廢舊橡膠，聚合物改性水泥基復(fù)合材料性能初探

張博誠

摘 要：水泥混凝土路面在實際使用的過程中存在很多問題，如抗?jié)B透性能、抗疲勞性能等方面較差，而廢舊橡膠對于環(huán)境的污染較大，故將二者結(jié)合在一起，能夠有效提升實用價值，并且還能緩解環(huán)境問題。因此本文提出廢舊橡膠，聚合物改性水泥基復(fù)合材料性能初探，并對水泥結(jié)合橡膠、聚合物等材料改性相關(guān)方面進(jìn)行研究，并對混合物的性能進(jìn)行試驗，希望本研究對相關(guān)工作有所幫助。

關(guān)鍵詞：廢舊橡膠;聚合物改性;水泥基復(fù)合材料;材料性能

一、前言

我國工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程較快，機動車的數(shù)量非常迅速，這就造成廢舊輪胎數(shù)量增大，進(jìn)而對環(huán)境造成較大的影響。目前針對廢舊橡膠的處理方式嚴(yán)重滯后，無法為廢舊橡膠的處理提供有效的途徑。此外我國城市化進(jìn)程也比較迅速，基礎(chǔ)建設(shè)大規(guī)模進(jìn)行，這使得國家對于混凝土的需求逐漸增大，道路中水泥混凝土路面占據(jù)很大一部分。水泥混凝土是一種準(zhǔn)脆性材料，其抗折強度較低、耐疲勞性較差，應(yīng)用于道路建設(shè)中具有一定的使用性能限制。而橡膠是具有較好的韌性、抗?jié)B透性以及保溫隔熱等優(yōu)勢，目前對于二者的研究，有很多學(xué)者試圖將二者混合在一起，期望利用橡膠的韌性提升混凝土的性能，使得混凝土的脆度降低，提升韌性。此外廢舊橡膠的表面粗糙，與纖維相比，其與水泥基體之間具有更好的粘合力，能夠有效提升混凝土的使用性能;一些研究還通過實驗證明，混凝土中加入橡膠顆粒，能夠有效改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提升混凝土的抗?jié)B透性，且橡膠阻尼也能提升混凝土的降噪效果。

為此本文針對普通混凝土中結(jié)合橡膠顆粒進(jìn)行研究，并對混合體的性能進(jìn)行試驗。橡膠混凝土不僅能夠改善性能，還能為提升路面質(zhì)量提供基礎(chǔ)。此外橡膠混凝土的使用還能拓寬橡膠粒的運用，有效緩解廢舊橡膠對環(huán)境造成的污染，采用橡膠混凝土材料施工的道路工程，與我國節(jié)能環(huán)保要求相吻合，具有較強的資源循環(huán)利用和環(huán)保的意義。

二、橡膠、聚合物改性水泥基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能分析

橡膠、聚合物改性水泥基復(fù)合材料主要的構(gòu)成是由聚合物、水泥、膠粉等作為膠凝材料對強度大的粗細(xì)集料進(jìn)行包裹而成，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

聚合物在混凝土材料中起到的作用分為兩個方面：將聚合物填充到膠粉和水泥石中間不連接的地方，起到將二者連接的作用，提升二者的粘結(jié)程度;經(jīng)過固化后形成三維空間網(wǎng)狀連續(xù)相，這樣就能使得結(jié)構(gòu)與水泥石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)互相穿越，形成結(jié)構(gòu)緊密的基體，這種材料彈性和韌性較好，使得膠粉和基體中之間受到的力均衡， 從而實現(xiàn)抗強和抗壓的目的。

三、試驗過程簡介

1.材料配合比

水泥：P.O.42.5水泥

砂：2.8細(xì)度模數(shù)的普通中砂

粗集料：粒徑最大控制在30mm，合成級配符合規(guī)范要求

減水劑：聚羧酸系高性能減水劑，參量是相對水泥質(zhì)量的0.2%

橡膠粒：30目廢舊橡膠粉，粒徑0.6mm，密度0.8g/cm3

聚合物：丁苯橡膠乳液

消泡劑：磷酸三丁酯

混凝土配合比：水泥：砂：碎石：水=1：2.15：3.68：0.45

2.試驗過程及結(jié)果

（1）抗壓強度試驗

在這個試驗過程中，對每個試驗小組測試件一周齡期的抗壓強度進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖2所示：

純膠粉改性試件的抗壓強度會隨著膠粉含量增多而逐漸變差，在試驗過程中，當(dāng)膠粉含量為10%時，結(jié)構(gòu)強度損失到27.9%，四組試件中強度損失最大值為71.1%。

水泥中增添聚合物能夠有效提升水泥基體的抗壓強度，但是這里的聚合物產(chǎn)量是由一定限度的，如果添加量超限，不僅不會提升基體的性能，反而會降低抗壓性能。當(dāng)聚合物添加量較少時，基體無法形成連續(xù)相，性能就不會得到改善和提升，甚至還會降低水泥基體的強度;當(dāng)聚合物添加量超限時，基體中引氣量增加，膠凝材料減少，那么材料的強度就會下降。將混合物中的膠粉摻量控制在10%，對各個試件進(jìn)行比較，如圖3所示：

由此試驗結(jié)果分析得到，試件抗壓強度最大時，聚合物摻量在10%左右。在橡膠摻和量分別為10%、30%、50%的情況下，加入10%的聚合物后，試件的強度分別增加了14.4%、47.0%、28.4%。

（2）抗折強度試驗

抗折強度試驗方式主要是通過單點集中加荷的方式實現(xiàn)，對各組試件一周齡期的抗折強度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖4所示。試件的抗折強度會隨著膠粉量的增多而變差，當(dāng)膠粉量為10%時，抗折強度會受到影響，損失到16.7%，四組試件中損失最大值為40.5。聚合物與膠粉摻量均為10%時，各組試件檢測結(jié)果如圖5所示。

當(dāng)聚合物含量為10%時，試件抗折強度會明顯提升，分析上圖可知，膠粉含量在10%和30%的情況下，加入10%的聚合物，試件抗折強度分別有所提升，提升量為9.6%、25.5%。

經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，膠粉摻量為50%時，加入不同摻量的聚合物都能降低試件的抗折強度，這也就說明膠粉和聚合物協(xié)同改性水泥砂漿抗折強度的作用深受多方面因素的影響，且作用效果較為復(fù)雜。

四、結(jié)語

1.水泥中加入橡膠粒后，其抗壓強度和抗折強度會有一定的下降，降低幅度較大，且這種變化隨著橡膠含量的增加而逐漸增大。

2.聚合物的加入能夠提升純橡膠改性混凝土基體的，抗壓強度和抗折強度，且最佳摻量為10%。

以上試驗結(jié)果數(shù)據(jù)證明橡膠、聚合物對于水泥改性的作用具有一定的可行性，能夠有效提升基體的抗壓性能和抗折性能，提升結(jié)構(gòu)的韌性。

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