橡膠改性高強砂漿性能試驗研究

蔡明生 陳一虎 許木照

摘要：在砂漿中摻入不同量的橡膠粉，通過進行砂漿流動度，抗壓強度，抗折強度的試驗，分析橡膠粉摻量對砂漿強度，流動度的影響規律。研究結果表明：隨著橡膠粉摻量的增加，砂漿的強度、流動度都有了不同程度的下降。

關鍵詞：橡膠粉 砂漿 力學性能

中圖分類號： F767.5文獻標識碼： A

引言

廢舊輪胎是破壞植被生長、影響人類健康、危及地球生態環境的最有害垃圾之一，而據有關資料顯示，2009 年我國廢舊輪胎產量 2.33 億條，且數量還將逐年遞增。廢舊輪胎數量的持續增長使得廢舊輪胎處理成為一個日益令人關注的問題，如果對這些廢舊輪胎處理不當，不僅對環境、人類健康造成巨大的威脅，而且是一種嚴重的資源浪費。2007 年 1 月 16 日，國家發改委發布了《“十一五”資源綜合利用指導意見》，明確了 2010年主要再生資源回收利用率提高到 65%的發展目標；2011 年，工業和信息化部提出了“十二五”期間工業固體廢物綜合利用目標，即在2010 年基礎上提高 10~12 個百分點。

在廢舊輪胎數量越來越多、政府越來越重視廢舊輪胎如何處理的大環境下，國內外材料科技工作者開展了利用廢舊輪胎開發具有特殊性能混凝土的研究，部分學者研究發現，摻入橡膠粉（廢舊輪胎磨碎制成）的混凝土具有許多水泥混凝土不具備的獨特優點，如可以顯著降低混凝土的脆性、提高其延性、韌性、抗開裂性等。目前我國正在推行節能減排、低碳經濟，利用廢舊輪胎開發具有特殊性能的砂漿或混凝土，是解決廢舊輪胎占地、污染環境的一條有效途徑，也是對傳統砂漿與混凝土進行改性的重要方法之一。因此，開展橡膠粉對傳統砂漿性能影響規律的研究，具有顯著的社會意義和工程意義。

本研究主要內容是通過在砂漿中摻入不同量橡膠粉，研究橡膠粉的摻量對砂漿強度、流動度的影響。

原材料

1.1砂漿

膠凝材料：水泥：海螺牌 P·O 42.5 級水泥；粉煤灰：揚州電廠 I 級粉煤灰；水泥、I 級粉煤灰化學成分見表 1。

表1 水泥、Ⅰ級粉煤灰主要化學成分%

名稱 SiO2 CaO MgO Fe2O3 Al2O3 Na2O K2O SO3 Loss

水泥

Ⅰ級灰 21.20

54.14 61.19

4.96 1.80

1.45 3.35

11.93 5.89

23.24 0.15

0.72 0.57

0.27 2.24

0.48 3.50

2.99

（2）細骨料：

砂：河砂，細度模數 2.68，表觀密度 2 600 kg/m3，橡膠粉：湖南邵陽產80目廢舊輪胎橡膠粉，表觀密度 1100kg/m3。

（3）減水劑：FDN 高效減水劑。

（4）纖維：高強低彈特種纖維，平均長度5 mm。

（5）砂漿配合比：表2為摻80目橡膠粉砂漿配合比，配合比中膠材（水泥+ 粉煤灰）：混合砂（橡膠粉 + 河砂）為 2∶1，纖維用量按砂漿體積的1%摻入，減水劑按膠材質量的 0.6%摻入。橡膠粉按砂漿總質量的1%、2%、3%、4%、5%、6%摻入砂漿。

表2 摻80目橡膠粉砂漿配合比

水/kg 水泥/kg 粉煤灰/kg 河沙/kg 纖維/g 減水劑/g

0.380 0.700 0.300 0.351 10.5 6.0

不同摻量橡膠粉砂漿的工作性能

2.1水泥砂漿的性能測試方法

對于砂漿流動度的測試方法有很多，本研究參照了有關規范中的流動度測試方法如下：

（1）試驗儀器

①漏斗：上端內徑 178cm，下端內徑 13cm，流出管長 38cm，內容量為 1725mL；

②漏斗支撐架；

③容器：量筒或量杯；

④秒表：精確至 0.1s。

（2）測試方法

A．將漏斗垂直放在支撐架上穩定后，用水沖洗潤濕漏斗內壁；

B．將水泥膠漿充分拌和后，用手指堵住流出口，然后向漏斗注入1L膠漿為止；

C．放開手指，水泥膠漿流出的同時開始計時，直至連續流出的水泥膠漿完全流出瞬間計時，讀出該瞬間的時間，精確至 0.1 秒，即為流動度。

2.2砂漿流動度試驗結果

圖1砂漿流動度隨橡膠粉摻量變化曲線

圖1為橡膠粉在不同摻量下的工作性能變化曲線，由圖可見：砂漿的流動度隨橡膠粉摻量的增加不斷減小。當橡膠粉摻量小于3%時，隨摻量的增加，橡膠粉改性高強砂漿的流動度減小趨勢趨于平緩；當橡膠粉摻量大于3%時，隨摻量的增加，橡膠粉改性高強砂漿的流動度急劇減少。

不同摻量橡膠粉砂漿的力學性能

3.1砂漿強度的測試方法

根據《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO 法)》(GB/T 17671-1999)成型尺寸為 40mm×40mm×160mm的試件，將試模放入相對濕度大于90%、溫度 20±3℃的養護室中，24h±3h 后取出脫模，然后把試件放入溫度 20±2℃的水池中養護。養護到指定齡期后取出試件，測定抗壓、抗折強度。

3.2試驗結果

圖228天砂漿抗壓強度隨橡膠粉摻量變化曲線

圖328天砂漿抗壓折度隨橡膠粉摻量變化曲線

圖2為橡膠粉在不同摻量下砂漿抗壓強度的變化曲線，由圖可見：砂漿的抗壓強度隨橡膠粉摻量的增加而減小；當橡膠粉摻量小于3%時，隨摻量的增加，橡膠粉改性高強砂漿的抗壓強度減小趨勢不明顯；當橡膠粉摻量大于3%時，隨摻量的增加，橡膠粉改性高強砂漿的流動度急劇減少。

圖3為橡膠粉在不同摻量下砂漿抗折強度的變化曲線，由圖可見：砂漿的抗折強度隨橡膠粉摻量的增加而減小，減小趨勢相當平緩。

結論

橡膠粉對高強砂漿流動度的影響不是很大。橡膠粉改性高強砂漿流動度隨橡膠粉摻量的增加而不斷減少。當橡膠粉摻量大于3%時，流動度急劇減小。由于，橡膠粉中的空隙比較多，橡膠粉的吸水能力影響了砂漿的稠度，當橡膠粉摻量增加，吸水的能力就越強，導致砂漿稠度升高。因此，砂漿的流動度減小。

（2）橡膠粉對高強砂漿抗壓強度，抗折強度有明顯影響。橡膠粉對高強砂漿的抗壓強度影響最大，其中，當橡膠粉摻量由5%增加至6%時，抗壓強度的減小幅度達到最大值21.4%。橡膠粉摻量相同時，抗壓強度的降幅明顯大于抗折強度。抗折強度反映了抗拉強度，所以摻入橡膠粉后水泥砂漿的拉壓比有所提高。實驗結果表明經過橡膠粉改性的水泥砂漿的脆性降低，柔韌性提高，抗沖擊性能增大。