关于弹性混凝土应用的综述

2012-03-07成治纲

山西建筑 2012年30期

成治纲

(山西省交通建设工程监理总公司，山西太原 030012)

0 引言

弹性混凝土是我国近年来从国外引入的一种新型混凝土，它是用特殊的微纤维替代传统使用的粗糙砂石来用于水泥的加固，制成的重量轻、抗裂性好并且更耐久的一种可弯曲材料。这种新型混凝土的主要成分与普通混凝土几乎一样，外观也与普通混凝土相似，但在承受巨大压力时会弯曲而不是断裂。我国自2003年引入弹性混凝土以来，就一直得到了极高的关注。由于弹性混凝土在性价比、可操作性及抗变形等性能方面的优势，具有广阔的发展前景。

1 弹性混凝土及其在国内外发展研究现状

弹性混凝土(Elastic Concrete)，是一种将只有人类头发丝般厚度的微纤维作为水泥混凝土的组成材料配制而成的。即便在弯折的情况下也只会出现头发丝粗细的细微裂缝，而不是破坏性的大裂缝。一旦出现裂口，其丰富的纤维便会从周边空气中吸收水汽，使裂口变软，并逐渐“愈合”，修复裂隙。同时，水泥中的钙离子也会从空气中吸收水汽和二氧化碳，生成碳酸钙。经过这样一系列的自发的修复和再加固过程，弯折后的混凝土结构牢固如初。

弹性混凝土在国外应用较早。美国是最早开始弹性混凝土研究的国家。1999年美国亚利桑那州立大学建立了世界上第一个弹性混凝土结构跑道，引起了弹性混凝土路面研究的浪潮并逐步开始得到应用。2007年美国密西根大学研制出的纤维混凝土抗裂性比目前修建人行道的材料高50倍，重量也轻40%，耐久性是普通混凝土的2倍，并将其投入使用来修补某公路桥(见图1)。日本2008年年初宣布研究成功弹性混凝土，并开始在建筑中使用弹性混凝土，以预防地震的冲击，增强建筑抵抗地震的能力。弹性混凝土已在日本、韩国、瑞士和澳大利亚得到成熟的应用。

弹性混凝土在我国的研究起步较晚，但是发展迅速，近年来取得了丰硕的研究成果。我国最早是在1997年石家庄铁道学院进行弹性混凝土的研究，发现橡胶微粒能够显著提高混凝土的抗冲击性能。2006年上海交通大学发明了道路吸音高弹性混凝土材料。2007年山西建华化工有限公司发明了一种高强度弹性混凝土添加剂，这种复合添加剂加入普通混凝土中，在不影响混凝土抗压强度的情况下，能大幅度提高混凝土的抗折强度增加韧性。2008年天津城市学院很好的解决了施工中弹性混凝土力学性能下降的难题。2012年9月份，我国常州市公路交通部门首次使用弹性混凝土对干线公路桥梁伸缩缝进行了整治，取得了很好的效果。

2 弹性混凝土的应用范围探索

弹性混凝土工程性能介于普通混凝土及沥青混凝土之间，兼具有两者的优点。相比普通混凝土，强度高，耐磨性好，抗裂性能好，韧性高，日本研究的弹性混凝土延展性能高出普通混凝土100倍以上;相比较沥青混凝土重量轻，热膨胀系数是沥青混凝土的一半以下，且具有良好的隔热、隔音、防止软化性能。在施工中，弹性混凝土施工简单，摊铺时只需倒入缺损的伸缩缝内抹平即可，无须加热或特别处理。与传统修复相比，其使用年限远超钢纤维混凝土，并在车辆碾压发生形变后易恢复，其强度完全能够满足通行需要，弹性体使得通行声音轻且耐荷载及耐冲击性更强，从而使道路行驶更安全。施工后现场易清洁，无污染。可以说，弹性混凝土具有广阔的应用范围。

1)道桥路面处理。

普通混凝土路面噪声大，刚性强，收缩缝宽且振动大，行车适应性差。相对照普通混凝土，沥青混凝土克服了普通混凝土的很多固有弱点，大部分道桥路面建设都选用沥青混凝土作为主要材料，但是高昂的维护费用不断攀升，使其性价比逐步下降。弹性混凝土兼具两者的优点，可以很好的进行伸缩缝处理，增强路面舒适度，改善公路行车的舒适性，降低噪声，延长道桥路面使用寿命(见图2)。上海路政部门利用弹性混凝土良好的柔韧性，将弹性混凝土应用于窨井周边碎裂的处理，由于弹性混凝土与周边道路的粘结程度高，特别是出色的抗剪能力，当有荷载通过时，上下的振动也不易使弹性混凝土损坏，并且很好的解决了破碎窨井的重复修复问题。

图1 美国沃特森公司生产的Wabo Crete Ⅱ弹性混凝土

图2 桥梁伸缩缝受力分析图

2)建筑上作为墙板和楼板使用。

弹性混凝土重量轻，韧性高，能量吸收能力强，具有隔热隔声减震的性能。随着生活水平的提高，高层住户对噪声影响的问题越来越关注。在建筑上，将弹性混凝土作为墙板或者楼板使用，可以很好的解决隔音问题，提高住户生活质量。可以预测，弹性混凝土作为墙板或者楼板会具有广阔的市场潜力。

3)其他应用。

弹性混凝土出色的工程性能，决定了其具有广阔的应用范围。可以应用于机场跑道建设，地下壳体，网球场，运动场等建设。

3 弹性混凝土的应用前景分析

弹性混凝土是近年来逐步成熟的一门材料科学新技术，通过改良，充分发挥其各方面的性能，可以将其应用于不同的领域，具有很广阔的应用前景。

1)使用弹性混凝土获得良好的经济效益。

弹性混凝土具有质量轻及良好的抗裂性的特点，将其应用于道桥路面建设，可以适当降低路面摊铺厚度。根据美国歇根大学研制出的“工程水泥复合材料”(ECC)为例，该种纤维混凝土抗裂性比目前修建人行道的材料高50倍，重量也轻40%，耐久性是普通混凝土的两倍。使用该种材料可以很好的解决一些桥面耐久性(如过早出现裂缝等)问题，并无须再用伸缩接头。日本北海道应用该材料修筑的三原桥桥面厚度仅为5 cm。有研究表明，将保养和后期维修成本考虑在内的话，在60年内，用ECC材料建桥的成本可能比使用传统材料低37%。将弹性混凝土应用于墙板和楼板，利用其质量轻的特点，可以大大降低楼房的整体重量，同时，可以降低其他材料的应用。目前，虽然弹性混凝土的价格是普通混凝土价格的3倍～10倍，从道桥路面寿命和安全性的长远考虑，依然是一种经济的选择。再随着技术的进步，弹性混凝土市场的扩大，制备材料价格随着需求量的扩大而降低，再加上因为使用弹性混凝土而降低的如上述费用，可以说，使用弹性混凝土会很好的降低工程成本，获得良好的经济效益。

2)使用弹性混凝土具有良好的社会效益。

使用弹性混凝土，在环境保护，降低污染，创造就业机会方面具有良好的社会效益。弹性混凝土部分原材料来自于废旧轮胎，据统计，随着汽车工业的迅猛发展，我国每年产生的废轮胎的数量达到2亿多条，并以每年两位数的速度增长，而我国橡胶资源十分匮乏，生胶70%依赖进口。对废轮胎进行掩埋、焚烧、堆放会造成“二次污染”，因此，如何实现废旧轮胎的综合利用是我国需要面对的一个难题。将废旧轮胎加工成弹性混凝土制备材料，将其变废为宝是一个可行的整治方案。因此，我国需要加强在废旧轮胎整治方面的研究，将其变成产业发展链。同时，增加就业机会，减轻就业压力。