橡胶改性高强砂浆性能试验研究

蔡明生 陈一虎 许木照

摘要：在砂浆中掺入不同量的橡胶粉，通过进行砂浆流动度，抗压强度，抗折强度的试验，分析橡胶粉掺量对砂浆强度，流动度的影响规律。研究结果表明：随着橡胶粉掺量的增加，砂浆的强度、流动度都有了不同程度的下降。

关键词：橡胶粉 砂浆 力学性能

中图分类号： F767.5文献标识码： A

引言

废旧轮胎是破坏植被生长、影响人类健康、危及地球生态环境的最有害垃圾之一，而据有关资料显示，2009 年我国废旧轮胎产量 2.33 亿条，且数量还将逐年递增。废旧轮胎数量的持续增长使得废旧轮胎处理成为一个日益令人关注的问题，如果对这些废旧轮胎处理不当，不仅对环境、人类健康造成巨大的威胁，而且是一种严重的资源浪费。2007 年 1 月 16 日，国家发改委发布了《“十一五”资源综合利用指导意见》，明确了 2010年主要再生资源回收利用率提高到 65%的发展目标；2011 年，工业和信息化部提出了“十二五”期间工业固体废物综合利用目标，即在2010 年基础上提高 10~12 个百分点。

在废旧轮胎数量越来越多、政府越来越重视废旧轮胎如何处理的大环境下，国内外材料科技工作者开展了利用废旧轮胎开发具有特殊性能混凝土的研究，部分学者研究发现，掺入橡胶粉（废旧轮胎磨碎制成）的混凝土具有许多水泥混凝土不具备的独特优点，如可以显著降低混凝土的脆性、提高其延性、韧性、抗开裂性等。目前我国正在推行节能减排、低碳经济，利用废旧轮胎开发具有特殊性能的砂浆或混凝土，是解决废旧轮胎占地、污染环境的一条有效途径，也是对传统砂浆与混凝土进行改性的重要方法之一。因此，开展橡胶粉对传统砂浆性能影响规律的研究，具有显著的社会意义和工程意义。

本研究主要内容是通过在砂浆中掺入不同量橡胶粉，研究橡胶粉的掺量对砂浆强度、流动度的影响。

原材料

1.1砂浆

胶凝材料：水泥：海螺牌 P·O 42.5 级水泥；粉煤灰：扬州电厂 I 级粉煤灰；水泥、I 级粉煤灰化学成分见表 1。

表1 水泥、Ⅰ级粉煤灰主要化学成分%

名称 SiO2 CaO MgO Fe2O3 Al2O3 Na2O K2O SO3 Loss

水泥

Ⅰ级灰 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）细骨料：

砂：河砂，细度模数 2.68，表观密度 2 600 kg/m3，橡胶粉：湖南邵阳产80目废旧轮胎橡胶粉，表观密度 1100kg/m3。

（3）减水剂：FDN 高效减水剂。

（4）纤维：高强低弹特种纤维，平均长度5 mm。

（5）砂浆配合比：表2为掺80目橡胶粉砂浆配合比，配合比中胶材（水泥+ 粉煤灰）：混合砂（橡胶粉 + 河砂）为 2∶1，纤维用量按砂浆体积的1%掺入，减水剂按胶材质量的 0.6%掺入。橡胶粉按砂浆总质量的1%、2%、3%、4%、5%、6%掺入砂浆。

表2 掺80目橡胶粉砂浆配合比

水/kg 水泥/kg 粉煤灰/kg 河沙/kg 纤维/g 减水剂/g

0.380 0.700 0.300 0.351 10.5 6.0

不同掺量橡胶粉砂浆的工作性能

2.1水泥砂浆的性能测试方法

对于砂浆流动度的测试方法有很多，本研究参照了有关规范中的流动度测试方法如下：

（1）试验仪器

①漏斗：上端内径 178cm，下端内径 13cm，流出管长 38cm，内容量为 1725mL；

②漏斗支撑架；

③容器：量筒或量杯；

④秒表：精确至 0.1s。

（2）测试方法

A．将漏斗垂直放在支撑架上稳定后，用水冲洗润湿漏斗内壁；

B．将水泥胶浆充分拌和后，用手指堵住流出口，然后向漏斗注入1L胶浆为止；

C．放开手指，水泥胶浆流出的同时开始计时，直至连续流出的水泥胶浆完全流出瞬间计时，读出该瞬间的时间，精确至 0.1 秒，即为流动度。

2.2砂浆流动度试验结果

图1砂浆流动度随橡胶粉掺量变化曲线

图1为橡胶粉在不同掺量下的工作性能变化曲线，由图可见：砂浆的流动度随橡胶粉掺量的增加不断减小。当橡胶粉掺量小于3%时，随掺量的增加，橡胶粉改性高强砂浆的流动度减小趋势趋于平缓；当橡胶粉掺量大于3%时，随掺量的增加，橡胶粉改性高强砂浆的流动度急剧减少。

不同掺量橡胶粉砂浆的力学性能

3.1砂浆强度的测试方法

根据《水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)》(GB/T 17671-1999)成型尺寸为 40mm×40mm×160mm的试件，将试模放入相对湿度大于90%、温度 20±3℃的养护室中，24h±3h 后取出脱模，然后把试件放入温度 20±2℃的水池中养护。养护到指定龄期后取出试件，测定抗压、抗折强度。

3.2试验结果

图228天砂浆抗压强度随橡胶粉掺量变化曲线

图328天砂浆抗压折度随橡胶粉掺量变化曲线

图2为橡胶粉在不同掺量下砂浆抗压强度的变化曲线，由图可见：砂浆的抗压强度随橡胶粉掺量的增加而减小；当橡胶粉掺量小于3%时，随掺量的增加，橡胶粉改性高强砂浆的抗压强度减小趋势不明显；当橡胶粉掺量大于3%时，随掺量的增加，橡胶粉改性高强砂浆的流动度急剧减少。

图3为橡胶粉在不同掺量下砂浆抗折强度的变化曲线，由图可见：砂浆的抗折强度随橡胶粉掺量的增加而减小，减小趋势相当平缓。

结论

橡胶粉对高强砂浆流动度的影响不是很大。橡胶粉改性高强砂浆流动度随橡胶粉掺量的增加而不断减少。当橡胶粉掺量大于3%时，流动度急剧减小。由于，橡胶粉中的空隙比较多，橡胶粉的吸水能力影响了砂浆的稠度，当橡胶粉掺量增加，吸水的能力就越强，导致砂浆稠度升高。因此，砂浆的流动度减小。

（2）橡胶粉对高强砂浆抗压强度，抗折强度有明显影响。橡胶粉对高强砂浆的抗压强度影响最大，其中，当橡胶粉掺量由5%增加至6%时，抗压强度的减小幅度达到最大值21.4%。橡胶粉掺量相同时，抗压强度的降幅明显大于抗折强度。抗折强度反映了抗拉强度，所以掺入橡胶粉后水泥砂浆的拉压比有所提高。实验结果表明经过橡胶粉改性的水泥砂浆的脆性降低，柔韧性提高，抗冲击性能增大。