橡膠集料混凝土耐久性研究現(xiàn)狀綜述

徐琪，徐金花，高思，趙雪濤

（沈陽工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽 110178）

引言

隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，高分子工業(yè)垃圾越來越多，其中廢舊橡膠材料數(shù)量高居世界第二位。橡膠集料混凝土是由廢舊汽車輪胎橡膠微粒摻入普通混凝土中配置而成的，具有很好的抗裂性能，以及大變形、和能量耗散多等諸多優(yōu)點(diǎn)。橡膠集料混凝土的廣泛應(yīng)用，不僅解決了廢棄垃圾處理問題，使資源得以再利用，而且作為綠色建材，實(shí)現(xiàn)了建筑環(huán)保。在保證其具有良好的力學(xué)性能的前提下，研究橡膠集料混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕性等混凝土的耐久性很有必要[1-4]。

1 抗?jié)B性

混凝土的滲透性是影響混凝土耐久性的最主要因素之一?？?jié)B性能的高低不僅表征了混凝土耐水流穿過的能力，而且對(duì)混凝土的抗碳化、抗凍、抗氯離子穿透的能力也有重要的影響[4]。胡鵬[5]的試驗(yàn)研究表明：摻入橡膠微粒可以改善混凝土的滲透性，其中，當(dāng)摻量為5%時(shí)抗?jié)B效果最好?；炷恋目?jié)B性是由水壓力、毛細(xì)孔壓力和毛細(xì)孔阻力綜合影響的，而橡膠的摻入使混凝土的微觀孔結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，增大了混凝土的毛細(xì)孔率，減少了混凝土平均毛細(xì)孔半徑，降低了毛細(xì)孔的抽吸作用，從而降低了混凝土的滲透性。路沙沙[6]等人試驗(yàn)研究表明：摻量相同時(shí)，粒徑越大抗?jié)B性越好；粒徑相同時(shí)，摻量越大抗?jié)B性越好。橡膠是憎水材料，粗糙的廢舊橡膠粉引氣能力更強(qiáng)，且切斷了毛細(xì)孔，延長(zhǎng)了滲水通道，從而大大減弱了毛細(xì)現(xiàn)象，增強(qiáng)了抗?jié)B透性。但粒徑越小，上述現(xiàn)象越不明顯，抗?jié)B性能也越弱。劉春生，朱涵[7]基于Darcy定律和Young-Laplace方程，研究了橡膠集料對(duì)混凝土滲透性的影響。研究表明橡膠有明顯的疏水性，與普通混凝土相比，摻入的橡膠使混凝土毛細(xì)孔壓力降低了38.1%～80.2%，明顯提高了混凝土抗?jié)B性。

2 抗凍性

我國(guó)大部分寒冷地區(qū)，使用除冰鹽對(duì)路面進(jìn)行除雪，這樣往往會(huì)導(dǎo)致路面的剝蝕和開裂，使水泥混凝土路面達(dá)不到設(shè)計(jì)的使用年限[8]。很多研究表明，作為新型綠色建材的橡膠集料混凝土能提高抗凍性。Savas等[9]試驗(yàn)研究表明：經(jīng)過300次快速凍融循環(huán)后，橡膠顆粒含量為水泥質(zhì)量的10%～15%的混凝土的耐久系數(shù)比普通混凝土高60%，當(dāng)摻入的橡膠顆粒含量達(dá)到水泥質(zhì)量的20%～30%時(shí)，橡膠集料混凝土的耐久系數(shù)不滿足ASTM標(biāo)準(zhǔn)，并且凍融循環(huán)質(zhì)量損失率隨著凍融次數(shù)增加而增加。徐金花等人[10]試驗(yàn)研究表明，橡膠粉的摻入能明顯改善混凝土的抗鹽凍性能，尤其是摻量為5%～10%時(shí)效果較好，少量橡膠粉的摻入在鹽凍初期抗凍效果明顯，能顯著提高混凝土的抗凍性，但后期大量橡膠粉摻入會(huì)降低混凝土的抗凍性，混凝土的強(qiáng)度和抗腐蝕性也會(huì)降低。為了橡膠集料混凝土具有很好的強(qiáng)度和抗凍性，建議橡膠摻量不宜超過15%。周梅教授等[11]采用二因素、四水平的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)研究表明混凝土的抗鹽凍性能和橡膠細(xì)集料的粗細(xì)程度有關(guān)，摻入的橡膠細(xì)集料越細(xì)，抗鹽凍效果更好。當(dāng)橡膠顆粒取代細(xì)集料的取代率40%時(shí)，混凝土抗鹽凍性能較好，但取代率超過40%時(shí)，混凝土的動(dòng)彈性模量會(huì)降低，抗鹽凍性下降。祝發(fā)珠[12]認(rèn)為橡膠集料混凝土的抗凍性主要和含氣量有關(guān)，研究表明橡膠摻量12%左右時(shí)，混凝土的抗鹽凍效果明顯，當(dāng)超過12%后，雖然混凝土的含氣量隨著摻入的橡膠增加而增加，但是過量的摻入會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，增加含水量，最終致使混凝土的抗凍性能降低。由于試驗(yàn)的方法、材料、儀器等不同，試驗(yàn)結(jié)果往往會(huì)有所差別，但是通過比較，也不難發(fā)現(xiàn)橡膠的摻量能改善混凝土的抗凍性，但是過多的橡膠摻入會(huì)降低混凝土的抗凍性能。

3 抗化學(xué)腐蝕性

被廣泛應(yīng)用于惡劣環(huán)境的混凝土，在使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)處于含鹽環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)總是更容易受到破壞，其耐久性較于普通的混凝土要低，人們逐漸開始研究鹽離子對(duì)混凝土耐久性的影響，發(fā)現(xiàn)摻入橡膠的混凝土比普通混凝抗腐蝕性效果好。[13]歐興進(jìn)[14]采用ASTM C1202直流電量法對(duì)橡膠集料混凝土的氯離子性能進(jìn)行比較系統(tǒng)的試驗(yàn)，研究表明，橡膠集料的摻入能在一定程度上降低混凝土的氯離子滲透性，橡膠集料混凝土的抗氯離子侵蝕性能比普通混凝土好，且1～2mm橡膠顆粒的改善效果優(yōu)于4～6mm橡膠塊。而王寶民[15]等人試驗(yàn)研究表明，水灰比是影響橡膠集料混凝土抵抗氯離子侵蝕主要因素，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著水灰比的增大而增大，第二影響因素是橡膠摻量，橡膠集料混凝土抗氯離子侵蝕性能在橡膠摻量10kg/m3時(shí)效果顯著，隨著橡膠摻量的增加，混凝土的滲透性會(huì)增加，抗氯離子侵蝕性降低，當(dāng)橡膠粒徑在80到120目的范圍內(nèi)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)因?yàn)榱较嗖畈淮笥绊戄^小，粒徑大的橡膠混凝土抗氯離子侵蝕性略高于粒徑小的橡膠混凝土。

4 結(jié)論

作為新型綠色建筑材料的橡膠集料混凝土，其應(yīng)用的前景越來越廣泛，對(duì)此進(jìn)行的研究也越來越深入?，F(xiàn)有的研究成果表明，橡膠集料混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、耐腐蝕性較與普通的混凝土更強(qiáng)。

（1）混凝土的抗?jié)B性和橡膠摻量以及粒徑有關(guān)，摻量相同時(shí)，粒徑越大抗?jié)B性越好；粒徑相同時(shí)，摻量越大抗?jié)B性越好，摻量為5%左右時(shí)抗?jié)B性較好。

（2）摻量在10%～15%以下時(shí)，橡膠集料的加入能改善混凝土的抗凍性，但摻入過多的橡膠，混凝土抗凍性會(huì)降低。

（3）橡膠集料混凝土抵抗氯離子侵蝕的性能普遍優(yōu)于普通混凝土，且粒徑小的橡膠混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)略低于粒徑大的橡膠混凝土。

5 展望

橡膠集料混凝土耐久性能仍需進(jìn)行大量試驗(yàn)研究和和理論分析，在以下方面繼續(xù)探索：

（1）探討不同試驗(yàn)方法與理論分析對(duì)混凝土耐久性的影響規(guī)律，求同存異對(duì)待試驗(yàn)結(jié)果；

（2）本文主要研究了橡膠集料混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗化學(xué)腐蝕性，對(duì)碳化、鋼筋銹蝕等其他因素對(duì)橡膠集料混凝土耐久性問題仍需做進(jìn)一步研究；

（3）在多因素耦合作用下，研究橡膠集料混凝土的耐久性，并提出更系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

[1]屈妍.橡膠集料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].混凝土，2012（2）：96-98.

[2]徐金花，馮夏庭，陳四利.橡膠集料對(duì)混凝土抗凍性的影響[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（6）：895-898.

[3]胡鵬，朱涵，王旻.橡膠集料混凝土滲透性能的研究[J].天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（4）：8-12.

[4]胡鵬.橡膠集料混凝土滲透性能研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[5]胡鵬，朱涵.摻橡膠細(xì)粒混凝土的滲透性與微觀結(jié)構(gòu)[J].混凝土與水泥制品，2007（2）：4-6.

[6]路沙沙，麻鳳海，鄧飛.橡膠顆粒摻量、粒徑影響橡膠混凝土性能的試驗(yàn)分析 [J].硅酸鹽通報(bào)，2014，33（10）：2477-2483+2492.

[7]劉春生，朱涵.橡膠集料表面特性對(duì)混凝土滲透性的影響[J].商品混凝土，2009，（12）：41-44.

[8]李中華.寒冷地區(qū)道路混凝土抗鹽凍剝蝕性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[9]Kuruuzum，Zeynep.Freeze-thaw durability of concrete with ground waste tire rubber [J].Transportation Research Record，1996.

[10]徐金花，王肖宇，陳四利.橡膠粉集料混凝土抗鹽凍性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品，2015（10）：16-19.

[11]周梅，趙華民，徐秒，等.橡膠細(xì)集料摻量及粗細(xì)程度對(duì)混凝土抗鹽凍性能的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2014（7）：1816-1822.

[12]祝發(fā)珠.橡膠集料混凝土抗鹽凍性能試驗(yàn)研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[13]王開慧，橡膠集料混凝土抗硫酸鎂、氯鹽侵蝕性能研究[D].天津：天津大學(xué)，2006.

[14]歐興進(jìn).CRC抗氯離子侵蝕研究及其使用壽命預(yù)測(cè)[D].天津：天津大學(xué)，2006.

[15]王寶民，涂妮，郭志強(qiáng).橡膠混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)研究[J].低溫建筑技術(shù)，2012（9）：1-3.