橡胶_钢纤维混凝土研究
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在构件梁的试验中可以看出，橡胶的掺入增加了混 凝土的韧性，而钢纤维的掺入更是对裂缝产生与发展起 到了一定抑制的作用，增加了混凝土梁的承载能力。
参考文献:
[1] 刘 日 鑫 ，孙 可 伟 ，林 志 伟. 废 胶 粉 在 混 凝 土 中 的 应 用[R]. 昆 明:昆明理工大学环境工程学院， 2007：1.
该试验的配合比采用高性能混凝土的配制方法， 即采用低水胶比以及掺加高效减水剂的技术路线，以 橡胶、钢纤维、粉煤灰掺量为因素变量进行配合比设 计。 其中，胶凝材料总量定为 500 kg/m3，粉煤灰掺量为 胶凝材料总量的 30 %，水胶质量比为 0.34，减水剂的 掺量为胶凝材料总量的 2 %，砂率以钢纤维混凝土配 合比设计做为参考，最终确定为 42 %。 配合比设计中， 其中橡胶掺量为等质量替代砂，钢纤维为体积掺量。 2 试验结果分析 2. 1 工作性分析
笔者主要研究将橡胶以及钢纤维同时掺加入混 凝土中对于混凝土强度，耐久性能的影响，并且通过 不断地试验确定出钢纤维和橡胶的最佳掺量。 1 原材料及试验设计思路 1. 1 试验原材料
收稿日期： 2009-03-31 作 者 简 介 ： 付萍（1966-），女，汉，北京 市 人 ，高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 市
Research of Rubber-Steel Fiber Concrete
Fu Ping，Yu Hexu，Li Guang
国外早在 20 世纪 80 年代就已 经开始利用 废旧 橡胶加入水泥混凝土中制成复合材料（橡胶混凝土）。 美国在这方面技术比较成熟，并已在道路和桥梁等领 域大量应用橡胶混凝土。土耳其也对废胶粉改善水泥 的性能进行了研究。我国对橡胶混凝土的研究仍处于 起步阶段。 废旧橡胶对改善混凝土的耐久性能、耐磨 性 能 和 防 火 性 能 等 有 很 大 的 贡 献 [1]。
表 2 橡胶掺量为 15 %时钢纤维的掺 入对橡胶混凝土坍落度的影响
钢 纤 维 掺 量 /% 0.5 1.0 1.5 2.0
坍 落 度 /mm 190 170 120 80
黏聚性 良好 良好 良好 良好
保水性 良好 良好 良好 良好
2. 2 强度分析 从各方面的相关资料中都可以查到，橡胶的掺入
对混凝土的强度是有一定影响的，基本规律是随着橡 胶掺量的增加，混凝土的强度呈下降趋势。
普 通 混 凝 土 （K2）裂 缝 产 生 在 加 载 至 50 kN 时 ， 再继续加载裂缝不断产生，并且发展迅速，在加载到 80 kN 时，跨中裂缝宽度为 0.34 mm；而橡胶混凝土梁 （K3）在加载至 70 kN 时才产生裂缝，橡胶-钢纤维混 凝 土 梁 （K1）在 加 载 至 80 kN 时 产 生 裂 缝 ，并 且 K1、 K3 裂缝发展极缓慢，还可以带裂缝正常工作。
该 试 验 所 成 型 的 构 件 尺 寸 为 100 cm ×24 cm × 12 cm，为了保证试验以及用于实际工程的一致性，所 有构件采用了相同的配筋。 K3 为橡胶混凝土构件梁， K2 为普通混凝土构件梁，K1 为 橡胶-钢纤维 混凝土 构件梁。
考虑到构件的跨度较短，所以构件采用单点加载 的方式，由油压千斤顶顶在反力架上实施加载。 以每 10 kN 为一级，分级加载，应变及位移数据逐级读取。 采用读数显微镜测读裂缝宽度。
由表 1、图 1 可以看出，随着橡胶的掺量增加，混 凝土的坍落度呈现下降的趋势。 但是掺量较小时（掺 量在 10 %以下），橡胶颗粒的掺入对于混凝土的坍落 度影响并不大。小掺量橡胶对混凝土坍落度影响不大 的原因可能是由于橡胶颗粒表面粗糙，包裹了一些气 体，这些气体在混凝土搅拌时形成了气泡，气泡在混
2009 年第 4 期
表 5 橡胶-钢纤维混凝土的氯离子扩散系数
橡胶掺量/% 钢纤维掺量/%
0
0
15
0
15
1
氯 离 子 扩 散 系 数 /（10-14×m2/s） 209 162 179
2. 4 抗冻融性能分析 在经常发生冻融循环的地区内，混凝土的抗冻性
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市政技术
第 27 卷
是十分重要的。从表 6 可以看出，在进行到第 50 次循 环时，混凝土的质量并没有损失，而是增加的，这是因 为混凝土吸收了水分的缘故，这个结果也与大多数文 献中提到的相同。 在进行到第 150 次冻融循环后，无 论是橡胶混凝土还是橡胶-钢纤维混凝土， 在抗冻性 方面相对于普通混凝土都有一定幅度的提高。
钢纤维与其他纤维相比， 与水泥基材复合使用， 有其较多的优越性。钢纤维的弹性模量与纤维的抗拉 强度都比较高，大约为水泥基材的 5 倍以上，同时钢 纤维也可以制成各种变截面形状，以增加与水泥基材 之间的握固力[2]。自 20 世纪 40 年代以来，钢纤维的生 产技术就有了很大进展，世界各国对钢纤维的研究和 应用十分重视，发展很快。 目前钢纤维已经在混凝土 工程领域中得到了广泛的应用。
在试验过程中可以发现：普通混凝土梁的裂缝分 布集中，裂缝宽，当荷载加至 110 kN 时裂缝已经贯穿 梁，所有的裂缝都朝着受压区扩展。 而橡胶混凝土梁
的主要裂缝比较分散，数量多，宽度小，在加载过程 中，不断有新的细小裂缝产生。 直至加载 130 kN，橡 胶混凝土梁正截面上最长的裂缝并未贯穿。而掺加钢 纤维后，由于纤维的阻裂作用，混凝土梁出现裂缝的 时间相对于橡胶混凝土还要晚，但是裂缝大部分分布 在受压区。 普通混凝土梁的加载至荷载为 110 kN 时 破坏，而橡胶混凝土梁加载至荷载为 130 kN 时破坏， 橡胶-钢纤维混凝土梁加载至荷载为 140 kN 时破坏 （见表 7、图 3）。
表 1 橡胶掺量变化对混凝土坍落度的影响
橡 胶 掺 量 /% 0 5 10 15 20 25 30 35
坍 落 度 /mm 205 200 190 180 120 100 80 70
黏聚性 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好
保水性 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好
图 1 橡胶掺量变化对混凝土坍落度的影响
政公路工程施工质量管理工作。
该试验采用河北省三河市燕郊建材有限公司出 产的钻牌 P·O 42.5 水 泥，粉煤灰 为石景山 发 电 厂 所 产的 II 级灰，细骨料采用细度模数为 3.1 的人 工砂， 粗骨料采用粒径为 5～20 mm 碎石，橡胶采用粒径2～ 3 mm 的橡胶颗粒，钢纤维使用佳密克丝弯钩型钢纤 维，长径比 64。 1. 2 试验设计思路
表 7 构件裂缝的产生与发展
K3 荷载/kN
70 80 90 100 110 120 130
跨中 裂缝宽度/mm 出现裂缝 0.08 0.12 0.24 0.30 0.38 0.46
K2 荷载/kN
50 60 70 80 90 100 110
跨中 裂缝宽度/mm 出现裂缝 0.10 0.16 0.34 0.42 0.68 0.80
橡胶-钢纤维混凝土研究
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凝土拌和物中如同滚珠，减少了骨料间的摩擦，增强 了 润 滑 作 用[3]。 增 大 了 橡 胶 的 掺 量 以 后 ，橡 胶 所 引 进 的 气泡对于混凝土的润滑作用已经很小或者可以忽略 不计了。同时，橡胶掺量的增加，也使得橡胶与胶凝材 料之间的黏结力、橡胶与橡胶之间、橡胶与骨料之间 的摩擦力变大，从而影响了混凝土流动性的发展。
表 6 混凝土的冻融结果
次循环
150 次循环
编号
质量损失/% 相对动弹模/% 质量损失/% 相对动弹模/%
1
1.05
96
0.70
86
2
1.15
98
0.72
90
3
1.12
98
0.76
90
备注：编号 1 为普通混凝土；编号 2 为 掺 加 15%橡 胶 混 凝 土 ；编 号 3
为橡胶-钢纤维混凝土。
图 2 橡胶掺量为 15%时钢纤维的掺入对 橡胶混凝土坍落度的影响
从表 3 可以很 明显的看出 ，在掺加 15 %橡胶 颗 粒后，混凝土的强度降低是很多的，强度下降幅度达 到了 20 %，而掺加了 1 %的钢纤维后，混凝土的强度 虽然也有所下降， 但是效果要明显优于只掺加橡胶 颗粒的混凝土，橡胶-钢纤维混凝土相对于普通混凝 土的强度只下降了 6 %。
3 构件梁的研究 目前，我国对于橡胶混凝土的研究还比较少，大
多数的研究还只是停留在橡胶沥青改性路面混凝土 上，对于橡胶钢纤维混凝土的研究就更少了。 橡胶可 以提高混凝土的韧性，并且具有较好的隔声减震效 果，而钢纤维则能够增加混凝土的抗拉及抗折性能， 将橡胶钢纤维混凝土应用于实际工程中，具有很大的 使用价值。 同时，将废旧的轮胎制成的橡胶颗粒应用 到混凝土当中，使其成为一种环保的绿色材料，在提 高了混凝土性能的同时，也减轻了对环境的污染，使 资源能够重复利用。
由表 2 已经看出，当橡胶掺量在 10 %和 15 %时， 混凝土的工作性能相对保持在一个很好的水平上。所 以确定橡胶掺量为 15 %，在此 基础上调整 钢纤维掺 量。由图 2 可以看出，随着钢纤维掺量的增加，混凝土 的坍落度呈明显下降趋势。 仅以工作性能为判定标 准，初步确定混凝土中橡胶掺量为 15 %，钢纤维掺量 为 1 %。
表 3 掺加橡胶及钢纤维对混凝土强度的影响
橡 胶 掺 量 /% 0 15 15
钢纤维掺量/% 3 d 强度/MPa 28 d 强度/MPa
0
27.3
51.0
0
22.2
40.7
1
29.4
47.9
从表 4 可以很清晰的看出，单纯的掺入橡胶颗粒， 对于混凝土的抗折并没有实质性的帮助，但是在掺入 钢纤维后，混凝土的抗折强度有了明显的提高。
表 4 橡胶-钢纤维混凝土的抗折强度
橡 胶 掺 量 /% 0 15 15
钢 纤 维 掺 量 /% 0 0 1
抗 折 强 度 强 度 /MPa 4.74 4.72 6.26
参考文献:
[1] 刘 日 鑫 ，孙 可 伟 ，林 志 伟. 废 胶 粉 在 混 凝 土 中 的 应 用[R]. 昆 明:昆明理工大学环境工程学院， 2007：1.
该试验的配合比采用高性能混凝土的配制方法， 即采用低水胶比以及掺加高效减水剂的技术路线，以 橡胶、钢纤维、粉煤灰掺量为因素变量进行配合比设 计。 其中，胶凝材料总量定为 500 kg/m3，粉煤灰掺量为 胶凝材料总量的 30 %，水胶质量比为 0.34，减水剂的 掺量为胶凝材料总量的 2 %，砂率以钢纤维混凝土配 合比设计做为参考，最终确定为 42 %。 配合比设计中， 其中橡胶掺量为等质量替代砂，钢纤维为体积掺量。 2 试验结果分析 2. 1 工作性分析
笔者主要研究将橡胶以及钢纤维同时掺加入混 凝土中对于混凝土强度，耐久性能的影响，并且通过 不断地试验确定出钢纤维和橡胶的最佳掺量。 1 原材料及试验设计思路 1. 1 试验原材料
收稿日期： 2009-03-31 作 者 简 介 ： 付萍（1966-），女，汉，北京 市 人 ，高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 市
Research of Rubber-Steel Fiber Concrete
Fu Ping，Yu Hexu，Li Guang
国外早在 20 世纪 80 年代就已 经开始利用 废旧 橡胶加入水泥混凝土中制成复合材料（橡胶混凝土）。 美国在这方面技术比较成熟，并已在道路和桥梁等领 域大量应用橡胶混凝土。土耳其也对废胶粉改善水泥 的性能进行了研究。我国对橡胶混凝土的研究仍处于 起步阶段。 废旧橡胶对改善混凝土的耐久性能、耐磨 性 能 和 防 火 性 能 等 有 很 大 的 贡 献 [1]。
表 2 橡胶掺量为 15 %时钢纤维的掺 入对橡胶混凝土坍落度的影响
钢 纤 维 掺 量 /% 0.5 1.0 1.5 2.0
坍 落 度 /mm 190 170 120 80
黏聚性 良好 良好 良好 良好
保水性 良好 良好 良好 良好
2. 2 强度分析 从各方面的相关资料中都可以查到，橡胶的掺入
对混凝土的强度是有一定影响的，基本规律是随着橡 胶掺量的增加，混凝土的强度呈下降趋势。
普 通 混 凝 土 （K2）裂 缝 产 生 在 加 载 至 50 kN 时 ， 再继续加载裂缝不断产生，并且发展迅速，在加载到 80 kN 时，跨中裂缝宽度为 0.34 mm；而橡胶混凝土梁 （K3）在加载至 70 kN 时才产生裂缝，橡胶-钢纤维混 凝 土 梁 （K1）在 加 载 至 80 kN 时 产 生 裂 缝 ，并 且 K1、 K3 裂缝发展极缓慢，还可以带裂缝正常工作。
该 试 验 所 成 型 的 构 件 尺 寸 为 100 cm ×24 cm × 12 cm，为了保证试验以及用于实际工程的一致性，所 有构件采用了相同的配筋。 K3 为橡胶混凝土构件梁， K2 为普通混凝土构件梁，K1 为 橡胶-钢纤维 混凝土 构件梁。
考虑到构件的跨度较短，所以构件采用单点加载 的方式，由油压千斤顶顶在反力架上实施加载。 以每 10 kN 为一级，分级加载，应变及位移数据逐级读取。 采用读数显微镜测读裂缝宽度。
由表 1、图 1 可以看出，随着橡胶的掺量增加，混 凝土的坍落度呈现下降的趋势。 但是掺量较小时（掺 量在 10 %以下），橡胶颗粒的掺入对于混凝土的坍落 度影响并不大。小掺量橡胶对混凝土坍落度影响不大 的原因可能是由于橡胶颗粒表面粗糙，包裹了一些气 体，这些气体在混凝土搅拌时形成了气泡，气泡在混
2009 年第 4 期
表 5 橡胶-钢纤维混凝土的氯离子扩散系数
橡胶掺量/% 钢纤维掺量/%
0
0
15
0
15
1
氯 离 子 扩 散 系 数 /（10-14×m2/s） 209 162 179
2. 4 抗冻融性能分析 在经常发生冻融循环的地区内，混凝土的抗冻性
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市政技术
第 27 卷
是十分重要的。从表 6 可以看出，在进行到第 50 次循 环时，混凝土的质量并没有损失，而是增加的，这是因 为混凝土吸收了水分的缘故，这个结果也与大多数文 献中提到的相同。 在进行到第 150 次冻融循环后，无 论是橡胶混凝土还是橡胶-钢纤维混凝土， 在抗冻性 方面相对于普通混凝土都有一定幅度的提高。
钢纤维与其他纤维相比， 与水泥基材复合使用， 有其较多的优越性。钢纤维的弹性模量与纤维的抗拉 强度都比较高，大约为水泥基材的 5 倍以上，同时钢 纤维也可以制成各种变截面形状，以增加与水泥基材 之间的握固力[2]。自 20 世纪 40 年代以来，钢纤维的生 产技术就有了很大进展，世界各国对钢纤维的研究和 应用十分重视，发展很快。 目前钢纤维已经在混凝土 工程领域中得到了广泛的应用。
在试验过程中可以发现：普通混凝土梁的裂缝分 布集中，裂缝宽，当荷载加至 110 kN 时裂缝已经贯穿 梁，所有的裂缝都朝着受压区扩展。 而橡胶混凝土梁
的主要裂缝比较分散，数量多，宽度小，在加载过程 中，不断有新的细小裂缝产生。 直至加载 130 kN，橡 胶混凝土梁正截面上最长的裂缝并未贯穿。而掺加钢 纤维后，由于纤维的阻裂作用，混凝土梁出现裂缝的 时间相对于橡胶混凝土还要晚，但是裂缝大部分分布 在受压区。 普通混凝土梁的加载至荷载为 110 kN 时 破坏，而橡胶混凝土梁加载至荷载为 130 kN 时破坏， 橡胶-钢纤维混凝土梁加载至荷载为 140 kN 时破坏 （见表 7、图 3）。
表 1 橡胶掺量变化对混凝土坍落度的影响
橡 胶 掺 量 /% 0 5 10 15 20 25 30 35
坍 落 度 /mm 205 200 190 180 120 100 80 70
黏聚性 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好
保水性 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好
图 1 橡胶掺量变化对混凝土坍落度的影响
政公路工程施工质量管理工作。
该试验采用河北省三河市燕郊建材有限公司出 产的钻牌 P·O 42.5 水 泥，粉煤灰 为石景山 发 电 厂 所 产的 II 级灰，细骨料采用细度模数为 3.1 的人 工砂， 粗骨料采用粒径为 5～20 mm 碎石，橡胶采用粒径2～ 3 mm 的橡胶颗粒，钢纤维使用佳密克丝弯钩型钢纤 维，长径比 64。 1. 2 试验设计思路
表 7 构件裂缝的产生与发展
K3 荷载/kN
70 80 90 100 110 120 130
跨中 裂缝宽度/mm 出现裂缝 0.08 0.12 0.24 0.30 0.38 0.46
K2 荷载/kN
50 60 70 80 90 100 110
跨中 裂缝宽度/mm 出现裂缝 0.10 0.16 0.34 0.42 0.68 0.80
橡胶-钢纤维混凝土研究
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凝土拌和物中如同滚珠，减少了骨料间的摩擦，增强 了 润 滑 作 用[3]。 增 大 了 橡 胶 的 掺 量 以 后 ，橡 胶 所 引 进 的 气泡对于混凝土的润滑作用已经很小或者可以忽略 不计了。同时，橡胶掺量的增加，也使得橡胶与胶凝材 料之间的黏结力、橡胶与橡胶之间、橡胶与骨料之间 的摩擦力变大，从而影响了混凝土流动性的发展。
表 6 混凝土的冻融结果
次循环
150 次循环
编号
质量损失/% 相对动弹模/% 质量损失/% 相对动弹模/%
1
1.05
96
0.70
86
2
1.15
98
0.72
90
3
1.12
98
0.76
90
备注：编号 1 为普通混凝土；编号 2 为 掺 加 15%橡 胶 混 凝 土 ；编 号 3
为橡胶-钢纤维混凝土。
图 2 橡胶掺量为 15%时钢纤维的掺入对 橡胶混凝土坍落度的影响
从表 3 可以很 明显的看出 ，在掺加 15 %橡胶 颗 粒后，混凝土的强度降低是很多的，强度下降幅度达 到了 20 %，而掺加了 1 %的钢纤维后，混凝土的强度 虽然也有所下降， 但是效果要明显优于只掺加橡胶 颗粒的混凝土，橡胶-钢纤维混凝土相对于普通混凝 土的强度只下降了 6 %。
3 构件梁的研究 目前，我国对于橡胶混凝土的研究还比较少，大
多数的研究还只是停留在橡胶沥青改性路面混凝土 上，对于橡胶钢纤维混凝土的研究就更少了。 橡胶可 以提高混凝土的韧性，并且具有较好的隔声减震效 果，而钢纤维则能够增加混凝土的抗拉及抗折性能， 将橡胶钢纤维混凝土应用于实际工程中，具有很大的 使用价值。 同时，将废旧的轮胎制成的橡胶颗粒应用 到混凝土当中，使其成为一种环保的绿色材料，在提 高了混凝土性能的同时，也减轻了对环境的污染，使 资源能够重复利用。
由表 2 已经看出，当橡胶掺量在 10 %和 15 %时， 混凝土的工作性能相对保持在一个很好的水平上。所 以确定橡胶掺量为 15 %，在此 基础上调整 钢纤维掺 量。由图 2 可以看出，随着钢纤维掺量的增加，混凝土 的坍落度呈明显下降趋势。 仅以工作性能为判定标 准，初步确定混凝土中橡胶掺量为 15 %，钢纤维掺量 为 1 %。
表 3 掺加橡胶及钢纤维对混凝土强度的影响
橡 胶 掺 量 /% 0 15 15
钢纤维掺量/% 3 d 强度/MPa 28 d 强度/MPa
0
27.3
51.0
0
22.2
40.7
1
29.4
47.9
从表 4 可以很清晰的看出，单纯的掺入橡胶颗粒， 对于混凝土的抗折并没有实质性的帮助，但是在掺入 钢纤维后，混凝土的抗折强度有了明显的提高。
表 4 橡胶-钢纤维混凝土的抗折强度
橡 胶 掺 量 /% 0 15 15
钢 纤 维 掺 量 /% 0 0 1
抗 折 强 度 强 度 /MPa 4.74 4.72 6.26
