橡胶混凝土基本力学性能研究及在路用方面的探索

【摘要】传统混凝土由于脆性高、刚性较大不减振，且易产生裂纹，不仅会产生一定噪声污染，也降低了行车舒适性。本项目以此为出发点，通过研究噪声的产生机理而设计出将弹性较大的橡胶颗粒加入普通混凝土中这一解决方案，本文以C40普通混凝土为对照，以橡胶颗粒体积替代基准混凝土中的骨料，研究不同橡胶替代率时的基本力学性能的变化规律。这一方案也为解决当下“黑色污染”问题提供了借鉴。

【关键词】：路面噪声；废旧橡胶；基本力学性能；路面材料

一、 前言

根据市场调查，我国目前每年的废旧橡胶产量约为1000万吨，仍在以5%-6%的速度增长，这一数量是庞大的，对我们的生活环境产生了恶劣影响。将橡胶加入普通混凝土，使其成为一种工业原料为我国解决黑色污染问题提供了借鉴。

国家越来越重视环境保护问题，而防止噪声污染，提高人民生活质量又是一大重头戏。

普通路面由于刚性很大、减振缓冲效果差，致使产生很多路面噪音，严重影响了生活质量。国家环保总局、发改委、交通部在颁发的一系列文件中把路面噪声问题列为必须解决的问题之一，所以本项目很有实施的必要。

二、 前期试验准备

2.1配合比设计

为设计配合比，我们依据“先加石子，然后、、再加砂子，最后加水将容器填满” 的原理。在本实验中，用橡胶填充石子的空隙，砂子填充橡胶颗粒的空隙，粉煤灰和水泥再填充空隙，最后加水的原理计算各掺量的初步配合比。然后进行和易实验性，根据实验现象和经验适量增加砂子和胶凝材料的的掺量，而降低橡胶颗粒的掺量，使砼达到密实的效果，使其空隙明显减少，表面较为平坦、保水性较好的目的[1]。为了使不同掺量之间的橡胶混凝土有一定的对比性，保持橡胶混凝土粉煤灰、水泥用量不变，将橡胶颗粒掺入混凝土中。具体配合比如下：

表1：各掺量配合比表

橡胶掺量 砂子 石子 水泥

橡胶 粉煤灰 水

0% 678 1115 353 0 88 176

5% 648 960 353 46 88 176

2.2试件制备

2） 为使各材料混合均匀，先将称好的定量的石子、砂子、橡胶放入拌盘中混合均匀，其次放入粉煤灰、水泥搅拌（人工搅拌要轻，防止胶凝材料的损失），最后倒入水搅拌。搅拌均匀后，测得橡胶混凝土的和易性良好，但坍落度较大，由于橡胶较轻，若采用机械振捣方式会使橡胶颗粒上浮、全部飘在表面，影响混凝土的整体结构。因此我们采用人工插捣。将混凝土依据试件模型大小的不同，分不同层数加入试模，每加一层用捣棒插捣25下（力度要均匀，捣棒要垂直），装满试模后并用抹刀插捣模型内壁并抹平试件上表面，使混凝土下沉，以此保证密实度及材料混合均匀。

三、 实验数据分析

3.1橡胶混凝土的和易性

经过多次实验观察测定：

保水性：混凝土拌合均匀后，观察拌盘周围无明显水渗出，浆体紧紧包裹骨料，混凝土的保水性比较好，可以满足要求，形成试件过程不发生严重泌水等现象。

黏聚性：搅拌均匀后的混凝土各掺量无突出外漏，很好的聚合在一起，匀速垂直移开坍落度桶后没有快速坍塌，而是缓缓降低并向四周扩散最终稳定呈饼状。

3.2抗压强度实验

由以上数据分析可得：橡胶混凝土立方体抗压强度和轴心抗压强度随着橡胶颗粒掺量增加而逐渐降低，下降趋势基本相同。

橡胶混凝土与基准凝土破坏情况如图所示：

从破坏形态看：没有加橡胶的普通基准混凝土由于环箍作用而压碎了中间一圈，致使其形成上下部分各呈一个较完整的棱锥体；而掺入橡胶颗粒的试件却没有出现大的裂缝，以及被压碎现象，只有少量小裂纹，试块形态基本保持原有形状。这是由于加入橡胶后，改变了骨料之间的接触面，橡胶微粒有较好的弹性，会阻止混凝土的裂纹，从而减慢裂纹扩大而导致混凝土迅速压碎破坏的现象。这表明砼的变形能力得到增强。

3.3折压比

折压比可以反应砼的变形能力。橡胶颗粒由0%增加到15%的过程中，折压比逐渐变大。当掺量分别为10%、15%时，折压比分别增加19.14%、69.61%。通过增加混凝土的折压比，增强了其塑性变形，从而改善普通混凝土刚性太大这一缺点，从而达到降低噪声，增加路面行车舒适性的目的。

3.4弹性模量实验

“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。弹性模量可以表征材料变形能力的大小。

实验数据如下：

掺量 0% 5% 10% 15%

表2：弹性模量实验结果

数据分析：从图中可得，当橡胶掺量不断增加时，橡胶混凝土的弹性模量不断降低。掺量为5%时，弹性模量降低了15.5%；当掺量在10%以下时，弹性模量下降缓慢；而当掺量为15%时，弹性模量迅速下降，降低了33.4%。这时因为在小掺量时，橡胶分布分散，受力的基本上还是粗骨料，橡胶颗粒可伸缩性没有得以充分的体现，所以弹性模量变化教小；当加入15%的橡胶后橡胶颗粒分布的稠密，当混凝土受压时橡胶颗粒的变形性能的到发挥，体现出很好的弹性性能。