橡膠粉砂漿作為裝配式路面基層調(diào)平材料的可行性試驗(yàn)研究

石爽爽 閆 壘

（黃河交通學(xué)院，河南 焦作 454950）

0 引言

裝配式混凝土路面作為一種新興的路面形式，與傳統(tǒng)的路面形式相比，具有工期短、便于維修等特點(diǎn)，但路面整體的平整度限制了它的應(yīng)用及發(fā)展[1]。經(jīng)過(guò)大量的調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)：影響路面平整度的主要原因包括預(yù)制板的尺寸和基層的平整性。預(yù)制板尺寸越大，接縫數(shù)量越少，路面整體平整度也就越好。裝配式路面是由板塊拼裝而成的，考慮到預(yù)制板的運(yùn)輸、施工及受力情況，板塊的尺寸不能太大，一般控制在2.5～5m。這就導(dǎo)致很難從尺寸上著手解決路面平整度的問(wèn)題，只能通過(guò)調(diào)平材料對(duì)基層進(jìn)行調(diào)平，提高基層平整性從而提高路面整體的平整度。基層調(diào)平層對(duì)調(diào)平材料有較高的要求，不僅要求材料具有良好的流動(dòng)性、干縮性、保水性，而且要求材料的彈性模量適中，以確保路面各層之間能夠很好地共同工作。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)廢舊輪胎的數(shù)量每年以10%左右的速度增長(zhǎng)，至2021年底高達(dá)2.5億多條，但其回收率卻很低，造成了嚴(yán)重的資源量費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響，如何再利用廢舊輪胎成為研究的焦點(diǎn)。將廢舊輪胎進(jìn)行粉碎，把橡膠制成粉末，用于公路改性瀝青、防水卷材、防水涂料等，是目前進(jìn)行廢舊輪胎再利用的有效方法。通過(guò)查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)：加入橡膠粉制成的砂漿在韌性、保水性、干縮等方面具有優(yōu)點(diǎn)；而且加入橡膠粉制成的砂漿廣泛應(yīng)用還可以緩解廢舊輪胎引起的不利影響。因此，針對(duì)加入橡膠粉制成的砂漿應(yīng)用于調(diào)平材料進(jìn)行試驗(yàn)研究，為今后基層調(diào)平材料的發(fā)展提供更多的選擇。

1 摻入不同含量橡膠粉的砂漿性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用材料主要有水、減水劑、水泥、砂、橡膠粉、粉煤灰；其中水用的自來(lái)水，砂為天然砂，減水劑為市場(chǎng)常見(jiàn)的高效減水劑，水泥為普通硅酸鹽水泥（42.5級(jí)），粉煤灰為附近發(fā)電廠采購(gòu)的普通粉煤灰。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ70-2009）進(jìn)行砂漿的稠度、保水性、干縮性、抗壓強(qiáng)度和彈性模量試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)分組

本試驗(yàn)所用的基準(zhǔn)砂漿的配比為：水泥：天然砂：水：高效減水劑=1∶3.0∶0.54∶0.0032，橡膠粉含量以等體積代替天然砂的方法添加。本試驗(yàn)以未摻加橡膠粉砂漿即表1中的第1組作為基準(zhǔn)砂漿對(duì)照組，以摻入5%、10%、15%、20%和25%橡膠粉的砂漿作為試驗(yàn)組，具體試驗(yàn)分組及各組材料配合比如表1所示。

表1 試驗(yàn)分組設(shè)計(jì)情況

2 摻入不同含量橡膠粉的砂漿性能試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 砂漿稠度試驗(yàn)結(jié)果分析

流動(dòng)性是評(píng)價(jià)砂漿能否正常工作的重要指標(biāo)[2]。本試驗(yàn)選擇用稠度來(lái)表示砂漿的流動(dòng)性，砂漿的流動(dòng)性與稠度之間呈正相關(guān)的關(guān)系[3]。

試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示：橡膠粉含量增加，砂漿的流動(dòng)性逐漸變差；且當(dāng)加入量在5%~10%時(shí)，流動(dòng)性變化得最快，之后基本成比例下降。這主要因?yàn)橄鹉z粉的粒徑及密度較小，可對(duì)砂漿的空隙進(jìn)行填充，橡膠粉加入得越多，砂漿越密實(shí)，稠度也越小，流動(dòng)性也越差。而且，橡膠粉作為無(wú)機(jī)非金屬材料，雖不具有吸水性，但由于橡膠粉本身顆粒的孔隙率比天然砂的大，粒徑小，其表面吸附的水分相對(duì)較多，所表現(xiàn)出的吸水性要強(qiáng)。因此，當(dāng)水灰比保持不變時(shí)，橡膠粉越多，稠度就會(huì)越小。

圖1 橡膠粉含量與砂漿稠度的關(guān)系

2.2 砂漿保水性試驗(yàn)結(jié)果分析

保水性既可以評(píng)價(jià)砂漿保存水分的能力，還可以評(píng)價(jià)砂漿各組成成分之間的離析狀況[4]。砂漿發(fā)生離析會(huì)嚴(yán)重影響砂漿的強(qiáng)度以及黏結(jié)性能，在砂漿硬之化后容易出現(xiàn)裂紋，甚至出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象。

試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示：橡膠粉含量增多，砂漿保水性越好；當(dāng)橡膠粉加入量為5%、10%、15%、20%、25%時(shí)，與第一組相比，保水性相對(duì)應(yīng)的提高了1.13%、3.24%、5.9%、7.55%、8.31%。分析原因可能由于在砂漿中添加橡膠粉使其整體結(jié)構(gòu)變得更密實(shí)，孔隙變小，從而使一部分水分無(wú)法再自由流動(dòng)。因此，橡膠粉在某種程度上可以改善砂漿的保水性，而且保水性越好砂漿越不易發(fā)生離析現(xiàn)象。

圖2 橡膠粉含量與砂漿保水性之間的關(guān)系

2.3 砂漿抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

抗壓強(qiáng)度是砂漿最基本的性能，也與砂漿的其他力學(xué)性能如粘結(jié)性、抗凍性等有著密切的關(guān)系，因此在對(duì)砂漿性能進(jìn)行研究時(shí)，抗壓強(qiáng)度是不可或缺的。砂漿抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，由圖3可知：

（1）砂漿的抗壓強(qiáng)度與齡期呈正相關(guān)，齡期越長(zhǎng)，強(qiáng)度越高；

（2）橡膠粉的摻入明顯降低了砂漿的強(qiáng)度；

（3）當(dāng) 橡 膠 粉 含 量 為25%時(shí)，3d抗 壓 強(qiáng) 度 從15.75MPa降至9.73MPa；7d抗壓強(qiáng)度從31.0MPa下降到16.35MPa；28d抗壓強(qiáng)度從33.62MPa下降到21.50MPa。這主要是因?yàn)橄鹉z粉不參與水泥的水化反應(yīng)，而且橡膠粉顆粒會(huì)附著在水泥表面，從而阻擋水泥與水之間的接觸，對(duì)它們相互作用產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致砂漿的抗壓強(qiáng)度減小。

2.4 砂漿彈性模量試驗(yàn)結(jié)果分析

彈性模量是衡量橡膠粉砂漿能否作為裝配式路面基層調(diào)平材料的一個(gè)重要指標(biāo)[4]，不管彈性模量過(guò)大還是過(guò)小都會(huì)對(duì)路面受力情況產(chǎn)生一定的影響，因此需要對(duì)砂漿的彈性模量進(jìn)行研究。砂漿彈性模量試驗(yàn)結(jié)果由表2所示：橡膠粉含量增加，砂漿的彈性模量再下降，且與第1組相比，當(dāng)橡膠粉加入5%、10%、15%、20%和25%時(shí)，砂漿的彈性模量下降了6.02%、9.72%、15.7%、17.6%和24.5%。分析原因可能是因?yàn)橄鹉z粉本身的彈性模量較小，添加橡膠粉相當(dāng)于向砂漿中添加了彈性材料，使其在相同的應(yīng)力作用下所能承受的變形增大。另外，橡膠粉屬于無(wú)機(jī)非金屬材料不參與水泥水化反應(yīng)，砂漿硬化后可形成一層臨近層，砂漿所能承受的應(yīng)力減小，彈性模量也就減小。

表3 橡膠粉砂漿彈性模量測(cè)試結(jié)果

2.5 砂漿干縮性試驗(yàn)結(jié)果分析

干縮的發(fā)生是不可逆轉(zhuǎn)的，而且干縮越大，越不利于調(diào)平層與基層和面層之間共同工作[5]。因此，對(duì)砂漿的干縮性能進(jìn)行研究。砂漿干縮性試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出：

圖4 橡膠粉與砂漿干縮性之間的關(guān)系圖

（1）齡期越長(zhǎng)，干縮率越大；

（2）橡膠粉含量增加，砂漿各個(gè)齡期的干縮率都會(huì)下降；

（3）與第1組相比，當(dāng)橡膠粉含量達(dá)到25%時(shí)，砂漿7d、14d、21d、28d、56d的干縮率可下降了58.5%、52.3%、45.2%、43.9%、43.6%。這是因?yàn)橄鹉z粉的顆粒粒徑較小，能夠起到填充作用，使砂漿內(nèi)部孔隙率減少，孔隙率的減少就會(huì)使附加在孔隙中的水分減少，從而大大減少了水分的蒸發(fā)，抑制了砂漿的干縮變形。

3 橡膠粉砂漿作為基層調(diào)平材料的可行性分析

3.1 基層調(diào)平材料的基本要求

雖然，目前沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基層調(diào)平材料的性能做出一定的要求，但通過(guò)對(duì)裝配式路面進(jìn)行大量的分析研究來(lái)看基層調(diào)平材料對(duì)砂漿具有以下要求：

（1）流動(dòng)性和保水性要好；流動(dòng)性越好在對(duì)基層進(jìn)行調(diào)平時(shí)越容易，越易實(shí)現(xiàn)砂漿自找平效果；保水性可直接影響砂漿的性能，保水性越好硬化后的砂漿越不易干裂。

（2）干縮要??；砂漿的干縮性將直接影響路面的性能，干縮較大容易使調(diào)平層與基層、面層之間出現(xiàn)空隙，在荷載的長(zhǎng)期作用下，路面板低會(huì)發(fā)生脫空現(xiàn)象，進(jìn)而加劇路面平整度問(wèn)題。

（3）彈性模量要適中；彈性模量大小也將直接影響路面和基層之間的工作性能。通常情況，裝配式路面的材料為剛性材料，而其基層材料大多是柔性材料；且一般基層彈性模量在1000~2500MPa[6]，剛性路面的彈性模量大約為30000MPa。若調(diào)平材料的彈性模量沒(méi)有保持在合理范圍內(nèi)會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，甚至是路面發(fā)生破壞。因此為了使路面各層之間保持良好的工作狀態(tài)，調(diào)平層的彈性模量應(yīng)介于基層彈性模量與剛性路面的彈性模量之間，而且砂漿的彈性模量與基層的彈性模量值相差得越小，各層之間越能更好地共同工作。

3.2 應(yīng)用橡膠粉砂漿的可行性分析

通過(guò)對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果分析可知：橡膠粉含量增加，砂漿的稠度、抗壓強(qiáng)度及彈性模量降低，但其保水性和干縮性變好。因此，作為調(diào)平材料橡膠粉砂漿在保水性、干縮、彈性模量方面的性能要優(yōu)于普通水泥砂漿，而在流動(dòng)性和抗壓強(qiáng)度方面不具有優(yōu)勢(shì)，但只要將橡膠粉含量控制在合理的范圍內(nèi)，其流動(dòng)性及抗壓強(qiáng)度仍可滿足要求。由此可知，橡膠粉砂漿具備作為基層調(diào)平材料的可行性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)橡膠粉砂漿性能進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究可知：橡膠粉含量增多，砂漿流動(dòng)性變差，保水性變好，干縮變形減小，彈性模量和抗壓強(qiáng)度降低。如果以橡膠粉砂漿作為基層調(diào)平材料，砂漿在保水性、彈性模量及干縮方面具有優(yōu)勢(shì)，在流動(dòng)性和抗壓強(qiáng)度方面不具備優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)控制橡膠粉的含量使其滿足相應(yīng)的要求。