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膠質(zhì)混凝土（又稱橡膠混凝土）是在制備水泥砂漿或混凝土?xí)r，用橡膠乳液及輔助外加劑和水泥一起拌和成型、固化。

當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)汽車的大量需求，不但加速了汽車的更新?lián)Q代，更造成了大量輪胎的廢棄。廢橡膠不易降解，填埋處理既占地又對(duì)土壤和地下水環(huán)境產(chǎn)生較大污染，焚燒雖可回收其中部分能源但會(huì)帶來(lái)大氣污染。因此，大量廢橡膠的產(chǎn)生及其堆積已構(gòu)成了嚴(yán)重的“黑色污染”。據(jù)中國(guó)輪胎翻修利用協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)在2010年廢輪胎產(chǎn)生量將達(dá)到2億條以上，而我國(guó)廢輪胎回收利用率不足30%。將廢輪胎切碎、粉磨加入混凝土中制成橡膠混凝土正日益成為混凝土領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

自20世紀(jì)90年代初期，美國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始了對(duì)橡膠混凝土的研究，國(guó)內(nèi)對(duì)橡膠混凝土的研究起步較晚，到90年代后期才看到研究報(bào)道。1999年2月，亞利桑那州立大學(xué)在校內(nèi)鋪筑了橡膠微粒摻量為23.7kg/m³橡膠水泥混凝土人行道試驗(yàn)段，用于了解橡膠水泥混凝土的工作機(jī)理。2001年5月，亞利桑那州運(yùn)輸部在菲尼克斯市的一個(gè)停車場(chǎng)修建了橡膠水泥混凝土試驗(yàn)段，橡膠摻量為29.7kg/m³；2003年1月，美國(guó)菲尼克斯市修建了橡膠水泥混凝土網(wǎng)球場(chǎng)，橡膠摻量為29.7～178.5kg/m³；2003年6月，該州交通部在北部建造了世界上第一條橡膠水泥混凝土路面，使用性能良好。

彈性混凝土最新應(yīng)用研究是西班牙馬德里大學(xué)F．Herna’ndez—Olivares等人鋪設(shè)一條剛性橡膠混凝土路面并研究其抗疲勞性能，試驗(yàn)利用不同摻量橡膠（0%，3.5%，5%）的橡膠混凝土鋪筑一段剛性路面，在馬德里自然條件下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明使用橡膠混凝土比普通混凝土耐久性提高大約5%。

性能特點(diǎn)

橡膠混凝土中橡膠顆粒的摻量和邊界效應(yīng)是影響其工作性能的主要因素，諸多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：由于橡膠骨料易吸水且吸水率大的特點(diǎn)，摻量越大，拌合物流動(dòng)性越差；由于橡膠骨料邊界有憎水引氣的特點(diǎn)，一定程度上增大了混凝土的含氣量，而這種引氣作用會(huì)改善混凝土的流動(dòng)性。橡膠顆粒的摻量和邊界效應(yīng)二者中的顯著影響因素、橡膠混凝土配合比優(yōu)化、橡膠顆粒替換膠凝材料與骨料對(duì)其工作性能的影響等方面有待進(jìn)一步研究。

路用橡膠混凝土抗沖擊性能研究

很多學(xué)者對(duì)橡膠混凝土的抗壓與抗折強(qiáng)度進(jìn)行了大量的研究，絕大部分研究結(jié)果均表明，對(duì)于普通強(qiáng)度混凝土，橡膠顆粒的摻入在一定程度上大幅降低其強(qiáng)度，而對(duì)高強(qiáng)混凝土的影響程度相對(duì)減??；與抗壓強(qiáng)度相比，橡膠顆粒的摻入對(duì)抗折強(qiáng)度的影響程度有所降低。橡膠顆粒的粒徑與摻量是混凝土強(qiáng)度的主要影響因素，兩者的變化對(duì)其強(qiáng)度的影響呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律。

一、任務(wù)來(lái)源 

"路用橡膠混凝土抗沖擊性能研究"為廣東省交通廳科技項(xiàng)目，承包單位為廣東工業(yè)大學(xué)，合作單位為廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司。項(xiàng)目編號(hào)科技-2017-02-034。項(xiàng)目研究的起止時(shí)間為2017年01月至2019年12月，后因研究需要并經(jīng)批準(zhǔn)延期至 2022年4月完成全部研究工作。 

二、應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)原理 

應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槁访娌牧?，尤其適用于混凝土路面。技術(shù)原理∶本項(xiàng)目擬對(duì)通過(guò)更深入地對(duì)廢舊輪胎橡膠再利用的研究，探討路面混凝土開(kāi)裂的破壞機(jī)理，深入分析抗拉強(qiáng)度對(duì)于橡膠混凝土的重要性，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、理論計(jì)算、模型分析和理論研究，揭示橡膠混凝土在路面工程中的優(yōu)缺點(diǎn)和可利用性，并解決了項(xiàng)目和系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，在技術(shù)上取得了創(chuàng)新性的突破，圓滿完成了計(jì)劃項(xiàng)目合同的技術(shù)指標(biāo)。 

三、性能指標(biāo) 

橡膠混凝土具有更好的抗沖擊性能。在較高的應(yīng)變率下，由于橡膠顆粒的能量耗散能力，橡膠混凝土的能量吸收能力優(yōu)于普通混凝土。30%橡膠摻量表現(xiàn)出最佳的吸能能力。膠顆粒增加了混凝土的準(zhǔn)靜態(tài)荷載下的韌性，壓彎強(qiáng)度比卻隨著橡膠摻量增大而減小。當(dāng)爆炸藥量不大時(shí)（2.3kg 或3.4kg）普通混凝土板仍處于彈性階段，損傷較小，而橡膠混凝土板處于塑性階段，跨中變形較大，受拉區(qū)出現(xiàn)一些細(xì)小裂縫。當(dāng)炸藥質(zhì)量較大時(shí)，橡膠混凝土板的殘余跨中位移差異減小，橡膠混凝土板拉伸區(qū)的損傷小于普通混凝土板。鋼筋混凝土板是一種實(shí)用的抗爆結(jié)構(gòu)，特別是大能量爆炸。為了綜合考慮材料強(qiáng)度，我們建議使用體積替代率低于30%的橡膠顆粒混凝土。 

四、與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)比較 

目前混凝土的動(dòng)態(tài)彎曲性能為國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)力學(xué)指標(biāo)的研究熱點(diǎn)之一，本項(xiàng)目所采用的研究方法和實(shí)驗(yàn)手段創(chuàng)新性高，可靠性強(qiáng)，研究結(jié)果較為可靠，研究產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中取得不錯(cuò)的預(yù)期成果。 

五、成果的創(chuàng)造性、先進(jìn)性 

（1）研究出適用于不同交通量、不同等級(jí)城市道路的快速修補(bǔ)混凝土，適用于各種混凝土路面;研究材料的抗沖擊力學(xué)性能，將路面動(dòng)態(tài)荷載表征為不同應(yīng)變率的動(dòng)態(tài)荷載，研究此荷載作用下，路面的破壞機(jī)理; 

（2）針對(duì)混凝土材料的動(dòng)態(tài)抗彎性能的研究很少，研究聚合物改性橡膠混凝土在高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)抗彎性能，進(jìn)一步完善該材料的抗沖擊性能的研究;通過(guò)運(yùn)用落錘試驗(yàn)機(jī)和分離式霍普金森壓桿裝置對(duì)該材料在不同應(yīng)變率下進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，最終得到包括靜態(tài)試驗(yàn)在內(nèi)的全應(yīng)變率的動(dòng)態(tài)抗彎性能。 

混凝土路面不可避免地承受著來(lái)自外部高速高能量的沖擊荷載，極有可能出現(xiàn)遠(yuǎn)大于規(guī)范所規(guī)定的加載速度。因此，在設(shè)計(jì)混凝土路面或應(yīng)急修補(bǔ)時(shí)更應(yīng)同時(shí)考慮路面在高速?zèng)_擊荷載下的力學(xué)性能與破壞機(jī)理。目前所用的修補(bǔ)材料大致可分為無(wú)機(jī)類修補(bǔ)材料、有機(jī)類修補(bǔ)材料、聚合物水泥基修補(bǔ)材料、纖維改性混凝土修補(bǔ)材料四大類。

依據(jù)交通運(yùn)輸部門(mén)關(guān)于《公路工程水泥混凝土用快速修補(bǔ)材料》行業(yè)規(guī)范意見(jiàn)征求稿中的定義，公路工程水泥混凝土用快速修補(bǔ)的有機(jī)類修補(bǔ)材料主要分為干粉類和膠乳類聚合物修補(bǔ)材料，目前國(guó)內(nèi)外研究較多且較為成熟的可以進(jìn)行水泥混凝土路面修補(bǔ)的聚合物修補(bǔ)材料主要有瀝青修補(bǔ)材料和聚合物修補(bǔ)材料。 

本項(xiàng)目研究的路用修補(bǔ)混凝土貫徹了綠色交通的理念，經(jīng)濟(jì)、合理利用廢舊橡膠。研發(fā)的橡膠混凝土的出現(xiàn)對(duì)環(huán)境保護(hù)、綠色環(huán)保的理念得到進(jìn)一步的貫徹。

應(yīng)用前景

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的逐漸展開(kāi)，我國(guó)正在或需要在惡劣環(huán)境條件下興建大量的大型基礎(chǔ)工程，如跨海大橋、海洋設(shè)施、地下空間結(jié)構(gòu)、西部大開(kāi)發(fā)過(guò)程的配套基礎(chǔ)沒(méi)施，這些工程舉足輕重；同時(shí)，為了適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，現(xiàn)有大量的基礎(chǔ)設(shè)施需要進(jìn)行改造。因此，迫切需要進(jìn)一步改善傳統(tǒng)混凝土材料延性差、易于開(kāi)裂以及抵抗環(huán)境介質(zhì)侵蝕能力較差的性能特點(diǎn)。利用廢舊橡膠組分的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)水泥混凝土進(jìn)行改性是非常有效的技術(shù)途徑。在優(yōu)化橡膠顆粒粒徑和摻量等技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，按混凝土結(jié)構(gòu)性能要求合理設(shè)計(jì)其配制技術(shù)，那么廢舊橡膠水泥混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展；同時(shí)，也有可能從簡(jiǎn)單的利廢發(fā)展到對(duì)現(xiàn)有水泥混凝土改性的高附加值應(yīng)用。廢舊橡膠水泥混凝土除在土木工程中的傳統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用外，在以下兩方面的推廣應(yīng)用將更顯優(yōu)勢(shì)：

高速公路路面新材料

采用廢舊橡膠改性的水泥混凝土，具有良好的彈塑性、能吸收噪聲、耐重壓、不易磨損、抗沖擊性好、耐久性好等優(yōu)異的性能。因而，橡膠改性混凝土應(yīng)用于道路路面建設(shè)中，既具有瀝青路面的優(yōu)點(diǎn)，又具有比瀝青路面高得多的耐久性，因此具有明顯的優(yōu)越性。國(guó)外亦正在進(jìn)行工程實(shí)踐。

新型鐵道工程建設(shè)制品

韓國(guó)發(fā)明了將廢輪胎膠粉、砂石、水泥混合，用模具壓制成鐵路枕木，這種材料制作的鐵路枕木具有重量輕、抗沖擊和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，還能減少火車行駛中的噪聲和振動(dòng)。此項(xiàng)技術(shù)已在美國(guó)獲得了專利。這種技術(shù)已在美國(guó)等國(guó)家的鐵路平交道口中大量應(yīng)用，實(shí)踐證明采用這種技術(shù)生產(chǎn)平交道口新型鋪面板，能夠提高道口鋪面壽命，減少維修，增加道口安全性，極大地降低了重載車輛對(duì)線路的沖擊作用，并能減振降噪，是良好的地面絕緣性材料。我國(guó)將建成十多萬(wàn)公里的鐵路線，平交道口多如繁星，若用橡膠改性混凝土鋪面板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水泥混凝土預(yù)應(yīng)力軌枕、平交道口鋪面板和橋面板等，將產(chǎn)生顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。

完成單位：廣東工業(yè)大學(xué)、廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司

研究人員：楊飛、李紅中、劉鋒、黃志國(guó)、柯小兵、鐘根全、王岫鑫、柯志輝、馮萬(wàn)輝、魏偉、夏珂、梁永威、陳德