關(guān)于彈性混凝土應(yīng)用的綜述

成治綱

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西太原 030012)

0 引言

彈性混凝土是我國近年來從國外引入的一種新型混凝土，它是用特殊的微纖維替代傳統(tǒng)使用的粗糙砂石來用于水泥的加固，制成的重量輕、抗裂性好并且更耐久的一種可彎曲材料。這種新型混凝土的主要成分與普通混凝土幾乎一樣，外觀也與普通混凝土相似，但在承受巨大壓力時(shí)會(huì)彎曲而不是斷裂。我國自2003年引入彈性混凝土以來，就一直得到了極高的關(guān)注。由于彈性混凝土在性價(jià)比、可操作性及抗變形等性能方面的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景。

1 彈性混凝土及其在國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀

彈性混凝土(Elastic Concrete)，是一種將只有人類頭發(fā)絲般厚度的微纖維作為水泥混凝土的組成材料配制而成的。即便在彎折的情況下也只會(huì)出現(xiàn)頭發(fā)絲粗細(xì)的細(xì)微裂縫，而不是破壞性的大裂縫。一旦出現(xiàn)裂口，其豐富的纖維便會(huì)從周邊空氣中吸收水汽，使裂口變軟，并逐漸“愈合”，修復(fù)裂隙。同時(shí)，水泥中的鈣離子也會(huì)從空氣中吸收水汽和二氧化碳，生成碳酸鈣。經(jīng)過這樣一系列的自發(fā)的修復(fù)和再加固過程，彎折后的混凝土結(jié)構(gòu)牢固如初。

彈性混凝土在國外應(yīng)用較早。美國是最早開始彈性混凝土研究的國家。1999年美國亞利桑那州立大學(xué)建立了世界上第一個(gè)彈性混凝土結(jié)構(gòu)跑道，引起了彈性混凝土路面研究的浪潮并逐步開始得到應(yīng)用。2007年美國密西根大學(xué)研制出的纖維混凝土抗裂性比目前修建人行道的材料高50倍，重量也輕40%，耐久性是普通混凝土的2倍，并將其投入使用來修補(bǔ)某公路橋(見圖1)。日本2008年年初宣布研究成功彈性混凝土，并開始在建筑中使用彈性混凝土，以預(yù)防地震的沖擊，增強(qiáng)建筑抵抗地震的能力。彈性混凝土已在日本、韓國、瑞士和澳大利亞得到成熟的應(yīng)用。

彈性混凝土在我國的研究起步較晚，但是發(fā)展迅速，近年來取得了豐碩的研究成果。我國最早是在1997年石家莊鐵道學(xué)院進(jìn)行彈性混凝土的研究，發(fā)現(xiàn)橡膠微粒能夠顯著提高混凝土的抗沖擊性能。2006年上海交通大學(xué)發(fā)明了道路吸音高彈性混凝土材料。2007年山西建華化工有限公司發(fā)明了一種高強(qiáng)度彈性混凝土添加劑，這種復(fù)合添加劑加入普通混凝土中，在不影響混凝土抗壓強(qiáng)度的情況下，能大幅度提高混凝土的抗折強(qiáng)度增加韌性。2008年天津城市學(xué)院很好的解決了施工中彈性混凝土力學(xué)性能下降的難題。2012年9月份，我國常州市公路交通部門首次使用彈性混凝土對(duì)干線公路橋梁伸縮縫進(jìn)行了整治，取得了很好的效果。

2 彈性混凝土的應(yīng)用范圍探索

彈性混凝土工程性能介于普通混凝土及瀝青混凝土之間，兼具有兩者的優(yōu)點(diǎn)。相比普通混凝土，強(qiáng)度高，耐磨性好，抗裂性能好，韌性高，日本研究的彈性混凝土延展性能高出普通混凝土100倍以上;相比較瀝青混凝土重量輕，熱膨脹系數(shù)是瀝青混凝土的一半以下，且具有良好的隔熱、隔音、防止軟化性能。在施工中，彈性混凝土施工簡單，攤鋪時(shí)只需倒入缺損的伸縮縫內(nèi)抹平即可，無須加熱或特別處理。與傳統(tǒng)修復(fù)相比，其使用年限遠(yuǎn)超鋼纖維混凝土，并在車輛碾壓發(fā)生形變后易恢復(fù)，其強(qiáng)度完全能夠滿足通行需要，彈性體使得通行聲音輕且耐荷載及耐沖擊性更強(qiáng)，從而使道路行駛更安全。施工后現(xiàn)場易清潔，無污染?？梢哉f，彈性混凝土具有廣闊的應(yīng)用范圍。

1)道橋路面處理。

普通混凝土路面噪聲大，剛性強(qiáng)，收縮縫寬且振動(dòng)大，行車適應(yīng)性差。相對(duì)照普通混凝土，瀝青混凝土克服了普通混凝土的很多固有弱點(diǎn)，大部分道橋路面建設(shè)都選用瀝青混凝土作為主要材料，但是高昂的維護(hù)費(fèi)用不斷攀升，使其性價(jià)比逐步下降。彈性混凝土兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，可以很好的進(jìn)行伸縮縫處理，增強(qiáng)路面舒適度，改善公路行車的舒適性，降低噪聲，延長道橋路面使用壽命(見圖2)。上海路政部門利用彈性混凝土良好的柔韌性，將彈性混凝土應(yīng)用于窨井周邊碎裂的處理，由于彈性混凝土與周邊道路的粘結(jié)程度高，特別是出色的抗剪能力，當(dāng)有荷載通過時(shí)，上下的振動(dòng)也不易使彈性混凝土損壞，并且很好的解決了破碎窨井的重復(fù)修復(fù)問題。

圖1 美國沃特森公司生產(chǎn)的Wabo Crete Ⅱ彈性混凝土

圖2 橋梁伸縮縫受力分析圖

2)建筑上作為墻板和樓板使用。

彈性混凝土重量輕，韌性高，能量吸收能力強(qiáng)，具有隔熱隔聲減震的性能。隨著生活水平的提高，高層住戶對(duì)噪聲影響的問題越來越關(guān)注。在建筑上，將彈性混凝土作為墻板或者樓板使用，可以很好的解決隔音問題，提高住戶生活質(zhì)量?？梢灶A(yù)測，彈性混凝土作為墻板或者樓板會(huì)具有廣闊的市場潛力。

3)其他應(yīng)用。

彈性混凝土出色的工程性能，決定了其具有廣闊的應(yīng)用范圍?？梢詰?yīng)用于機(jī)場跑道建設(shè)，地下殼體，網(wǎng)球場，運(yùn)動(dòng)場等建設(shè)。

3 彈性混凝土的應(yīng)用前景分析

彈性混凝土是近年來逐步成熟的一門材料科學(xué)新技術(shù)，通過改良，充分發(fā)揮其各方面的性能，可以將其應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，具有很廣闊的應(yīng)用前景。

1)使用彈性混凝土獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

彈性混凝土具有質(zhì)量輕及良好的抗裂性的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于道橋路面建設(shè)，可以適當(dāng)降低路面攤鋪厚度。根據(jù)美國歇根大學(xué)研制出的“工程水泥復(fù)合材料”(ECC)為例，該種纖維混凝土抗裂性比目前修建人行道的材料高50倍，重量也輕40%，耐久性是普通混凝土的兩倍。使用該種材料可以很好的解決一些橋面耐久性(如過早出現(xiàn)裂縫等)問題，并無須再用伸縮接頭。日本北海道應(yīng)用該材料修筑的三原橋橋面厚度僅為5 cm。有研究表明，將保養(yǎng)和后期維修成本考慮在內(nèi)的話，在60年內(nèi)，用ECC材料建橋的成本可能比使用傳統(tǒng)材料低37%。將彈性混凝土應(yīng)用于墻板和樓板，利用其質(zhì)量輕的特點(diǎn)，可以大大降低樓房的整體重量，同時(shí)，可以降低其他材料的應(yīng)用。目前，雖然彈性混凝土的價(jià)格是普通混凝土價(jià)格的3倍～10倍，從道橋路面壽命和安全性的長遠(yuǎn)考慮，依然是一種經(jīng)濟(jì)的選擇。再隨著技術(shù)的進(jìn)步，彈性混凝土市場的擴(kuò)大，制備材料價(jià)格隨著需求量的擴(kuò)大而降低，再加上因?yàn)槭褂脧椥曰炷炼档偷娜缟鲜鲑M(fèi)用，可以說，使用彈性混凝土?xí)芎玫慕档凸こ坛杀?，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2)使用彈性混凝土具有良好的社會(huì)效益。

使用彈性混凝土，在環(huán)境保護(hù)，降低污染，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)方面具有良好的社會(huì)效益。彈性混凝土部分原材料來自于廢舊輪胎，據(jù)統(tǒng)計(jì)，隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國每年產(chǎn)生的廢輪胎的數(shù)量達(dá)到2億多條，并以每年兩位數(shù)的速度增長，而我國橡膠資源十分匱乏，生膠70%依賴進(jìn)口。對(duì)廢輪胎進(jìn)行掩埋、焚燒、堆放會(huì)造成“二次污染”，因此，如何實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎的綜合利用是我國需要面對(duì)的一個(gè)難題。將廢舊輪胎加工成彈性混凝土制備材料，將其變廢為寶是一個(gè)可行的整治方案。因此，我國需要加強(qiáng)在廢舊輪胎整治方面的研究，將其變成產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈。同時(shí)，增加就業(yè)機(jī)會(huì)，減輕就業(yè)壓力。

4 結(jié)語

彈性混凝土在我國處于早期發(fā)展階段。由于其出色的工程性能，能有效的降低工程成本，還有在環(huán)境保護(hù)，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)等方面產(chǎn)生的巨大的社會(huì)效益，值得進(jìn)一步研究和開發(fā)。目前，彈性混凝土價(jià)格還比較昂貴，如何降低其生產(chǎn)成本，將其大規(guī)模應(yīng)用于工程建設(shè)，是一個(gè)很值得研究和探索的問題。

［1］ 趙曉輝.新型彈性混凝土試驗(yàn)研究及應(yīng)用前景［J］.河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009(2)：46-47.

［2］ 夏秀華.彈性混凝土在城市道路快速化維修中的研究與應(yīng)用［J］.建材發(fā)展導(dǎo)向，2010(8)：10.

［3］ 孫家瑛，高先芳.彈性混凝土性能研究及在橋梁伸縮縫工程中的應(yīng)用［J］.工業(yè)建筑，2010(6)：92-93.