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

當今社會人們對汽車的大量需求，不但加速了汽車的更新換代，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土壤和地下水環境產生較大污染，焚燒雖可回收其中部分能源但會帶來大氣污染。因此，大量廢橡膠的產生及其堆積已構成了嚴重的“黑色污染”。據中國輪胎翻修利用協會預計在2010年廢輪胎產生量將達到2億條以上，而我國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域研究的熱點。

自20世紀90年代初期，美國、英國等發達國家就開始了對橡膠混凝土的研究，國內對橡膠混凝土的研究起步較晚，到90年代后期才看到研究報道。1999年2月，亞利桑那州立大學在校內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段，用于了解橡膠水泥混凝土的工作機理。2001年5月，亞利桑那州運輸部在菲尼克斯市的一個停車場修建了橡膠水泥混凝土試驗段，橡膠摻量為29.7kg/m³；2003年1月，美國菲尼克斯市修建了橡膠水泥混凝土網球場，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。

彈性混凝土最新應用研究是西班牙馬德里大學F．Herna’ndez—Olivares等人鋪設一條剛性橡膠混凝土路面并研究其抗疲勞性能，試驗利用不同摻量橡膠（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過一段時間的使用。實驗結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

橡膠混凝土中橡膠顆粒的摻量和邊界效應是影響其工作性能的主要因素，諸多學者對此進行了研究，結果表明：由于橡膠骨料易吸水且吸水率大的特點，摻量越大，拌合物流動性越差；由于橡膠骨料邊界有憎水引氣的特點，一定程度上增大了混凝土的含氣量，而這種引氣作用會改善混凝土的流動性。橡膠顆粒的摻量和邊界效應二者中的顯著影響因素、橡膠混凝土配合比優化、橡膠顆粒替換膠凝材料與骨料對其工作性能的影響等方面有待進一步研究。

路用橡膠混凝土抗沖擊性能研究

很多學者對橡膠混凝土的抗壓與抗折強度進行了大量的研究，絕大部分研究結果均表明，對于普通強度混凝土，橡膠顆粒的摻入在一定程度上大幅降低其強度，而對高強混凝土的影響程度相對減小；與抗壓強度相比，橡膠顆粒的摻入對抗折強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度的主要影響因素，兩者的變化對其強度的影響呈現一定的變化規律。

一、任務來源 

"路用橡膠混凝土抗沖擊性能研究"為廣東省交通廳科技項目，承包單位為廣東工業大學，合作單位為廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司。項目編號科技-2017-02-034。項目研究的起止時間為2017年01月至2019年12月，后因研究需要并經批準延期至 2022年4月完成全部研究工作。 

二、應用領域和技術原理 

應用領域為路面材料，尤其適用于混凝土路面。技術原理∶本項目擬對通過更深入地對廢舊輪胎橡膠再利用的研究，探討路面混凝土開裂的破壞機理，深入分析抗拉強度對于橡膠混凝土的重要性，通過室內試驗、理論計算、模型分析和理論研究，揭示橡膠混凝土在路面工程中的優缺點和可利用性，并解決了項目和系統中的關鍵技術，在技術上取得了創新性的突破，圓滿完成了計劃項目合同的技術指標。 

三、性能指標 

橡膠混凝土具有更好的抗沖擊性能。在較高的應變率下，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于普通混凝土。30%橡膠摻量表現出最佳的吸能能力。膠顆粒增加了混凝土的準靜態荷載下的韌性，壓彎強度比卻隨著橡膠摻量增大而減小。當爆炸藥量不大時（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，受拉區出現一些細小裂縫。當炸藥質量較大時，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的損傷小于普通混凝土板。鋼筋混凝土板是一種實用的抗爆結構，特別是大能量爆炸。為了綜合考慮材料強度，我們建議使用體積替代率低于30%的橡膠顆粒混凝土。 

四、與國內外同類技術比較 

目前混凝土的動態彎曲性能為國內外動態力學指標的研究熱點之一，本項目所采用的研究方法和實驗手段創新性高，可靠性強，研究結果較為可靠，研究產品在實際應用中取得不錯的預期成果。 

五、成果的創造性、先進性 

（1）研究出適用于不同交通量、不同等級城市道路的快速修補混凝土，適用于各種混凝土路面;研究材料的抗沖擊力學性能，將路面動態荷載表征為不同應變率的動態荷載，研究此荷載作用下，路面的破壞機理; 

（2）針對混凝土材料的動態抗彎性能的研究很少，研究聚合物改性橡膠混凝土在高應變率下的動態抗彎性能，進一步完善該材料的抗沖擊性能的研究;通過運用落錘試驗機和分離式霍普金森壓桿裝置對該材料在不同應變率下進行大量實驗，最終得到包括靜態試驗在內的全應變率的動態抗彎性能。 

混凝土路面不可避免地承受著來自外部高速高能量的沖擊荷載，極有可能出現遠大于規范所規定的加載速度。因此，在設計混凝土路面或應急修補時更應同時考慮路面在高速沖擊荷載下的力學性能與破壞機理。目前所用的修補材料大致可分為無機類修補材料、有機類修補材料、聚合物水泥基修補材料、纖維改性混凝土修補材料四大類。

依據交通運輸部門關于《公路工程水泥混凝土用快速修補材料》行業規范意見征求稿中的定義，公路工程水泥混凝土用快速修補的有機類修補材料主要分為干粉類和膠乳類聚合物修補材料，目前國內外研究較多且較為成熟的可以進行水泥混凝土路面修補的聚合物修補材料主要有瀝青修補材料和聚合物修補材料。 

本項目研究的路用修補混凝土貫徹了綠色交通的理念，經濟、合理利用廢舊橡膠。研發的橡膠混凝土的出現對環境保護、綠色環保的理念得到進一步的貫徹。

應用前景

隨著我國經濟的不斷發展以及我國西部大開發戰略的逐漸展開，我國正在或需要在惡劣環境條件下興建大量的大型基礎工程，如跨海大橋、海洋設施、地下空間結構、西部大開發過程的配套基礎沒施，這些工程舉足輕重；同時，為了適應我國經濟發展的要求，現有大量的基礎設施需要進行改造。因此，迫切需要進一步改善傳統混凝土材料延性差、易于開裂以及抵抗環境介質侵蝕能力較差的性能特點。利用廢舊橡膠組分的優點，對傳統水泥混凝土進行改性是非常有效的技術途徑。在優化橡膠顆粒粒徑和摻量等技術參數的基礎上，按混凝土結構性能要求合理設計其配制技術，那么廢舊橡膠水泥混凝土的應用領域會進一步擴展；同時，也有可能從簡單的利廢發展到對現有水泥混凝土改性的高附加值應用。廢舊橡膠水泥混凝土除在土木工程中的傳統領域應用外，在以下兩方面的推廣應用將更顯優勢：

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、耐久性好等優異的性能。因而，橡膠改性混凝土應用于道路路面建設中，既具有瀝青路面的優點，又具有比瀝青路面高得多的耐久性，因此具有明顯的優越性。國外亦正在進行工程實踐。

新型鐵道工程建設制品

韓國發明了將廢輪胎膠粉、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點，還能減少火車行駛中的噪聲和振動。此項技術已在美國獲得了專利。這種技術已在美國等國家的鐵路平交道口中大量應用，實踐證明采用這種技術生產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。我國將建成十多萬公里的鐵路線，平交道口多如繁星，若用橡膠改性混凝土鋪面板代替傳統的水泥混凝土預應力軌枕、平交道口鋪面板和橋面板等，將產生顯著的技術、經濟效益。

完成單位：廣東工業大學、廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司

研究人員：楊飛、李紅中、劉鋒、黃志國、柯小兵、鐘根全、王岫鑫、柯志輝、馮萬輝、魏偉、夏珂、梁永威、陳德