橡胶混凝土

橡胶粉混凝土在大坝防渗墙中的应用
• 针对6种不同掺量的橡胶粉对混凝土的工作特性、抗压 强度、弹性模量、模强比等性能的影响,根据试验结果 对橡胶粉的作用机理做了分析研究。结果表明:橡胶粉 能显著降低新拌混凝土的和易性,需要配合减水剂同时 使用,当橡胶粉掺量为5%、10%、15%时,模强比分 别降低13.5%、18.3%、13.1%,这表明通过在混凝 土中掺加适当掺量的橡胶粉,既能保证混凝土达到一定 强度,同时又能显著降低混凝土的弹性模量。通过在混 凝土中掺加适当细度及掺量的橡胶粉,可以将橡胶粉混 凝土应用于水工防渗墙工程。
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耐久性
① 抗冻性 ② 抗疲劳性 ③ 抗渗性和耐磨性
① 抗冻性：与普通混凝土相比，橡胶水泥混凝土的 抗冻性有明显的改善。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。 S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。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。
橡胶水泥混凝土
• 简介：以混凝土为基材，加入胶粉（包括
粒径较大的胶粒）制成的土木工程复合材 料。 • 原料：水泥、细集料、粗集料、胶粉、掺 合剂、水等 胶粉：橡胶可以加工成各种不同细度的粉 状颗粒，粒径小于1.5mm的谓之胶粉
构思由来
• 橡胶： 水泥混凝土： 1、具有很好的弹性，抗冲击、 1、脆性材料，其弹性变形小， 抗震能力很强； 耐疲劳、抗震、抗冲击性能较差； 2、其寿命不高，处理困难；每 2、混凝土是多空结构的材料， 辆车寿命只有11~12年，而轮胎 水容易进入内部，引起混凝土Ph 寿命也只有2~3年，每个轮胎需 值下降，加速钢筋锈蚀、混凝土 要30~40Kg橡胶，，平均下来， 的碱骨料反应，最终导致混凝土 每辆车每年产生10Kg废旧轮胎， 的膨胀直至破坏； 以法国为例，他每年丢弃 3、水泥混凝土存在着很严重的 250,000吨废旧轮胎，而我国废 裂缝问题，收缩裂缝一直都是学 旧轮胎利用率仅为65%，与发达 者们研究的方面 国家80%以上的利用率有一定的 4，世界上用量最大的建筑用料， 差距；据统计，到2010年，我 世界上每年使用的混凝土高达80 国废旧橡胶的发生量将达到520 亿立方米； 多万吨，其处理与综合治理是实 现可持续发展的重要环节。
橡胶集料混凝土脆性与延性性能研究
• 橡胶集料混凝土作为一种新型节能环保的混凝 土材料,因其具有良好的工程性能如弹性模量低、 低脆性、抗裂性能好、阻尼系数高等,受到建筑 工程领域的广泛关注。橡胶集料混凝土在组成 上最大的特点是引入了一种新的材料-橡胶集料 作为其第三骨料成分。一方面,橡胶集料的掺入 明显改善了混凝土的脆性,从某种意义上说打破 了传统上认为混凝土为脆性材料的认识。另一 方面,同样是由于橡胶集料的加入,改变了橡胶 集料钢筋混凝土梁的延性性能。
橡胶混凝土的特点
延性和抗冲击性能好 干燥收缩小，抗裂性能强 强度有所下降 耐久性 隔声性能好 环保
延性和抗冲击性能
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。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；
哈佛大学Raghvan D 和 Huynh H 等认为含有橡胶 粉的水泥砂浆流动度与普通砂浆基本相当或略好； 武汉大学刘刚和方坤河等发现橡胶粉对混凝土的 流动性影响不大，对混凝土具有较好的保水作用， 是混凝土的泌水性减小；
更多研究表明，橡胶粉吸水率较大，且吸水较快，在版和 过程中将吸收较大部分的拌合水，降低混凝土的水灰比， 从而使得混凝土拌合物的和易性变差，比如： 美国爱达荷州大学Zaher K Khatib 的研究发现，随着胶粉 掺量增加，混凝土的坍落度降低，当胶粉参量比例达到集 料40%时，混凝土的坍落度几乎为0，细橡胶颗粒对混凝 土坍落度降低的影响要大于粗橡胶颗粒； 东南大学李红艳实验发现，参加不同种类和不同掺量橡胶 粉后，混凝土的谈罗粗军变小，用100目橡胶粉等量代替 水泥时，坍落度值减小最多，100目橡胶粉等量代砂次之， 3~4mm橡胶颗粒等量代砂时，坍落度值减小最少； 南昌大学郭灿贤将胶粉以不同的水平的重量比代替砂子参 入混凝土中，橡胶粉、砂子和水泥先混合均匀后，在与碎 石一起干拌，最后加入水湿搅拌，随着胶粉掺量的增加， 维勃稠度值从6s增大到14s，而且增大到速率越来越大， 混凝土和易性越来越差；
橡胶混凝土的功能
• 用于防渗工程，如大坝防渗强等；
• 用于减震，如旋转机械的基础垫和铁路站 等； • 用于填充沟槽管，如桩头上，铺路砖等； • 用于需要抗撞击和爆炸的地方，铁路缓冲 区和公路隔离带等； • 用于耐磨需求搞的地段，如机场路面，桥 面等；
橡胶集料混凝土桥面铺装层工程应用实例
• 2005年11月,在青(青岛)银(银川)高速 公路河北石家庄段入口处建造的世界上 第一块橡胶集料混凝土路面实验段取得 成功,以及橡胶集料混凝土各方面更卓越 的工程特性,我们进行了进一步的探讨,讨 论橡胶集料混凝土在桥面铺装层上应用 的可行性,并于2006年8月在天津市武清 区武香路的二百户东口桥,铺筑了橡胶集 料混凝土桥面铺装层的实验段。
结论与建议
用橡胶混凝土制成的混凝土的强度的降低 可以限制其在一些结构中的应用。 还可以使用氯氧镁水泥制出的高强度橡胶 混土，它使橡胶有了更好的粘合特性并且 提高了橡胶混凝土的性能。 更多研究应着眼于优化粒子粒径，橡胶配 比，水泥的类型，化学外加剂和矿物掺和 物的利用。结束语 Nhomakorabea
橡胶混凝土在环境保护和土木工程运用方 面已雏现诸多优点，它不仅能够满足作为 结构材料和功能材料之要求，还可以减少 废旧橡胶给地球环境带来的负荷和不良影 响，能够与自然协调，与环境共生。诚然， 该材料有缺点，但我们相信在科研工作者 和工程技术人员的密切关注下，其工程特 性会日益完善！
二 、耐久性问题

虽然有许多学者对橡胶混凝土耐久性进行 了研究，但耐久性涉及的范围太广阔，即 使对诞生已一百多年的普通混凝土，其耐 久性仍然是国内外的研究热点和难点。所 以混凝土家族的年轻成员——橡胶混凝土 的抗渗性、抗碳化性能、环境介质侵蚀、 碱骨料反应、钢筋锈蚀以及多重破坏因素 耦合作用下材料劣化特性的分析方法等耐 久性问题更需要全面深入研究。
强
度
掺入橡胶集料后将导致水泥混凝土强度的降低，降低幅度与 橡胶集料掺量、橡胶集料的种类以及橡胶集料是否改性有关 系。橡胶水泥混凝土的密度和抗压强度均随橡胶掺量的增加 而降低，橡胶粉种类对橡胶水泥混凝土抗压强度影响较大， 但并非粒径越大，强度降低越多。在两种橡胶微粒体积替代 量增加的情况下，废旧轮胎橡胶改性混凝土的抗压强度、劈 裂抗拉强度和抗折强度均呈现下降的趋势，但破坏形式由脆 性改为弹性。 改进橡胶水泥混凝土的力学性能的方法：降低W/C、掺加硅 灰、偶联剂预处理橡胶颗粒等。研究结果表明，降低W/C能 够明显提高橡胶水泥混凝土的强度，橡胶颗粒表面用PVA和 硅烷偶联剂处理能够显著增加抗压强度，如果多种方法联合 使用效果更好。
收缩和抗裂
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。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；
② 抗疲劳性。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 抗渗性和耐磨性。橡胶粉混凝土的抗渗性能较 普通混凝土有较大的提高，孙家瑛教授等研究了聚 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。通过试 验得出橡胶混凝土耐磨性能非常优越，甚至优于硅 粉。
存在的问题
虽然至今的相关研究成果增进了人 们对橡胶混凝土的认识，但是，作 为一种新型混凝土材料，尚处于探 索性研究初期，如果要像普通混凝 土一样推广应用，还有以下问题亟 待解决。
一 、材料的粘结性问题


橡胶混凝土是有水泥浆体、集料和橡胶粉组成的多 相复合材料，复合材料各相是通过界面结合成整体， 橡胶粉、集料和水泥浆体之间的界面区是复合材料 内部结构中的薄弱环节，决定着复合材料的诸多性 能。橡胶粉是有机高分子材料，而集料和水泥浆是 无机材料，两者之间表面能相差比较大，故结合面 较脆弱。要改善橡胶混凝土的整体性能，必须改善 橡胶粉与浆体之间的粘结力。 较多研究人员采用偶联剂。有机硅烷、酸碱或其他 改性剂处理界面问题，但又衍生出改性剂品种和参 量控制非常严格。工艺复杂或成本很高等新问题。
100 80 60 40 20 0

东部 西部 北部 第一季度 第三季度
国 内 状 况
橡胶集料混凝土配合比设计
• 用等体积橡胶集料替代细集料砂子并将橡
胶集料的质量计入砂率公式来直接进行橡 胶集料混凝土配合比设计的方法,并与均匀 试验设计相结合,探讨橡胶集料的掺量、级 配及其他多因素对混凝土强度的影响及其 变化规律,建立橡胶集料混凝土抗压强度、 劈裂抗拉强度的回归方程。
三 、橡胶混凝土砌块的研究

橡胶混凝土砌块制备技术、物理化学性能 及环保性能方面暂未见公开文献报道，但 是，近年来，我国混凝土砌块应用得到了 飞速发展，每年全国砌块总产量近亿立方 米。而橡胶混凝土具有轻质、保温隔热、 隔音等特点，如果做成橡胶混凝土砌块， 不仅仅大量消耗废旧轮胎这种环境公害， 更重要的是产生了一种新型生态功能墙体 材料。
隔声性能
固体声能在传统建筑材料中的衰减很小，且传播速度很快； 连续、厚重而又坚硬的混凝土楼板隔空气噪音好，隔撞击 声（固体噪音）的效能却很差； 英国伯明翰大学研究发现，低密度的橡胶改性水泥材料在 制造隔热和隔音材料方面很有优势； 同济大学史巍和张雄教授等实验发现，随着橡胶粉掺量的 增加，水泥砂浆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，即水泥砂浆的隔声功能随橡胶粉掺 量的提高而增强，当橡胶粉掺量为25%时，水泥砂浆的隔 音功能最佳，其固有频率与普通水泥砂浆相比降低了17%， 而动弹性模量则降低了40%。 注：动弹性模量：用动力法根据弹性波在岩体中的传播速 度测得的弹性模量。
• 问题一：能否找到这样一种混凝土，一方
面延续水泥混凝土的优点，另一方面能克 服其塑性的特点，具有一定的变形能力呢？ • 问题二：橡胶是一种很好的韧性材料，能 否将橡胶加入水泥混凝土中，一方面改变 混凝土的脆性特点，另一方面减少旧橡胶 堆积对环境的危害呢 ？
综上，橡胶混凝土应运而生！
自20世纪80年代末期美国北卡罗来纳州立大学 教授Shuaib Ahmad 首次制备“橡胶混凝土” 开始，橡胶混凝土的相关研究随之展开，其理 论体系逐步完善，工程应用价值也随之提高。 但是橡胶粉的颗粒形状、表面粗糙度和颗粒尺 寸对新拌混凝土的工作性能影响显著，目前研 究结果也差别较大：