鋼纖維橡膠再生混凝土性能研究現(xiàn)狀

朱榆萍

【摘 要】鋼纖維橡膠再生混凝土作為一種能夠同時(shí)解決建筑垃圾、廢舊汽車輪胎處理問(wèn)題的應(yīng)用技術(shù)，對(duì)保護(hù)自然環(huán)境有較重要意義，而國(guó)內(nèi)研究正處于起步階段。文章對(duì)鋼纖維橡膠再生混凝土性能研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，分析現(xiàn)階段鋼纖維橡膠再生混凝土研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】再生混凝土；鋼纖維混凝土；鋼纖維橡膠再生混凝土

1 混凝土研究現(xiàn)狀

1.1 再生混凝土

再生混凝土是指將廢棄的混凝土塊經(jīng)過(guò)破碎、清洗、分級(jí)后，按一定比例與級(jí)配混合，部分或全部代替砂石等天然集料（主要是粗集料），再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。近年來(lái)，由于城市住宅更新和市政動(dòng)遷規(guī)模的不斷加大，大量舊建筑物被拆毀，或由于地震破壞產(chǎn)生的城市建筑垃圾量越來(lái)越大。以前，建筑垃圾只是作為回填材料簡(jiǎn)單使用，或者干脆運(yùn)往垃圾場(chǎng)堆放，前者從一定程度上講尚未合理利用回收資源，后者則侵占了大量農(nóng)田，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境破壞。如何合理處理這些建筑垃圾已經(jīng)引起了政府部門(mén)和公眾的普遍關(guān)注。

日本、丹麥等資源相對(duì)匱乏的國(guó)家早在20世紀(jì)70年代就對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行了再生利用，1997年日本政府就制定了《再生骨料和再生骨料混凝土使用規(guī)范》，并相繼在日本各地建立了以處理混凝土廢棄物為主的再生加工廠，生產(chǎn)再生水泥和再生骨料。根據(jù)日本建設(shè)省的統(tǒng)計(jì)，1995年度日本全國(guó)混凝土的利用率為65%，2000年廢棄混凝土塊的再利用率就已達(dá)到90%。

1.2 鋼纖維混凝土

鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型多相復(fù)合材料。亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成，顯著地改善混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。

我國(guó)研究和應(yīng)用鋼纖維混凝土開(kāi)始于20世紀(jì)70年代，而近20年來(lái)，發(fā)展異常迅速。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，這一領(lǐng)域試驗(yàn)研究有了迅速的進(jìn)展， 趙國(guó)藩從斷裂力學(xué)理論出發(fā)，道出與復(fù)合材料理論相一致的亂向分布鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度公式，并分析了鋼纖維混凝土的增強(qiáng)機(jī)理和破壞形態(tài)。章文綱、程鐵生進(jìn)行了單軸壓荷載下鋼纖維混凝土梁抗剪性能試驗(yàn)研究。徐蘊(yùn)賢等人在推廣鋼纖維混凝土應(yīng)用于鐵路路軌枕木、橋面鋪裝和工程加固修復(fù)的同時(shí)，開(kāi)展了材料基本強(qiáng)度和抗沖擊、抗磨等性能試驗(yàn)研究。為了更好地推動(dòng)鋼纖維混凝土的研究與應(yīng)用的發(fā)展，在中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)下專門(mén)設(shè)立了現(xiàn)為混凝土委員會(huì)，積極組織開(kāi)展國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流。在趙國(guó)藩主持下，委員會(huì)組織了共八屆全國(guó)性纖維水泥與現(xiàn)為混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議，極大地推動(dòng)了鋼纖維混凝土在我國(guó)科研工作發(fā)展。

1.3 橡膠混凝土

自20世紀(jì)90年代起，美、英等發(fā)達(dá)國(guó)家為了解決日益增長(zhǎng)的廢舊橡膠輪胎的處理問(wèn)題，將廢舊輪胎磨碎制得橡膠粉，然后與水泥混凝土混合，制成“橡膠水泥混凝土”。它的性能介于普通混凝土和瀝青混凝土之間，并集合了橡膠和水泥混凝土的特點(diǎn)。

目前，對(duì)于橡膠再生混凝土，國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究報(bào)道極少。我國(guó)對(duì)再生混凝土的研究和應(yīng)用均晚于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，且對(duì)于建筑廢棄物的處理辦法主要是運(yùn)往露天堆放或填埋，即使是回收也只是作為建筑物或道路的基礎(chǔ)材料等低級(jí)利用，這樣不僅占用大量土地，造成環(huán)境污染，而且還會(huì)導(dǎo)致資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。研究表明用再生骨料很容易配制出抗壓強(qiáng)度25～50MPa的混凝土，我國(guó)合寧高速公路采用再生骨料混凝土澆筑混凝土路面，其質(zhì)量均達(dá)到優(yōu)良；上海市建筑科學(xué)研究院莘莊科技發(fā)展園區(qū)內(nèi)建成的生態(tài)建筑示范樓，其再生材料使用率達(dá)到60%，應(yīng)用結(jié)果表明該建筑具有超低能耗和很好經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2 鋼纖維橡膠再生混凝土研究現(xiàn)狀

鋼纖維橡膠再生混凝土是將再生骨料、鋼纖維、橡膠三者按一定的比例摻入或取代普通混凝土中的集料。大量研究表明，鋼纖維高強(qiáng)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度顯著增大，并且隨著纖維摻量的增加，混凝土的拉壓比明顯提高。若將鋼纖維摻入到橡膠高強(qiáng)混凝土中，將能發(fā)揮鋼纖維對(duì)混凝土的阻裂、增強(qiáng)、增韌作用，改善由于橡膠粉的摻入所導(dǎo)致的高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能下降的問(wèn)題，使再生橡膠高強(qiáng)混凝土這種新型的綠色環(huán)保建筑材料能夠得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)外對(duì)橡膠混凝土的研究主要集中在力學(xué)性能方面。李悅[1]研究了摻加廢橡膠微粒的再生混凝土的物理力學(xué)性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，新拌橡膠集料再生骨料混凝土的坍落度隨著橡膠摻量的增加呈增大趨勢(shì)，且新拌橡膠集料再生混凝土的流動(dòng)性要好于普通再生骨料混凝土；當(dāng)橡膠顆粒摻量相同時(shí)，橡膠再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度與橡膠集料混凝土比較接近，但兩者都比再生混凝土降低很多，且隨著橡膠摻量的增加，降低幅值就越大；但是橡膠再生骨料混凝土的韌性得到提高。莫曉東[2]將乳化瀝青與粗骨料攪拌，形成瀝青薄膜，添加再生鋼纖維橡膠顆粒或再生橡膠顆粒，制成混凝土試件。通過(guò)改變?cè)嚰偕橇先〈恃芯科漭S心抗壓性能。結(jié)果表明，瀝青改性再生混凝土、鋼纖維橡膠瀝青改性再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度都隨著再生骨料取代率的增加而增大，但橡膠瀝青改性再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度變化不大。曾海斌、吳炎海[3]等，以再生骨料取代率和廢舊橡膠摻量?jī)蓚€(gè)參數(shù)為控制變量制作再生混凝土試塊，對(duì)廢舊鋼纖維橡膠再生混凝土抗拉、抗壓性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明，鋼纖維橡膠顆粒對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度有降低作用，但混凝土抗裂性能卻能得到顯著提高。取代率達(dá)到60%時(shí)，廢舊鋼纖維橡膠再生混凝土抗壓性能優(yōu)于廢舊橡膠再生混凝土。龍秀海[4]，研究結(jié)果表明，橡膠顆粒、鋼纖維橡膠顆粒以及再生粗骨料的加入降低了混凝土的流動(dòng)度；隨著橡膠顆粒摻量的增加，再生混凝土抗壓強(qiáng)度基本上呈線性下降趨勢(shì)；隨著鋼纖維橡膠顆粒摻量的增加，再生混凝土抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。華北水利水電大學(xué)陳愛(ài)玖[5-6]等對(duì)再生混凝土基本性能作了較深入的研究，特別針對(duì)鋼纖維橡膠再生混凝土，采用正交試驗(yàn)法分析再生粗骨料摻量、骨料強(qiáng)化方式、橡膠顆粒摻量、鋼纖維摻量對(duì)其劈拉、抗裂、抗壓性能的影響規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明，橡膠顆粒對(duì)性能影響最大，鋼纖維次之，再生骨料摻量及骨料強(qiáng)化方式對(duì)性能影響不大。同時(shí)，通過(guò)正交試驗(yàn)方式得到：當(dāng)再生粗骨料摻量為20%，鋼纖維摻量為0.6%，橡膠摻量為20%，骨料采用機(jī)械強(qiáng)化方式時(shí)，能夠使混凝土得到最佳的性能。

3 結(jié)論與展望

（1）目前國(guó)內(nèi)對(duì)鋼纖維橡膠再生混凝土的研究還處于起步階段，力學(xué)性能、耐久性能是該材料研究的重點(diǎn)。根據(jù)工程實(shí)踐應(yīng)用情況來(lái)看，鋼纖維橡膠再生混凝土的其他性能，亦可對(duì)其產(chǎn)生較大的影響。

（2）鋼纖維橡膠再生混凝土技術(shù)是一種可暫時(shí)解決建筑垃圾、廢舊汽車輪胎處理問(wèn)題的技術(shù)，但是，在鋼纖維橡膠再生混凝土達(dá)到使用壽命后將會(huì)再次稱為建筑垃圾，此時(shí)，鋼纖維橡膠再生混凝土該如何處理才能不對(duì)生態(tài)環(huán)境造成二次污染，這是一個(gè)應(yīng)該及早展開(kāi)研究討論的問(wèn)題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李悅.廢橡膠粉改性混凝土的研究[C]//第九屆全國(guó)水泥和混凝土化學(xué)及應(yīng)用技術(shù)年會(huì).2005.

[2]莫曉東，等.鋼纖維橡膠瀝青改性再生混凝土抗壓性能試驗(yàn)研究[J].混凝土，2010（3）：102-104.

[3]曾海斌，吳炎海，龍秀海.廢舊鋼纖維橡膠再生混凝土抗拉心跟那個(gè)試驗(yàn)研究[J].廣東土木與建筑，2014（3）：36-39.

[4]龍秀海，吳炎海.廢舊橡膠再生混凝土抗壓性能試驗(yàn)研究[J].福建建筑，2011，03：90-92.

[5]唐德勝，陳愛(ài)玖，等.正交法分析鋼纖維橡膠再生混凝土的劈拉、抗折強(qiáng)度[J].混凝土，2014，03：4-6轉(zhuǎn)10.

[6]陳愛(ài)玖，等.正交法分析鋼纖維再生橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度[J].混凝土，2014，04：53-55.

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