（道路与铁道工程专业论文）橡胶水泥混凝土物理力学性能研究.pdf

r e s e a r c ho np h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fr u b b e r c e m e n tc o n c r e t e b y w u z h a n g t a o b e ( c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e rofe n g i n e e r i n g l n r o a da n dr a i l w a ye n g i n e e r i n g l n c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r a s s o c i a t ep r o f e s s o ry i n gr o n g h u a m a y , 2 0 11 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 雅咯 日期：砌7 年r 月z 占日 学位论文版权使用授权书， 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密d ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密 ( 请在以上相应方框内打“，) 作者签名：关舅吊 日期：沙年r 月“日 导师签名：毋芬彳 日期：加f 年f 月6 日 摘要 橡胶水泥混凝土是一种由橡胶粉和普通水泥混凝土组成的复合材料，同时具 有橡胶和水泥混凝土的优良性能，在公路工程中有广阔的应用前景。本文以橡胶 水泥混凝土为研究对象，研究橡胶粉掺量对水泥混凝士物理力学性能的影响，分 析其在公路工程中的应用。 文章对试验原材料进行了调查了选定，从材料质量及品质的稳定性角度选定 试验用的橡胶粉，水泥，集料及其他相关材料，同时试验证实橡胶粉掺入到水泥 中以后，水泥凝结时间延长，说明橡胶粉对水泥能起到缓凝作用。 通过对水泥混凝土的配合比设计确定了各试验材料用量及试验方法。将橡胶 粉以不同比例分别掺入到水泥净浆，水泥砂浆以及水泥水泥混凝土中，分析橡胶 粉的掺入以及不同掺量对水泥混凝土强度的影响。试验证明，橡胶粉掺入以后， 混凝土的抗折强度和抗压强度均有一定降低，其中抗压强度降低速度高于抗折强 度降低的速度，但是其韧性，弹性模量，抗裂性能都随着橡胶粉掺量的增加而增 强，而且橡胶粉掺量越大，增强效果越明显。另外，对橡胶粉进行表面处理能有 效提高水泥混凝土强度。试验分别将橡胶粉用水洗，氢氧化钠溶液及盐酸溶液进 行处理，以水泥砂浆强度作为评定指标，结果显示强度有明显提高，而且用氢氧 化钠处理效果最好。从橡胶水泥混凝土受压时的应力应变曲线可知，橡胶混凝 土受压最大荷载降低，最大应变增加，弹性模鼍降低，韧性增强。 试验分析了橡胶混凝土的抗冻性能，抗冲击性能，收缩性能以及抗渗性能等 路用性能，结果显示橡胶混凝土较基准混凝土抗冻性能好，在多次冻融循环后仍 然能保持结构的完整性；抗冲击性能试验显示当橡胶粉掺量为5 时，试件的冲 击韧性提升了3 3 ；收缩性能试验结果显示，随着橡胶粉掺量增加试件收缩量 减小，橡胶粉掺量为5 时试件收缩量只有基准混凝土的一半；抗渗性能试验结 果表明随着试件渗水高度与橡胶粉掺量近似呈反比，随着橡胶粉掺量增加，抗渗 系数减小，抗渗性能增强掺入橡胶粉以后混凝土路用性能均有较大幅度提高，且 在试验掺量范围内，随着橡胶粉掺量的增加，橡胶混凝土的路用性能也随着增强。 关键词：橡胶水泥混凝土；物理力学性能；应力一应变曲线；韧性 a b s t r a c t t h ea s p h a l tm o r t a ri sak i n do fh e t e r o g e n e i t yc o m p o u n dm a t e r i a lw h i c hi s c o m p o s e dt o g e t h e rb yr u b b e rp o w d e ra n do r d i n a r yc e m e n tc o n c r e t e ，w i t hr u b b e ra n d t h ee x c e l l e n tp r o p e r t i e so fc e m e n tc o n c r e t e ，i th a v eb r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t si n h i g h w a yc o n s t r u c t i o n t h i sp a p e ru s er u b b e rc e m e n t c o n c r e t ea st h er e s e a r c ho b j e c t ， t h er u b b e rp o w d e ro fc e m e n tc o n c r e t ea d m i x t u r eo ft h ei n f l u e n c eo fp h y s ic a la n d m e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e ，a n a l y z i n gi t sa p p l i c a t i o ni nh i g h w a ye n g i n e e r i n g t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h et e s tr a wm a t e r i a lf r o mq u a l i t ya n ds e l e c t e dt h e s t a b i l i t yo fq u a l i t yt e s t su s i n ga n g l es e l e c t e dr u b b e rp o w d e r , c e m e n t ，s e t sa n do t h e r r e l a t e dm a t e r i a l s ，m e a n w h i l ee x p e r i m e n t sc o n f i r mr u b b e rp o w d e rm i x e di nt h e c e m e n t ，c e m e n ta n ds e t t i n gt i m ea f t e rt h a tr u b b e rp o w d e ro v e r - i n d u l g e n c ee x t e n d y o u c a n p l a yt h es l o wc o a g u l a t i o ne f f e c t t h r o u g ht h em i xd e s i g no fc e m e n tc o n c r e t ei d e n t i f yv a r i o u st e s tm a t e r i a l s d o s a g ea n dt e s tm e t h o d s w i l lt h er u b b e rp o w d e rm i x e dw i t hd i f f e r e n tp r o p o r t i o nt o c e m e n ts l u r r yr e s p e c t i v e l yn e t ，c e m e n tm o r t a ra n dc e m e n tc o n c r e t e ，a n a l y s i so f r u b b e rp o w d e rm i x e da n dd i f f e r e n td o s a g eo fc e m e n tc o n c r e t es t r e n g t hi n f l u e n c e t e s tp r o o f , r u b b e rp o w d e ra d d i n gl a t e r ，c o n c r e t ef l e x u r a ls t r e n g t ha n dc o m p r e s s i v e s t r e n g t ho fa l lh a v ec e r t a i n r e d u c et h ec o m p r e s s i v es t r e n g t h ，f l e x u r a ls t r e n g t h r e d u c i n gf a s t e rt h a nt h es p e e do ft h el o w e r b u t i t s t o u g h n e s s ，e l a s t i cm o d u l u s ， c r a c k r e s i s t a n c ea r ea st h ei n c r e a s eo ft h ea d m i x t u r eo fr u b b e rp o w d e r ，a n dr u b b e r p o w d e ri se n h a n c e db yt h ea d m i x t u r eo ft h em o r eo b v i o u s ，t h eg r e a t e rt h ee f f e c t i n a d d i t i o n ，r u b b e rp o w d e ro nt h es u r f a c ec a ne f f e c t i v e l ye n h a n c et h ec e m e n tc o n c r e t e s t r e n g t h t r i a l s w e r ew i l lr u b b e rp o w d e rw a s h ，s o d i u mh y d r o x i d es o l u t i o na n d h y d r o c h l o r i ca c i ds o l u t i o no ft r e a t m e n tt oc e m e n tm o r t a rs t r e n g t ha st h ee v a l u a t i o n i n d e x ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a ts t r e n g t hh a v ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yw i t hn a o h t r e a t m e n t ，a n db e s te f f e c t p r e s s u r ef r o mr u b b e rc e m e n tc o n c r e t et h es t r e s s - s t r a i n c u r v ek n o w a b l e ，r u b b e rc o n c r e t ec o m p r e s s i o nm a x i m u ml o a d ，t h em a x i m u ms t r a i n i n c r e a s e s ，l o w e rm o d u l u so fe l a s t i c i t yd e c r e a s e d ，t o u g h n e s si n c r e a s e t e s ta n a l y s e sf r o s t r e s i s t a n c eo fc o n c r e t e ，r u b b e rs h o c kr e s i s t a n c e ，s h r i n k a g e p e r f o r m a n c ea n da n t i - p e r m e a b i l i t ye t cw a y u s ep e r f o r m a n c e ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a t r u b b e rc o n c r e t eab e n c h m a r kc o n c r e t ea n t i - f r e e z ep e r f o r m a n c ei sg o o d i nm u l t i p l e f r e e z e t h a w c y c l e s c a nk e e pr e m a i n sa f t e rt h es t r u c t u r a l i n t e g r i t y o f ；s h o c k 1 l r e s i s t a n c et e s ts h o w st h a tw h e nt h ea d m i x t u r eo fr u b b e rp o w d e rt o5 ，s p e c i m e n i m p a c tt o u g h n e s si n c r e a s e d3 3 ：s h r i n k a g ep e r f o r m a n c et e s tr e s u l t ss h o wt h a tw i t h t h er u b b e rp o w d e rd o s a g ei n c r e a s es p e c i m e n sd e c r e a s es h r i n k a g e ，r u b b e rp o w d e rt o 5 a d m i x t u r es p e c i m e n ss h r i n k a g eo fc o n c r e t eh a l f ；o n l yb e n c h m a r ke x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a tt h ea n t i - p e r m e a b i l i t ys p e c i m e n so o z ew a t e rw i t hh i g ha n dr u b b e r p o w d e rd o s a g ea p p r o x i m a t i o ni si n v e r s e l yp r o p o r t i o n a lt ot h ea d m i x t u r eo fr u b b e r p o w d e r ，a l o n gw i t hi n c r e a s e d ，a n t it h ec o e f f i c i e n td e c r e a s e s ，a n da n t i p e r m e a b i l i t y e n h a n c em i x i n gr u b b e rp o w d e rc o n c r e t ew a y u s ep e r f o r m a n c ea f t e ra l lh a v eag r e a t l y r a i s e d ，a n dt h et e s tw i t h i nt h es c o p eo ft h ea d m i x t u r eo fa d m i x t u r e ，a l o n gw i t ht h e i n c r e a s eo fr u b b e rp o w d e r ，r u b b e rc o n c r e t ew a y u s ep e r f o r m a n c ew i t he n h a n c e d k e yw o r d s ：r u b b e rc e m e n tc o n c r e t e ；p h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e ； t h es t r e s s - s t r a i nc u r v e ；t o u g h n e s s i i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论 1 1 研究背景及意义1 1 2 国内外研究现状1 1 2 1 国外橡胶混凝土研究现状一2 1 2 2 国内橡胶混凝土研究现状4 1 2 3 橡胶混凝士研究的发展趋势6 1 3 橡胶水泥混凝土在公路领域的应用方向6 1 3 1 橡胶混凝土作为路面材料铺筑橡胶水泥混凝土路面7 1 3 2 橡胶混凝土作为刚柔过渡层材料用于复合式路面7 1 3 3 橡胶混凝土用于桥面铺装材料一8 1 4 研究内容及技术路线一8 1 4 1 主要研究内容8 1 4 2 研究技术路线9 第二章原材料试验 2 1 橡胶粉1 0 2 2 水泥1 2 2 3 橡胶粉对水泥凝结时间的影响1 3 2 4 集料1 4 2 4 1 粗集料15 2 4 2 细集料16 2 5 其他材料1 7 2 6 本章小结一1 9 第三章橡胶水泥混凝土配合比设计 3 1 橡胶水泥净浆试验设计2 0 3 1 1 确定水泥净浆试验各组分用量一2 0 3 1 2 水泥净浆强度计算方法2 l 3 2 橡胶水泥砂浆试验设计2 l 3 3 橡胶水泥混凝土试验设计一2 2 3 3 1 水泥混凝士配合比设计2 2 3 3 2 试验方案及计算方法2 5 3 4 本章小结2 7 第四章橡胶粉对水泥混凝土强度的影响 4 1 橡胶粉对水泥净浆强度的影响一2 8 4 1 1 橡胶粉对水泥净浆强度影响2 8 4 1 2 橡胶粉对水泥净浆韧性的影响3 0 4 1 3 水泥净浆受压应力应变曲线分析一3 1 4 2 橡胶粉及其掺量对水泥砂浆强度的影响3 3 4 2 1 不同橡胶粉掺量的水泥砂浆试验结果一3 3 4 2 2 橡胶粉对水泥砂浆折压比的影响3 5 4 2 3 水泥砂浆破坏应力应变曲线分析3 7 4 3 橡胶粉表面处置对水泥砂浆强度的影响一3 8 4 3 1 橡胶粉表面改性机理一3 8 4 3 2 橡胶粉表面改性处理方法及试验设计3 9 4 3 3 表面处置后橡胶粉对水泥砂浆强度的影响3 9 4 4 橡胶粉对水泥混凝土物理力学性能的影响4 2 4 4 1 橡胶粉对水泥混凝土密度的影响一4 2 4 4 2 橡胶粉对水泥混凝土坍落度的影响一4 3 4 4 3 橡胶粉对水泥混凝土抗压强度的影响4 3 4 4 4 橡胶水泥混凝土应力一应变曲线分析4 5 4 4 5 橡胶混凝土抗裂性能分析4 7 4 5 本章小结4 9 第五章橡胶水泥混凝土路用性能分析 5 1 橡胶水泥混凝土抗冻性能分析5 0 5 2 橡胶水泥混凝土抗冲击性能分析5 1 5 3 橡胶水泥混凝七收缩性能分析5 4 5 4 橡胶水泥混凝土抗渗性能分析：5 6 5 4 本章小结5 8 第六章结论与展望 6 1 主要结论一5 9 6 2 进一步展望5 9 参考文献6 0 致谢一6 3 附录a 攻读硕士期间参加科研项目及公开发表的论文6 4 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 水泥混凝土是近现代应用最广泛的建筑材料，随着混凝土技术的发展，强度 也在不断的提高，伴随而来的是混凝土易于开裂和脆性断裂问题。橡胶水泥混凝 土是将废旧橡胶粉( 块) 加入到水泥混凝土中制成的一种复合材料，橡胶混凝土 能有效地集合橡胶和水泥混凝士的特点，而且其性能也介于刚性混凝土和柔性混 凝土之间【l 】，能缓解普通混凝土在应用时产生的开裂和脆性断裂问题。 废旧橡胶粉是由废旧轮胎经过机械破碎后的产物。一般来说，一辆汽车寿命 在l l 至1 2 年，而轮胎的寿命一般在2 至3 年，一个轮胎约需要3 0 4 0 k g 橡胶， 这样计算一辆车每年产生大约l o k g 废旧轮胎。废旧轮胎的堆积，造成了严重的 固体废弃物污染【2 1 。橡胶是一种难于降解的物质，一直以来橡胶制品对环境的严 重污染都没得到很好的处治。目前，废旧轮胎一般做燃料燃烧、深埋或者是重新 提取橡胶处理，轮胎燃烧会产生大量有害气体，而且掩埋固体轮胎也不易降解， 重新提取也会产生有毒气体。将轮胎机械破碎制成橡胶粉应用于工程材料中无疑 是一种经济、环保的处理方法。 我国正在倡导两型社会建设，即环境友好型、资源节约型社会建设。走可持 续发展道路是近年来我国提出的一项重大国策，而废物的循环利用和合理处置无 疑是我国发展循环经济，实现可持续的重大举措。橡胶粉在工程材料中已有广 泛的使用，橡胶沥青等材料也比较广泛的应用在公路建设中，然而橡胶水泥混凝 土的研究目前并不多，在国内也极少见到其在工程实际中的应用。橡胶是一种弹 性模量相对很低的材料，加入到水泥混凝土中以后，可以改善混凝土的韧性，降 低混凝土的弹性模量，减少混凝士构件的脆性破坏。橡胶粉主要是通过物理作用 改变水泥混凝土性能，并没有对水泥混凝土中各种材料的化学性能产生影响p j 。 由于橡胶水泥混凝土兼备橡胶和水泥混凝土的性质，也有学者将其称为“弹性混 凝土”【4 5 l ，并认为橡胶混凝土在未来的工程领域中会得到广泛的应用。把废旧轮 胎等加工成橡胶粉用于水泥混凝土中，既可以降低混凝土的脆性，改善抗冲击和 抗开裂性能【l l ，吸声隔热，又能充分利用废旧橡胶制品，减少固体废弃物污染。 本课题以橡胶水泥混凝土为研究对象，具有重大的经济价值和环境效益。 1 2 国内外研究现状 水泥混凝土与沥青混凝土相比有它自己独特的优点，如抗压强度、抗折强度 高，耐久性好，施工维修方便等，而橡胶混凝士更有着普通混凝土不具有的独特 性能，因此对橡胶混凝土的研究越来越受到各国的重视，并取得了一定的成果。 1 2 1 国外橡胶混凝土研究现状 废轮胎橡胶粉用于混凝土的研究开始于2 0 世纪9 0 年代，美国北卡罗米纳州 大学土木工程学院教授s h u a i ba h m a d ，将废旧轮胎磨碎，然后作为组成混凝土的 成分之一，与水泥、砂石骨料等混合制成“橡胶混凝土”。随后，橡胶混凝土在英 国、美国、加拿大、日本等国家都得到了实际应用。韩国已经发明了将橡胶混凝 土用于铁路枕木，这种枕木重量轻，抗冲击性能强，耐久性好，并能很好的减少 车辆行驶时的噪音和振动，取得了良好的效果；另外，美国、日本、波兰和一些 南美国家利用橡胶混凝士生产了橡胶铺面板，用于铁路道口铺面，提高了道口的 使用寿命，极大的降低了蕈载车辆对线路的冲击，证明其是一种良好的路面材料。 在橡胶水泥砂浆研究方面，d r a g h a v a n ，h h u y n h 6 l 将废轮胎橡胶颗粒掺 入到水泥砂浆中，分析了橡胶水泥砂浆的工作性、力学性能和化学稳定性。试验 结果显示，在掺加橡胶颗粒后，砂浆塑性收缩裂纹减少，而且由塑性收缩造成的 裂纹的长度、宽度也相应减少，掺橡胶颗粒的砂浆与普通砂浆相比，具有更好的 流变性；在将试样浸入强碱性溶液中4 个月后，抗拉强度、最大应力值都只减少 五分之一，证明其有较强的耐碱性环境腐蚀效果。英国学者n i f a t t u h i 和 l a c l a r k 7 j 分析了水泥净浆、砂浆在掺入胶粒和低等级橡胶粉后的物理力学性 能，试验结果为：水泥净浆、砂浆的密度随着胶粉掺加量的增大而减小，对水泥 净浆而占，在低等级胶粉掺量为固体质量5 0 时密度为13 0 0k g m 3 , 低密度的橡胶 改性水泥材料被证明具有良好的隔热和隔音效果。n o i k o n o m o u 和s m a v r i d o u t 8 j 用橡胶按质量比例取代砂子研究水泥砂浆的抗氯离子渗透能力，结果显示，在掺 入橡胶后粉以后，水泥砂浆的氯离子渗透性得到了改善，而且得到胶粉掺量为 1 2 5 时效果最佳。 橡胶掺量及胶粉表面改性研究方面，由于橡胶粉和水泥两种材料性质相差较 大，二者粘结处往往比较薄弱。因此有必要对橡胶进行表面改性处理，以增强二 者之间的黏结性能。r o s t a m i 9 j 采用三种溶剂( 水、水和c c l 4 溶剂、水和胶乳清 洗剂) 对橡胶粉进行表面处理，用不同溶剂处理后掺入到混凝土中再比较它们的 抗压强度。结果现实，与胶粉不经过处理所制成的混凝土相比，用水清洗后再掺 入的橡胶粉混凝土抗压强度提高了约16 ，而用c c l 4 溶剂处理过的橡胶混凝土， 其抗压强度得到了更大的提高，约提高了5 7 。r a f a ts i d d i q u e 和t a r u nr n a i k l t l o l 试验证明使用氧氯化镁水泥做粘结材料可以增强橡胶的粘结活性，极大地提高橡 胶混凝土各项力学性能指标，为制备高强度橡胶混凝土提供可能性。 美国加利福尼哑大学学 s e g r e r 和j o e k e s n 1 1 d 2 】等人在对胶粉进行处理时，将废旧 2 胶粉经n a o h 溶液浸泡处理后再掺入水泥砂浆中，然后通过s e m 图像等微观技术 进行分析。结果证明，在经过n a o h 浸泡处理后，水泥砂浆和胶粉的粘结力与原 来相比有较大增强，橡胶水泥砂浆的强度和韧性也得到了不同程度的提高。美国 学者p a l o sa 和ds o u z ana t l 3 】等用马来酸酐处理橡胶粉后掺入水泥砂浆中，结果 显示砂浆与钢筋的粘结强度得到了提高。 在橡胶对水泥混凝土性能改善方面，h a t o u t a n j i l l 4 】等人用橡胶粉代替集料 研究其对混凝土性能的影响，结果表明，掺加橡胶粉的试样显示了可延展的失效 形式，而不是像普通混凝土那样发生脆性断裂。这种试样可承受较大的变形和失 效重量。但是胶粉掺量为1 0 0 时，试样抗压和抗折强度分别降低了7 5 和3 5 。 而且其结果还表明掺加细胶粉替代部分集料的混凝土强度降低幅度要比采用粗 橡胶粉替代的强度降低幅度小。e l d i n 和s e n o u c i 、k h a t i b ”16 j 用橡胶块代替部分 粗骨料，对混凝土的性能进行了相关试验研究。结果表明，掺加橡胶块以后混凝 土的抗压强度和劈拉强度均有所降低，但韧性和吸收能量效果显著增强。 e s h r n a i e lg a n j i a n 等【1 7 1 人分别用橡胶块取代粗集料、用橡胶粉取代水泥进行试验， 结果表明，随着橡胶掺量的增加，混凝土的抗折强度都会下降，而且使用橡胶块 取代粗骨料的试件比用橡胶粉取代水泥的试件的抗折强度下降的要多。 a t u r a t s i n z e 等【1 8 l 进行了自密实混凝土试验，他们将粒径为4 1 0 m m 的橡胶掺入 到混凝土中，发现橡胶混凝土与普通的自密实混凝土相比弹性模量有所降低，而 且降低程度不遵从普通混凝土强度和弹性模量的经验关系。并按照a s t m c 1 5 8 1 4 的规范做法，试验结果显示橡胶骨料可以减小混凝土潜在裂缝的产生并 可以减少干缩现象的发生。l k e rb e k rt o p c u l l 9 l 也做了橡胶水泥混凝土的相关研 究，从他的试验结果应力应变曲线可以得出，橡胶混凝土的韧性、塑性能较不 掺橡胶前都有大幅度增加，弹性模量降低；并且掺加的橡胶颗粒粒度越小，混凝 土抗压强度降低幅度就越小。r a g h v a n 等t 2 0 l 的试验结果显示随着橡胶掺量的增加， 新拌混凝土的坍落度逐渐减小。当橡胶掺量达到4 0 时，坍落度几乎为零。而且 在同样掺量条件下，掺入细胶粉的混凝土的工作性要明显优于掺粗胶粉的混凝土。 橡胶水泥混凝土的应用方面，美国、英国以及韩国等国家已经将橡胶混凝土 应用到在部分工程中。世界上第一个橡胶混凝土结构实体工程产生于美国亚利桑 那州州立大学，该校在学校内建造了一段橡胶改性混凝土人行道，用来研究橡胶 混凝七的性能，从此揭开了橡胶混凝土应用于土木工程领域的序幕。随后，相继 出现了橡胶混凝土停车位，橡胶混凝土网球场，2 0 0 3 年6 月，美国亚利桑那州 交通部在该州北部修建了世界上第一条废旧轮胎橡胶改性水泥混凝土路面道路， 并取得了良好的使用效果。韩国相关学者将橡胶混凝七用于铁路枕木，这种枕木 重量轻，抗冲击性能强，耐久性好，并能很好的减少车辆行驶时的噪音和振动。 在美国、日本、波兰和一些南美国家利用橡胶混凝上生产了橡胶铺面板，从实际 3 使用效果来看，它是一种良好的路面材料。 国外有关橡胶水泥混凝土的研究已经比较丰富而且有许多成功应用于工程 领域的例子，目前国外学者仍在对橡胶混凝士的力学性能，耐久性，橡胶改性处 理，隔热、隔声效果等进行深入系统的研究。 1 2 2 国内橡胶混凝土研究现状 我国是一个水泥生产和消耗大国，而且随着我国经济的快速发展，汽车拥有 量也在不断攀升，由此产生的废旧轮胎造成的污染也越来越明显。在我国目前的 公路建设中，特别是高速公路路面建设，主要以沥青混凝土路面为主。随着国际 油价的持续上涨，沥青材料价格也在不断上升；而相反，我国石灰岩资源丰富， 水泥价格却一直相对稳定。如果将废旧橡胶加入到水泥中制成橡胶水泥混凝土， 从而避免传统混凝七脆性开裂等问题，用于高速公路路面建设，将是一种良好的 节约资源，有利环保的途径。国内许多专家和学者对橡胶混凝土的相关性能展开 了一系列的研究并取得了一定的成果。 国内关于橡胶混凝土的研究主要集中于国家或政府自然资金资助项目以及 高等院校的科研项目。许多学者和专家对橡胶水泥混凝土做了比较系统的研究， 郭灿贤 2 1 1 用废旧橡胶粉等体积代替水泥混凝土中的砂子，研究橡胶粉对水泥砂 浆和水泥混凝土性能的影响。试验结果证明，在用橡胶粉替代部分河砂以后，水 泥砂浆的强度随着橡胶粉掺量的增加明显下降，凝结时间变长；水泥混凝土的抗 压强度也降低明显，但是混凝土的抗冲击韧性显著提高，延迟了受力破坏，弹性 模量有大幅度降低。在使用不同掺量以及不同橡胶粉表面处理方式试验后结论为 橡胶粉的最佳取代量为1 0 ，而且经过处理后的橡胶混凝土强度比不经过处理的 橡胶混凝土强度有较大幅度提高。赵丽妍【2 2 l 使用8 0 目、lo o 目、1 2 0 目和15 0 目四 种粒径的橡胶粉分别按1 0 k g m 3 、2 0 k g m 3 、3 0 k g m 3 掺量直接加入到水泥混凝t 中，分析了不同橡胶粒径以及不同掺最对混凝土拌合物的性能，力学性能，抗裂 性能，抗冻性能的影响。试验结果显示，随着橡胶粉掺景的增加，橡胶混凝上的 表观密度逐渐降低，抗压强度和抗折强度也都随之下降，但是抗折强度降低的幅 度明显小于抗压强度降低幅度，说明混凝土的韧性得到了增强。同时，掺入细橡 胶粉改善了混凝土的空隙结构，混凝土的抗裂性能和抗冻性能得到了显著地提高， 并得出橡胶粉的最佳掺入粒径为l2 0 目，最佳掺量为l o k g m 3 。尤伟【2 3j 以不同粒 径和不同掺量的水泥混凝土为研究对象，用橡胶粉等质量代替细集料加入到混凝 土中，分别研究了水泥砂浆和水泥混凝土的物理力学性能和路用性能。研究结果 显示，橡胶水泥混凝上的坍落度、强度部随着橡胶粉掺量的增加而减小，压折比 提高，而且试件破坏时形状完好，有较好的抗裂性能。同时模仿海洋大气环境， 证明橡胶混凝土具有良好的抗氯离子渗透性能。 4 在橡胶水泥混凝土物理力学性能研究方面，宋少明1 2 4 1 将橡胶粉掺入水泥混 凝土中研究混凝土的抗冲击性能，试验结果显示混凝土在加入橡胶粉以后，抗压 和抗折强度基本没有变化，但是抗冲击性能得到了显著地增强。杨林虎1 25 j 等人 在研究橡胶混凝土的过程中发现水泥混凝七的抗折强度随着橡胶粉掺量的增加 呈近似线性下降，并建立了橡胶水泥混凝土抗折强度模型，对抗折强度和抗压强 度的相关关系进行了数学分析。熊杰【2 6 l 用橡胶块和橡胶粉替代部分粗集料制成 橡胶混凝土，试验表明混凝土强度较不掺入橡胶前有所下降，而且抗压强度受掺 入橡胶颗粒种类影响较大。李强、朱涵1 2 7j 等人通过对试验数据进行分析，运用 混凝土力学分析方法，推导出自己的橡胶混凝土梁的开裂弯矩计算公式，而且经 过验证计算值与实测值符合良好。陈波b8 1 使用不同比例的橡胶粉和橡胶粒分别 代替水泥和砂，使用加压成型工艺，制作了高标号橡胶混凝土。试验结果显示加 压成型工艺可有效改善橡胶混凝土的强度下降幅度，而且在橡胶粉或橡胶粒掺 量1 0 以内时，橡胶混凝士的抗冻和抗渗性能有显著提高。赵志远【2 9 1 采用橡胶粉 等体积取代砂子和复合掺加橡胶粉和高弹性纤维两种掺加方式研究橡胶混凝土 的抗冲击性能，结果显示掺入橡胶粉后抗压强度虽然有一定下降，但是抗冲击性 能有显著提高，而且复合掺加胶粉和纤维的抗冲击性能是单掺橡胶粉的1 3 倍。 袁勇、郑磊【3 0 】的试验结果显示橡胶混凝土的动弹性模量和静弹性模量都随着橡 胶掺量的增加而降低，橡胶块对弹性模量的影响大于橡胶粉，而且橡胶水泥混凝 土的动弹性模量和静弹性模量的差异明显大于普通混凝土。 在橡胶水泥混凝土其他性能研究方面，于立刚【3 l j 将橡胶粉经过表面改性处 理后加入到水泥砂浆中，试验发现砂浆的流动性大大增加。覃峰【32 j 研究了橡胶 粉对水泥混凝土坍落度的影响，发现当橡胶粉掺量小于lo 时，坍落度变化不大， 随着掺量的增加，坍落度逐渐变小。许静p 3 】采用自由衰减法测定橡胶混凝土的 阻尼比，试验结果显示阻尼比随着橡胶微粒的加入量值增大。胡鹏1 3 4j 将1 2 m m 的橡胶细颗粒参入到混凝土中分析橡胶混凝土的渗透性能，结果为当橡胶掺量为 5 时，橡胶混凝土的抗渗性能最好。李红燕1 35 j 通过试验测定橡胶混凝土的氯离 子扩散系数，结论为掺加橡胶粉以后，混凝土的抗氯离子渗透性能增强，而且当 使用1 0 0 目橡胶粉，掺量为7 5 时，混凝土的抗氯离子渗透性能最好。同时，试 验研究发现，在干湿循环作用下，橡胶混凝土抗氯离子结合能力下降。张亚梅p 6 l 研究了橡胶混凝七的抗冻性能，分别使用橡胶粉和橡胶颗粒改性混凝土，发现掺 橡胶粉比掺橡胶颗粒能更好地改善水泥混凝土的抗冻性能。研究还发现当橡胶粉 掺量在lo 以下时，橡胶混凝上的抗渗性得到了改善，掺量超过lo 时，抗渗性 能呈现下降趋势。刘爱军p7 j 等人使用自行研制的混凝七粘附系数测定装置，测 试橡胶粉对水泥混凝土粘附系数的影响，结果显示橡胶混凝土的粘附性较普通混 凝土有所提高。李光宇p 引选用不同粒径的橡胶粉，分别按水泥质量的3 1 5 ( 以 3 递增) 掺入到水泥混凝土中研究橡胶混凝土的抗冻性能。结果发现橡胶混凝 土具有良好的抗冻性能，而且掺加的橡胶粉粒度越小，掺量越大，混凝七的含气 量越大。另外，试验结果还显示掺入橡胶粉以后，水泥混凝上的抗腐蚀系数也得 到了提高。史巍【3 9 l 等人研究了橡胶混凝土的隔声性能，得出当橡胶粉掺量为混 凝土中砂子体积的2 5 时，橡胶混凝土的隔声效果最好，与普通混凝土相比，固 有频率降低了l7 ，动弹性模量降低了4 0 ，而且证明把橡胶粉用饱和氢氧化钠 溶液处理可以增强橡胶与水泥界面粘结，但是不影响橡胶混凝士的隔声性能。 目前，有关钢筋橡胶混凝土的研究报道的并不多，袁琳【40 1 做了在橡胶混凝 土中配置钢筋用于结构梁的试验研究，认为在相同的截面形式下，钢筋橡胶混凝 土能承受更大的外部倚载。在橡胶混凝土的应用方面，我国于2 0 0 5 年在青岛至银 川高速石家庄入口处铺筑了橡胶混凝土收费站和服务区路面1 4 1 1 。 国内关于橡胶混凝士的研究正在逐步深入，并且研究方向也越来越多样化， 研究成果也将越来越多的应用到实体工程中。 1 2 3 橡胶混凝土研究的发展趋势 橡胶混凝土是一种近年才出现的新型材料，无论是其性能研究还是工程应用 都还处于探索阶段，还很难像普通混凝土一样广泛应用于工程实践中。关于橡胶 混凝土中橡胶掺量以及橡胶粒径对橡胶混凝土的影响目前还没有统一的定论，而 且橡胶的掺加方式也不尽相同。目前关于橡胶混凝土的研究大部属于材料研究范 畴，然而从已有的研究成果看，橡胶混凝土有良好的韧性，抗冲击性能，隔声、 隔热性能等，加强其路用性能方面的研究显得很有必要。 橡胶粉和水泥材料二者之间表面能相差较大，二者结合处往往会成为混凝土 的薄弱环节，只有很好的处理橡胶和水泥浆体之间的粘结，才能提高橡胶混凝土 的整体性能。橡胶粉的加入只改善混凝土内部的物理结构，不改变各组分的化学 性能，橡胶混凝土的受力机理不同于普通混凝土，有待进步加强研究。 橡胶混凝土的耐久性，耐腐蚀性，吸能减震性能是其独特的优良特性，也是 橡胶混凝士的进一步研究领域。 1 3 橡胶水泥混凝土在公路领域的应用方向 结合国内外学者的相关研究，橡胶水泥混凝土在公路桥梁工程领域有广阔的 应用前景。为分析橡胶水泥混凝土的物理力学性能，文章先分析橡胶粉及其掺鼍 对水泥净浆物理力学性能的影响，接着研究橡胶粉及掺量对水泥砂浆物理力学性 能的影响规律，最后以橡胶水泥混凝土为分析对象，研究其物理力学性能及其路 用性能。 6 普通水泥混凝由于抗折强度不足，刚性大，在公路工程特别是路面工程中应 用受到了限制，多以承重材料应用于基础工程。然而水泥混凝路面有着沥青混凝 土路面不具有的许多优点，如造价低，强度高，稳定性好，耐久性强，不像沥青 那样会对周围环境产生污染，养护费用较低，而且水泥路面粗糙度大，能见度好， 有利于行车安全。而且水泥混凝土路面是全刚性路面，在汽车荷载作用下不会像 柔性路面会产生弯沉盆，能减少汽车行驶油耗，降低运营成本【3 5 1 。随着国际油 价的e 涨，沥青价格也在上涨，大力发展水泥混凝土路面在我国公路建设中有极 为重要的意义。 本文以橡胶混凝土为分析对象，据有关研究成果，将橡胶粉掺入混凝土中以 后，混凝土的刚性降低，韧性增强。因此，橡胶混凝土作为路面材料直接应用于 路面铺装，作为过渡层材料用于复合路面铺筑，作为良好的桥面铺装材料都是很 有发展前景的应用方向。 1 3 1 橡胶混凝土作为路面材料铺筑橡胶水泥混凝土路面 公路路面材料是种对抗折性能要求较高而抗压性能要求其次的材料，我国 目前的路面类型包括沥青混凝土路面，普通水泥混凝土路面以及钢筋水混凝土路 面等形式。传统的水泥混凝土路面或钢筋水泥混凝土路面是全刚性路呵，不能产 生弹性变形，而且水泥混凝土自身会产生较大的收缩变形。在车辆荷载作用以及 温度变化情况下，水泥混凝土面板不能产生弹性变形，能量集中在混凝土面板内 部，能量积聚到一定程度以后就出现裂缝，断板等形式路面