橡膠顆粒改性摻量對水泥砂漿性能的影響

曹美玲

摘要： 采用0.5%的PVA溶液對粒徑為40目的橡膠集料進(jìn)行改性，配制橡膠集料水泥砂漿。研究不同橡膠集料摻量的水泥砂漿的一些力學(xué)性能，像抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、折壓比、抗沖擊性和干燥收縮率的變化規(guī)律?？紤]六種橡膠摻量，分別為0%、6.5%、13%、18%、23.5%、28%。通過折壓比、抗沖擊性和干燥收縮率這三項(xiàng)指標(biāo)確定橡膠顆粒最佳摻量。本試驗(yàn)確定橡膠顆粒的最佳摻量為18%。

Abstract： Crumb rubber aggregates in 40 mesh were modified by 0.5% PVA solution and used for preparing crumb rubber cement mortar. Some mechanical properties of cement mortar with different crumb rubber aggregate amounts are researched， such as compressive strength， flexural strength， the ratio of compressive strength to flexural strength， impact resistance and dry contraction percentage. Six kinds of rubber content， which are 0%， 6.5%， 13%， 18%， 23.5% and 28% are considered respectively. Three indices of the ratio of compressive strength to flexural strength， impact resistance and dry contraction percentage are used to determine the appropriate mixing amount of crumb rubber. The best appropriate mixing amount of rubber particles determined by this test is 18%.

關(guān)鍵詞： 橡膠顆粒；摻量；改性

Key words： rubber particle；mixing amount；modification

中圖分類號：TU745.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）29-0129-02

0 引言

傳統(tǒng)的砂漿粘聚性及保水性較差，引起收縮裂縫。為提高傳統(tǒng)砂漿的抗裂性能，20世紀(jì)70 年代起，人們開始研究聚合物砂漿，聚合物砂漿成本較高，且粘結(jié)性能及耐久性能有時不能滿足使用要求。改善水泥混凝土韌性的方法較多，其中摻加橡膠顆粒的方法得到眾多學(xué)者的關(guān)注，并成為研究熱點(diǎn)。

Ki Sang Son等人[1]的研究顯示：摻有廢舊輪胎橡膠顆粒的混凝土能導(dǎo)致略低的抗壓強(qiáng)度和彈性模量，但是曲率延性可以增加90%。將橡膠顆粒用于水泥砂漿中，可改善水泥基材料的韌性、抗沖擊勢能等。Segre和Joekes等人[2]試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)， NaOH處理改性后的橡膠顆粒砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度和斷裂能有所提高。本文通過對比試驗(yàn)，研究改性橡膠顆粒摻量對水泥砂漿[3]的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、壓折比、抗沖擊性能和干燥收縮性能的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)原材料水泥的組成

試驗(yàn)中使用P.O 42.5 普通硅酸鹽水水泥，水泥的化學(xué)成分如表1和表2所示。

砂子細(xì)砂，堆積密度為 1592 kg/m3，含泥量為 7.9%，細(xì)度模數(shù)為 2.1。橡膠顆粒再生橡膠顆粒的大小為40目，堆積密度為290.1 kg/m3砂漿中水泥與砂的質(zhì)量比為1：2.8，稠度在7～8cm之間。稠度過大，水泥砂漿內(nèi)的橡膠顆粒上??；稠度過小，則出現(xiàn)橡膠顆粒在水泥砂漿內(nèi)攪拌不均的問題。采用0.5%的PVA溶液對粒徑為40目的橡膠集料進(jìn)行改性，配制橡膠集料水泥砂漿。

2 不同橡膠顆粒摻量對水泥砂漿性能試驗(yàn)

考慮六種橡膠摻量，分別為0%、6.5%、13%、18%、23.5%、28%。在水泥砂漿中不同集料摻量對力學(xué)性能的影響，像抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、壓折比、抗沖擊性和干燥收縮率的變化規(guī)律。通過折壓比、抗沖擊性和干燥收縮率這三項(xiàng)指標(biāo)確定橡膠顆粒最佳摻量。

關(guān)于橡膠顆粒對混凝土強(qiáng)度的影響，有不同的研究結(jié)果。有研究表明[4]，橡膠混凝土的抗折強(qiáng)度隨著橡膠顆粒摻量的增加，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；但是也有文獻(xiàn)報(bào)道[5]，隨著橡膠摻量的增加，混凝土抗折強(qiáng)度逐漸降低。所有研究成果均表明，橡膠顆粒會增加水泥混凝土的韌性和變形性能。

2.1 折壓比試驗(yàn)

本文中，橡膠集料水泥砂漿抗壓強(qiáng)度試樣為100mm×100mm×100mm立方體，抗折強(qiáng)度試樣為40mm×40mm×160mm棱柱試體。不同摻量的40目橡膠顆粒水泥砂漿壓折比試驗(yàn)結(jié)果見表3。

根據(jù)橡膠集料砂漿抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可計(jì)算出橡膠顆粒水泥砂漿折壓比。表3所示，隨著橡膠顆粒摻量的提高，壓折比逐漸減小，說明水泥砂漿的韌性有所增強(qiáng)。橡膠顆粒是彈性體，在水泥砂漿中可起到微彈性的作用，有助于結(jié)構(gòu)吸收應(yīng)變能，可以提高水泥砂漿的變形，改善其韌性。在抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，摻有橡膠顆粒的砂漿試件在破壞時能較好地保持完整的形態(tài)，沒有產(chǎn)生劈裂聲響，表現(xiàn)出較好的彈性變形能力見圖2。而基準(zhǔn)砂漿先是出現(xiàn)裂縫且迅速擴(kuò)展且增寬，并伴有破壞時的聲響，試件發(fā)生脆性崩裂破壞見圖1。在抗折強(qiáng)度試驗(yàn)中，基準(zhǔn)砂漿會迅速完全斷裂見圖3。而摻有橡膠顆粒的砂漿在破壞時會發(fā)生不完全斷裂，仍然部分粘結(jié)在一起見圖4。對摻橡膠顆粒的混凝土研究處于試驗(yàn)階段，而對摻橡膠顆粒砂漿的研究基本處于起步階段。

2.2 干燥收縮性能試驗(yàn)與抗沖擊性能試驗(yàn)

將拌合好的橡膠集料砂漿裝入40mm×40mm×160mm棱柱體試模內(nèi)，將銅質(zhì)收縮頭固定在試模兩端面的孔洞中，收縮頭露出試件端面8±1mm。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)7天后拆模，預(yù)置4h后，沿預(yù)定的測試方向，測定試件的初始長度。將砂漿試件置于溫度20±2°C，相對濕度為（60±5）%的室內(nèi)，到7天、14天、21天、28天、35天、49天分別測量試件的長度，即為自然干燥后的長度。40目橡膠顆粒不同摻量下水泥砂漿干燥收縮與抗沖擊結(jié)果見表4。

不同摻量的40目橡膠顆粒水泥砂漿干燥收縮變形見表4所示。橡膠顆粒的摻量較小時，砂漿的干燥收縮變化很小。橡膠顆粒是彈性模量較小的彈性體，和水泥石的干縮應(yīng)力相比，其約束作用力相對較小。

隨著橡膠顆粒摻量的增加，砂漿的干燥收縮率明顯增大。橡膠顆粒是憎水性物質(zhì)，與水泥砂漿混合成型時，易在橡膠顆粒表面形成一層水膜。水泥水化時可消耗一部分橡膠顆粒表面水，當(dāng)停止養(yǎng)護(hù)后，在外界的干燥環(huán)境下，剩余的游離水揮發(fā)。橡膠顆粒含量加大時，揮發(fā)的游離水量相應(yīng)增加，干縮隨之加大。隨著橡膠顆粒的增多，抗沖擊性能越來越高，主要是由于水泥砂漿中的橡膠顆粒產(chǎn)生彈性變形吸收一定的外荷載，砂漿不宜發(fā)生脆性破壞。

3 結(jié)論

隨著橡膠顆粒摻量增多，水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度呈下降趨勢，但壓折比降低，表明水泥砂漿的韌性有所提高。橡膠摻量為18%時，砂漿的壓折比最小，隨后又緩緩增大，此時砂漿抗沖擊性能，干燥收縮率都比較合理，本試驗(yàn)確定橡膠顆粒的最佳摻量為18%。

參考文獻(xiàn)：

[1]Ki Sangson， Lman Hajirasouliha， Kypros Pilakoutas. Strength and deformability of waste tyre rubber-filled reinforced concrete columns[J]. Construction and Building Materials. 2011； 25（1）： 218-226.

[2]N Segre， L Joekes. Use of tire rubber particles as addition to cement paste[J]. Cement and Concrete Research. 2000； 30（9）： 1421-1425.

[3]張亞梅，李紅燕.橡膠改性水泥基材料的性能研究[D].南京， 東南大學(xué)，2004.

[4]屈妍.橡膠集料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].混凝土，2012， 268（2）：96-98.

[5]孫小兵.廢舊輪胎橡膠改性混凝土的材料性能研究[D].河南：鄭州大學(xué)，2006.