混凝土的韧性[1]。不同研究者研究橡胶集料对水泥混凝土韧性影响的指标各不相同，大致有脆性系数、抗弯强度、弹性模量、极限拉应变值等。但得出的结论相似，即橡胶集料掺量达到一定程度的混凝土断裂模式不同于普通混凝土的脆性断裂，而是呈塑性屈服破坏形态，反复加载至破坏循环多次都不会完全破碎，能量吸收能力比普通混凝土高，极限拉、压应变远远大于普通混凝土。例如，刘东亮[2]、赵志远[3]、李悦[4]通过试验发现，经过水洗、PVA和硅烷偶联剂等方法处理过橡胶粉表面的橡胶水泥混凝土试件破坏后并不象普通混凝土那样溃散，而是能够保持原有形状，并且具有一定的承载力，说明混凝土的延性和韧性得到了有效的提高。郭灿贤[5]选用20目橡胶粉掺入普通混凝土试件进行冲击试验，结果表明，胶粉掺量为10%时，掺入未改性胶粉的试件冲击韧性提高了2倍，掺入改性胶粉的试样冲击韧性提高了5倍。宋少民[6]等研究表明，橡胶水泥混凝土抗冲击强度明显高于普通水泥混凝土，采用适当粘结剂可以改善橡胶粉与混凝土的界面状况，大幅度提高混凝土的抗冲击性能。同济大学孙家瑛和高先芳等[7]研究结果表明，橡胶水泥混凝土具有硬度高、延伸率大等特点，并将之应用于桥梁伸缩缝等工程中。
2.收缩和抗裂性能研究现状
研究橡胶水泥混凝土收缩的文献较少。罗琦等人[8]将橡胶粒子等体积代砂，进行干燥收缩测试。结果表明，不同橡胶粒掺量的混凝土1d-60d的干缩值均小于未掺加橡胶粒子的对比混凝土，说明掺加橡胶粒子可以明显降低水泥混凝土的干燥收缩。孟云芳等[9]在水泥混凝土中掺入废橡胶粉、粉煤灰及外加剂等，进行优化组合，调整混凝土的内部结构，经过宏观和微观试验得出结论：水泥混凝土的抗裂韧性得到了提高，裂缝明显减少。此外，橡胶纤维的掺量越多，裂缝的长度和宽度就越少，开裂时间就越晚。
3.橡胶水泥混凝土耐久性能研究成果
3.1抗冻性能研究
橡胶粉在混凝土中作为弹性体由于其本身的弹性行为，阻止了混凝土已有微裂纹的继续扩展，并且橡胶在混凝土中占據一定的空间，阻碍水分进入混凝土的通道，进而可以延缓混凝土试件的冻融破坏，提高混凝土的抗冻融循环能力。
影响橡胶水泥混凝土抗冻性的因素有粒径、橡胶粉掺量、表面粗糙度、密度、混凝土水胶比等。Siddique[10]等的研究证明橡胶水泥混凝土抗冻性明显好于普通不掺引气剂的混凝土，而其表面剥落行为与掺引气剂的混凝土相似。李光宇[11]采用快冻法研究橡胶粉水泥混凝土抗冻性能。试验结果表明，胶粉的掺入提高了混凝土的抗冻性能，特别是提高了混凝土表面的抗冻能力，即可大幅度减小混凝土的质量损失率，且在掺量小于15%的前提下，掺量越多，粒径越小，质量损失率越小；胶粉的掺入对混凝土的相对动弹模量影响不大。
3.2抗疲劳性
李悦[4]等通过超声波检测和疲劳实验后混凝土的残留强度测试发现，橡胶粉混凝土的抗疲劳特性明显优于普通水泥混凝土。疲劳实验前，橡胶粉混凝土超声波声速和抗压强度均低于普通混凝土，疲劳实验后，橡胶粉混凝土超声波声速和强度的下降幅度都低于普通混凝土。
3.3抗渗性及耐磨性
胡鹏[12]等初步研究了橡胶粉混凝土的抗渗性能。采用抗渗等级法与渗透深度法测试较高掺量橡胶粉混凝土（最高达150L/m3）的抗渗性能，试验结果表明，橡胶粉混凝土的抗渗性能较普通混凝土有较大的提高，并讨论了橡胶粉混凝土的渗透性与强度之间的关系，对橡胶粉在改变混凝土微观孔结构，阻止液体渗入混凝土内部的机理进行了初步探讨。李阳[13]的研究也表明橡胶水泥混凝土具有良好的抗渗性能。孙家瑛[7]等研究了聚合物基橡胶粉混凝土的耐磨性，橡胶粉混凝土的抗磨耗性能非常优越，并且橡胶粉掺量大小对聚合物基橡胶粉混凝土的耐磨性能几乎没有影响。李光宇[11]通过水下刚球法试验得出橡胶混凝土耐磨性能非常优越，甚至优于硅粉混凝土的结论。 4.橡胶水泥混凝土研究趋势
目前，橡胶粉用于水泥路面混凝土的研究方兴未艾，但研究大多还停留在实验室和简单的工程试点阶段，对橡胶混凝土在冲击动态荷载作用下的性能、破坏机理的系统研究还比较欠缺，且主要集中于单一影响因素下的研究，而对于实际工程中凝土结构是在应力状态下工作，属于多重因素作用下的性能研究，今后应加强对橡胶水泥混凝土双重或多重因素作用下的性能研究，这可以为提高道面混凝土在冲击荷载下的力学性能提供一条有效途径，不论在保证飞行安全、提高机场道面使用性能和延长道面使用寿命，还是回收利用废旧轮胎，实现经济发展与环境发展相协调方面都具有较现实的意义。
参考文献
[1]严捍东，麻秀星，黄国晖.废橡胶集料对水泥基材料变形和耐久性影响的研究现状[J].化工进展，2008，27（3）：395-403.
[2]刘东亮，王龙，范璐璐.废旧橡胶颗粒界面处理及对水泥混凝土路用性能的影响[J].公路，2008（10）：176-179.
[3]赵志远等.废橡胶颗粒改性水泥基材料的塑性开裂和抗冲击性能[J].混凝土与水泥制品，2008（4）：1-5.
[4]李悦.橡胶集料水泥砂浆和混凝土的性能研究[J].混凝土，2006，6：45-48.
[5]郭灿贤.废旧轮胎胶粉改性水泥混凝土及其路用性能研究[D].南昌大学，2006.
[6] 宋少民，刘娟红，金树新.橡胶粉改性的高韧性混凝土研究[J].混凝土与水泥制品，1997（1）：10-12.
[7]孙家瑛，高先芳，朱武达.橡胶混凝土研制及物理力学性能研究[J].混凝土，2001（5）：30-32.
[8]罗琦.橡胶粒子改性水泥混凝土的变形性能及其受力分析[J].南昌大学学报，2008（6）：564-567.
[9]孟云芳.粉煤灰橡胶粉改善混凝土抗裂性能研究[J].混凝土，2006（6）：49-55
[10]Siddique R，Naik T R.Properties of concrete containing scrap tire rubber-an overview[J].Waste Management，2004，24（6）：563-569.
[11]李光宇.橡胶粉混凝土抗冻性能试验研究[J].混凝土，2008（4）：60-62.
[12]胡鹏，朱涵.橡胶集料混凝土渗透性能的研究[J].天津理工大学学报，2006（8）：8-12
[13]李阳.橡胶微粒道路混凝土的配制与性能试验[J].科学研究，2008（1）：30-32.
作者簡介：卢宝锦，女，高级工程师，主要从事军队房地产管理与研究。
[关键词]橡胶混凝土；抗冲击性能；耐久性能；研究现状
中图分类号：U414.18 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2014）08-0195-02
混凝土是现代工程结构的主要材料，目前，我国的机场跑道中90%以上采用水泥混凝土道面。虽然水泥混凝土结构强度高、稳定性好、抗重载能力强，但其属脆性材料，韧性与抗冲击性能较差，容易出现裂缝，特别是采用水泥混凝土的道面结构在动荷载作用下会产生很大的应力和变形，容易引起道面板的错台、破裂和基层的破坏，使寿命缩短，因此，提高道面混凝土抗冲击能力，减少水泥混凝土道面使用过程中在冲击动载作用下的破坏，是混凝土材料研究应用领域的—个重要方向。
橡胶制品具有高弹性和高韧性的特点，在水泥混凝土中掺入适量的橡胶粉制成橡胶水泥混凝土，能够改善水泥与骨料的界面状况，阻止混凝土内微裂缝的产生和发展，从而对改善混凝土的韧性、抗冲击性能具有一定的作用，且橡胶资源丰富，价格低廉，利用其对混凝土路面进行改性是目前道路建筑材料研究中的一个热点，研究成果较多，本文通过对近年来国内外对橡胶水泥混凝土抗冲击性、抗裂性及耐久性研究进行了系统的综述，并提出进一步的研究趋势。
1. 延性和抗冲击性能研究现状
韧性一般从狭义角度可以定义为材料或结构在荷载作用下到失效为止吸收能量的能力。过去多用荷载一变形曲线所围面积表示，称作韧度。材料的韧性不仅取决于承载能力，也取决于变形能力。
现有研究结果均表明掺加橡胶集料可以明显改善或提高水泥混凝土的韧性[1]。不同研究者研究橡胶集料对水泥混凝土韧性影响的指标各不相同，大致有脆性系数、抗弯强度、弹性模量、极限拉应变值等。但得出的结论相似，即橡胶集料掺量达到一定程度的混凝土断裂模式不同于普通混凝土的脆性断裂，而是呈塑性屈服破坏形态，反复加载至破坏循环多次都不会完全破碎，能量吸收能力比普通混凝土高，极限拉、压应变远远大于普通混凝土。例如，刘东亮[2]、赵志远[3]、李悦[4]通过试验发现，经过水洗、PVA和硅烷偶联剂等方法处理过橡胶粉表面的橡胶水泥混凝土试件破坏后并不象普通混凝土那样溃散，而是能够保持原有形状，并且具有一定的承载力，说明混凝土的延性和韧性得到了有效的提高。郭灿贤[5]选用20目橡胶粉掺入普通混凝土试件进行冲击试验，结果表明，胶粉掺量为10%时，掺入未改性胶粉的试件冲击韧性提高了2倍，掺入改性胶粉的试样冲击韧性提高了5倍。宋少民[6]等研究表明，橡胶水泥混凝土抗冲击强度明显高于普通水泥混凝土，采用适当粘结剂可以改善橡胶粉与混凝土的界面状况，大幅度提高混凝土的抗冲击性能。同济大学孙家瑛和高先芳等[7]研究结果表明，橡胶水泥混凝土具有硬度高、延伸率大等特点，并将之应用于桥梁伸缩缝等工程中。
2.收缩和抗裂性能研究现状
研究橡胶水泥混凝土收缩的文献较少。罗琦等人[8]将橡胶粒子等体积代砂，进行干燥收缩测试。结果表明，不同橡胶粒掺量的混凝土1d-60d的干缩值均小于未掺加橡胶粒子的对比混凝土，说明掺加橡胶粒子可以明显降低水泥混凝土的干燥收缩。孟云芳等[9]在水泥混凝土中掺入废橡胶粉、粉煤灰及外加剂等，进行优化组合，调整混凝土的内部结构，经过宏观和微观试验得出结论：水泥混凝土的抗裂韧性得到了提高，裂缝明显减少。此外，橡胶纤维的掺量越多，裂缝的长度和宽度就越少，开裂时间就越晚。
3.橡胶水泥混凝土耐久性能研究成果
3.1抗冻性能研究
橡胶粉在混凝土中作为弹性体由于其本身的弹性行为，阻止了混凝土已有微裂纹的继续扩展，并且橡胶在混凝土中占據一定的空间，阻碍水分进入混凝土的通道，进而可以延缓混凝土试件的冻融破坏，提高混凝土的抗冻融循环能力。
影响橡胶水泥混凝土抗冻性的因素有粒径、橡胶粉掺量、表面粗糙度、密度、混凝土水胶比等。Siddique[10]等的研究证明橡胶水泥混凝土抗冻性明显好于普通不掺引气剂的混凝土，而其表面剥落行为与掺引气剂的混凝土相似。李光宇[11]采用快冻法研究橡胶粉水泥混凝土抗冻性能。试验结果表明，胶粉的掺入提高了混凝土的抗冻性能，特别是提高了混凝土表面的抗冻能力，即可大幅度减小混凝土的质量损失率，且在掺量小于15%的前提下，掺量越多，粒径越小，质量损失率越小；胶粉的掺入对混凝土的相对动弹模量影响不大。
3.2抗疲劳性
李悦[4]等通过超声波检测和疲劳实验后混凝土的残留强度测试发现，橡胶粉混凝土的抗疲劳特性明显优于普通水泥混凝土。疲劳实验前，橡胶粉混凝土超声波声速和抗压强度均低于普通混凝土，疲劳实验后，橡胶粉混凝土超声波声速和强度的下降幅度都低于普通混凝土。
3.3抗渗性及耐磨性
胡鹏[12]等初步研究了橡胶粉混凝土的抗渗性能。采用抗渗等级法与渗透深度法测试较高掺量橡胶粉混凝土（最高达150L/m3）的抗渗性能，试验结果表明，橡胶粉混凝土的抗渗性能较普通混凝土有较大的提高，并讨论了橡胶粉混凝土的渗透性与强度之间的关系，对橡胶粉在改变混凝土微观孔结构，阻止液体渗入混凝土内部的机理进行了初步探讨。李阳[13]的研究也表明橡胶水泥混凝土具有良好的抗渗性能。孙家瑛[7]等研究了聚合物基橡胶粉混凝土的耐磨性，橡胶粉混凝土的抗磨耗性能非常优越，并且橡胶粉掺量大小对聚合物基橡胶粉混凝土的耐磨性能几乎没有影响。李光宇[11]通过水下刚球法试验得出橡胶混凝土耐磨性能非常优越，甚至优于硅粉混凝土的结论。 4.橡胶水泥混凝土研究趋势
目前，橡胶粉用于水泥路面混凝土的研究方兴未艾，但研究大多还停留在实验室和简单的工程试点阶段，对橡胶混凝土在冲击动态荷载作用下的性能、破坏机理的系统研究还比较欠缺，且主要集中于单一影响因素下的研究，而对于实际工程中凝土结构是在应力状态下工作，属于多重因素作用下的性能研究，今后应加强对橡胶水泥混凝土双重或多重因素作用下的性能研究，这可以为提高道面混凝土在冲击荷载下的力学性能提供一条有效途径，不论在保证飞行安全、提高机场道面使用性能和延长道面使用寿命，还是回收利用废旧轮胎，实现经济发展与环境发展相协调方面都具有较现实的意义。
参考文献
[1]严捍东，麻秀星，黄国晖.废橡胶集料对水泥基材料变形和耐久性影响的研究现状[J].化工进展，2008，27（3）：395-403.
[2]刘东亮，王龙，范璐璐.废旧橡胶颗粒界面处理及对水泥混凝土路用性能的影响[J].公路，2008（10）：176-179.
[3]赵志远等.废橡胶颗粒改性水泥基材料的塑性开裂和抗冲击性能[J].混凝土与水泥制品，2008（4）：1-5.
[4]李悦.橡胶集料水泥砂浆和混凝土的性能研究[J].混凝土，2006，6：45-48.
[5]郭灿贤.废旧轮胎胶粉改性水泥混凝土及其路用性能研究[D].南昌大学，2006.
[6] 宋少民，刘娟红，金树新.橡胶粉改性的高韧性混凝土研究[J].混凝土与水泥制品，1997（1）：10-12.
[7]孙家瑛，高先芳，朱武达.橡胶混凝土研制及物理力学性能研究[J].混凝土，2001（5）：30-32.
[8]罗琦.橡胶粒子改性水泥混凝土的变形性能及其受力分析[J].南昌大学学报，2008（6）：564-567.
[9]孟云芳.粉煤灰橡胶粉改善混凝土抗裂性能研究[J].混凝土，2006（6）：49-55
[10]Siddique R，Naik T R.Properties of concrete containing scrap tire rubber-an overview[J].Waste Management，2004，24（6）：563-569.
[11]李光宇.橡胶粉混凝土抗冻性能试验研究[J].混凝土，2008（4）：60-62.
[12]胡鹏，朱涵.橡胶集料混凝土渗透性能的研究[J].天津理工大学学报，2006（8）：8-12
[13]李阳.橡胶微粒道路混凝土的配制与性能试验[J].科学研究，2008（1）：30-32.
作者簡介：卢宝锦，女，高级工程师，主要从事军队房地产管理与研究。