路用橡胶混凝土抗冲击性能研究

　　杨飞、李红中、刘锋、黄志国、柯小兵、钟根全、王岫鑫、柯志辉、冯万辉、魏伟、夏珂、梁永威、陈德

　　一、任务来源 路用橡胶混凝土抗冲击性能研究为广东省交通厅科技项目，承包单位为广东工业大学，合作单位为广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司。项目编号科技-2017-02-034。项目研究的起止时间为2017年01月至2019年12月，后因研究需要并经批准延期至 2022年4月完成全部研究工作。 二、应用领域和技术原理 应用领域为路面材料，尤其适用于混凝土路面。技术原理∶本项目拟对通过更深入地对废旧轮胎橡胶再利用的研究，探讨路面混凝土开裂的破坏机理，深入分析抗拉强度对于橡胶混凝土的重要性，通过室内试验、理论计算、模型分析和理论研究，揭示橡胶混凝土在路面工程中的优缺点和可利用性，并解决了项目和系统中的关键技术，在技术上取得了创新性的突破，圆满完成了计划项目合同的技术指标。 三、性能指标 橡胶混凝土具有更好的抗冲击性能。在较高的应变率下，由于橡胶颗粒的能量耗散能力，橡胶混凝土的能量吸收能力优于普通混凝土。30%橡胶掺量表现出最佳的吸能能力。胶颗粒增加了混凝土的准静态荷载下的韧性，压弯强度比却随着橡胶掺量增大而减小。当爆炸药量不大时（2.3kg 或3.4kg）普通混凝土板仍处于弹性阶段，损伤较小，而橡胶混凝土板处于塑性阶段，跨中变形较大，受拉区出现一些细小裂缝。当炸药质量较大时，橡胶混凝土板的残余跨中位移差异减小，橡胶混凝土板拉伸区的损伤小于普通混凝土板。钢筋混凝土板是一种实用的抗爆结构，特别是大能量爆炸。为了综合考虑材料强度，我们建议使用体积替代率低于30%的橡胶颗粒混凝土。 四、与国内外同类技术比较 目前混凝土的动态弯曲性能为国内外动态力学指标的研究热点之一，本项目所采用的研究方法和实验手段创新性高，可靠性强，研究结果较为可靠，研究产品在实际应用中取得不错的预期成果。 五、成果的创造性、先进性 （1）研究出适用于不同交通量、不同等级城市道路的快速修补混凝土，适用于各种混凝土路面;研究材料的抗冲击力学性能，将路面动态荷载表征为不同应变率的动态荷载，研究此荷载作用下，路面的破坏机理; （2）针对混凝土材料的动态抗弯性能的研究很少，研究聚合物改性橡胶混凝土在高应变率下的动态抗弯性能，进一步完善该材料的抗冲击性能的研究;通过运用落锤试验机和分离式霍普金森压杆装置对该材料在不同应变率下进行大量实验，最终得到包括静态试验在内的全应变率的动态抗弯性能。 混凝土路面不可避免地承受着来自外部高速高能量的冲击荷载，极有可能出现远大于规范所规定的加载速度。因此，在设计混凝土路面或应急修补时更应同时考虑路面在高速冲击荷载下的力学性能与破坏机理。目前所用的修补材料大致可分为无机类修补材料、有机类修补材料、聚合物水泥基修补材料、纤维改性混凝土修补材料四大类。依据交通运输部门关于《公路工程水泥混凝土用快速修补材料》行业规范意见征求稿中的定义，公路工程水泥混凝土用快速修补的有机类修补材料主要分为干粉类和胶乳类聚合物修补材料，目前国内外研究较多且较为成熟的可以进行水泥混凝土路面修补的聚合物修补材料主要有沥青修补材料和聚合物修补材料。 本项目研究的路用修补混凝土贯彻了绿色交通的理念，经济、合理利用废旧橡胶。研发的橡胶混凝土的出现对环境保护、绿色环保的理念得到进一步的贯彻。