道路工程弹性混凝土研究综述

弹性混凝土研究综述;弹性混凝土(ElasticConcrete)是一;在理论发展方面,首先提出了如下观点:(1)像胶微;(4)只有用高像胶微粒量才能体现弹性涅凝土的特征;针对混凝土因掺加像胶微粒而导致抗压强度降低的现象;1.国外弹性混凝土的研究;弹性混凝土研究始于20世纪80年代末期;2.国内弹性混凝土的研究;国内石家庄铁道学院年也曾对弹性混凝土的抗

弹性混凝土研究综述

弹性混凝土(ElasticConcrete)是一种把像胶微粒作为水泥混凝土的组成材料配制而成的新型混凝土,又称为像胶微粒混凝土(CrumbRubberConcrete或RubberizedConcrcte)。像胶微粒是由汽车旧轮胎破碎产生,大小为1-2mm。笔者在美国亚利桑那州立大学土木环境工程系执教期间,与所带的研究生从年开始进行弹性混凝土的研究,并在理论研究与工程应用方面均取得了开拓性进展;-年在美国进行了试验段工程的设计。其性能表现良好。

在理论发展方面,首先提出了如下观点:

(1)像胶微粒可当作非常粗糙,重量轻且容易变形的细砂骨料;

(2)像胶微粒作为分布在混凝土内部微小可伸缩颗粒群,会截住涅凝土的微观裂纹,从而阻止或减慢微观裂纹合成宏观裂纹而导致混凝土快速断裂破坏的现象;

(3)像胶微粒容易变形的特性可帮助减低由湿度或温度变化而在混凝土内部所产生的应力;

(4)只有用高像胶微粒量才能体现弹性涅凝土的特征或优点。在所做过的弹性混凝土研究中像胶微粒掺量高达kg/m3(像胶的表观密度和水相当)。而现有发表的弹性混凝土论文里,每m3中像胶微粒量都很低,不超过几十kg。

针对混凝土因掺加像胶微粒而导致抗压强度降低的现象,有关专家认为像胶微粒和水泥砂浆界面处存在大量微型空气泡群是一个重要原因,并第一次提出了用超常量的超细粉料去填补这些空气泡群的方法。由美国独立实验室所做试验结果表明,这个方法有效地提高了弹性混凝土的抗压强度。

1.国外弹性混凝土的研究

弹性混凝土研究始于20世纪80年代末期。最早发表的论文见于20世纪90年代初期:探讨像胶微粒对混凝土抗压和抗折强度的影晌;弹性混凝土冷热疲劳(冻融)试验;用共振法测量弹性混凝土的弹性模量并认为像胶微粒有助于改善工程性能;加入高分子的弹性混凝土的研究;建立弹性混凝土的量化抗压强度减少模型;弹性混凝土对动态冲击的反应研究,并且做了两组试件样品,一组是传统涅凝土,另一组是弹性混凝土。后者的抗压强度比前者低30%,但这两组试件对抗动态冲击的能力相同。国外还把测试沥青混合料的动态应力—应变方法用到弹性涅凝土上,研究发现弹性混凝土同沥青涅合料一样,具有明显能量耗散的功能川。目前关于弹性涅凝土的国外研究论文约为40-50篇,均为针对某些具体问题的专题研究,尚缺乏系统的理论性的研究成果。

2.国内弹性混凝土的研究

国内石家庄铁道学院年也曾对弹性混凝土的抗冲击性能进行过探讨,发现像胶微粒(像胶粉)可以显著地提高混凝土的抗冲击性能。自年底,天津大学土木工程系也开始开展这方面的工作。

年,上海交通大学陈兵等发明了道路吸音高弹性混凝土材料,其各组分及其重量百分比为:普通硅酸盐水泥15.0-17.0%,粉煤灰:1.0-3.0%,碳酸钙矿粉8.6-9.6%,破碎的橡胶轮胎颗粒A1.15-2.15%,破碎的橡胶轮胎颗粒B2.35-3.35%,粗集料25.6-28.6%,细集料29.3-32.0%,水9.0-10.5%,高效减水剂0.20-0.40%。本发明具有充分利用废旧轮胎,减少环境污染和成本低等优点,所浇注的水泥混凝土路面具有高弹性和大柔韧性,同时可以有效减少、减窄或消除水泥混凝土路面的伸缩缝,达到消除、降低和吸收噪音,具有环保价值。

年,山西建华化工有限公司厂长王衡发明了一种高强度弹性混凝土复合添加剂。该添加剂有A组粉状物和B组液体物组成,A组粉状物有二氧化硅、羟基羧盐、石灰石粉、分散剂、减水剂、橡胶粉末,按一定比例构成;B组液体有聚丙烯酰胺,聚醚分别加适当比例的水搅拌制成,将A组粉状物和B组液体物分别以水泥重量的5-15%和3-5%添加到混凝土中,制成弹性混凝土。

根据该厂的检测,制得的混凝土强度可达C50-C60;抗折强度可达到抗压强度的70-80%(比普通混凝土高4倍多);抗渗大于S30,耐久性稳定;pH等于9(普通混凝土的为13),降低了化学腐蚀性,由于加入的复合添加剂使混凝土构件具有弹性,可减少强冲击力对混凝土构件的危害,提高了混凝土构件的耐久性和安全性。

年,天津城市建设学院土木工程系赵晓辉对新型弹性混凝土进行了试验研究,为了解决弹性混凝土强度下降的难题,应用偶联剂及乳化橡胶乳液进行改性处理,对其物理力学性能进行试验研究,结果表明:随着胶粒量增加,力学性能下降明显,但变形量增大。偶联剂和乳化橡胶的掺入对力学性能、抗冲击性能及耐磨性都有较大提高,28d抗压强度提高17.3%、抗冲磨强度提高12.7%,且失粘时间缩短,较好地解决了弹性混凝土力学性能下降及施工难题。

3.试验点(段)的设计及建造

年2月在美国亚利桑那州立大学校园内建造了一段弹性混凝土人行道,它是世界上第一个可使用的(Serviceab均弹性混凝土结构。这段人行道性能表现良好并引起广泛的兴趣,从而在亚利桑拿帅l带动了一波建筑弹性混凝土试验点的浪潮。

弹性混凝土最新应用发展是在年6月口美国亚利桑拿州交通部首次在该州北部建造了世界上第一条弹性混凝土路面道路段(相当于国内一级公路),因其性能良好,年10月,该州交通部及其它单位在美国亚利桑那州建筑了多个弹性混凝土试验点,包括停车泊位、网球场和房基。特别一提的是,年1月在美国设计了3块无伸缩缝高像胶微粒掺量弹性涅凝土板(-kg/m3像胶微粒渗量)作为停车泊位使用,并参加了施工。其面积大小为:7.6m×1.8m(5cm原),7.9m×6.0m(5cm原)和9m×7.7m(5-7.5cm)。这三个停车泊位是从年1月至3月建造于美国亚利桑那州凤凰市的一个水泥厂区内,承受卡车载货\卸货,至今表现良好。年2月,经过一年的实际使用,三块板均未发现任何裂纹或破坏。年5月,在美国亚利桑那州凤凰市设计并组织施工了世界上第一个弹性混凝土网球场。它是由两块11m×12m无伸缩缝弹性混凝土板组成的,其厚度为10-37.5cm,其像胶微粒量为kg/m3。

4工程性能分析和讨论

弹性混凝土的工程性能介于普通水泥混凝土(刚性)和沥青混凝土(柔性)之间,它集合了像胶和水泥混凝土的特点。比起普通水泥混凝土,弹性混凝土抗裂性能好、能量吸收多(比普通混凝土高25%或更多)、韧性高,其变形能力大大高于普通水泥混凝土((0.6%极限变形),具有线性与非线性特征;它的弹性模量可做得很低,是普通水泥混凝土的几分之一甚至几十分之一;其它特点包括重量轻、干收缩小((0.02%)、热膨胀系数低(为普通涅凝土的50%或更低)和良好的隔热、隔音、减震性能;它的设计方法与普通水泥涅凝土有很大不同,它的缺点是抗压强度相对减低,但是通过现有混凝土技术可以使其满足各种工程设计要求,如果设计得当,弹性混凝土具有综合性优越的工程性能和经济效益。

像胶是有机物,混凝土土是无机的,两者结合会使人对其相容性及耐用性有所顾虑。但弹性混凝土的工程表现却相当优越。弹性混凝土的破坏模式与普通混凝土大相庭径。年初,在天津大学土木工程系进行了一组像胶微粒含量为kg/m3的立方体(边长10cm)弹性混凝土试件90d抗压试验,其测试的平均抗压强度为38MPa。测试之后(即承受过抗压强度荷载之后),试件仍就保持原有形状,并不像普通混凝土那样立刻碎裂,试件表面甚至看不见任何破坏现象,过30d之后,该组试件按原受载方向接受第二次抗压试验,其平均强度为37MPa,试件仍就保持原有形状。高像胶微粒含量的弹性混凝土在某种程度上更具有沥青涅合料、沥青混凝土的性能,这就使得在对弹性混凝土的研发和工程应用上可借鉴沥青混合料、沥青混凝土的方法。

5弹性混凝土的应用探讨

5.1道路和桥梁路而

普通水泥混凝土路面刚性高而噪声大,收缩缝宽且震动强。同沥青混凝土路面相比,这两点成了水泥混凝土路面的最薄弱环节。为了达到行车的舒适性,当今世界道路建造的主流是用沥青混合料作为路面材料。但是随着沥青作为自然资源不断减少,价格不断上涨,沥青混凝土道路建造和维护费用将越来越昂贵,其整体使用寿命性价比超过水泥混凝土道路,并不断地继续扩大。弹性混凝土能够减少、减窄或消除伸缩缝,同时增加路面柔度,可以从根本上改善水泥混凝土路面高噪声、高震动的缺点,同时保持其它方面的优点,从而给混凝土道路带来新的生命力。我国水泥资源丰富,而石油贫乏,弹性涅凝土可用于各种等级路面。如果我国道路中相当一部分铺上弹性混凝土,这将为国民经济的发展做出巨大贡献。

5.2楼板和墙板

比起普通水泥混凝土,弹性混凝土具有重量径、韧性高、能量吸收多、抗裂性优越、隔音、隔热、减震能力强的工程性能。这些性能决定了弹性混凝土在建筑上的应用也很有前途。一个具体的方向就是用在多层建筑的墙板和楼板上。我国多层、高层建筑室内隔音不好的问题已成为市场







































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