摘 要：在水泥混凝土里摻入適量的橡膠顆粒，可有效改善水泥混凝土的韌性、抗沖擊性能，此外，這種摻入橡膠的水泥混凝土還具有輕質(zhì)、模量低和吸收噪聲的特點(diǎn)。水泥砂漿是混凝土的基礎(chǔ)，其與混凝土在組成上的差別僅在于不含粗骨料，文章以水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)為基礎(chǔ)，用橡膠顆粒部分等體積替代砂，測定橡膠水泥砂漿的流動度、試件的密度、一定齡期的強(qiáng)度、荷載-撓度曲線，研究不同粒徑的橡膠顆粒、不同橡膠摻量對水泥砂漿的密度、流動度、抗折和抗壓強(qiáng)度、變形性能的影響，為橡膠在水泥混凝土中的研究和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。試驗(yàn)結(jié)果表明：橡膠微粒的摻入可以顯著降低水泥砂漿的密度，密度的變化主要受橡膠密度的影響，受橡膠粒徑的影響不大；適量的摻入橡膠，可以提高水泥砂漿的流動度，但摻量過大，水泥砂漿的流動度反而減小，粘聚性和保水性變差；橡膠微粒的摻入，會明顯降低水泥砂漿的抗折和抗壓強(qiáng)度，但可以有效提高水泥砂漿的韌性，橡膠微粒對抗壓強(qiáng)度的影響大于抗折強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：橡膠；水泥砂漿；性能；試驗(yàn)研究
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，每年都會產(chǎn)生大量的廢舊橡膠輪胎。如何處理日益增加的廢舊橡膠，已成為一個(gè)全球共同關(guān)注的問題。目前處理廢舊橡膠的方式主要有填埋、焚燒和回收利用，橡膠不易降解，填埋對環(huán)境的污染較大；焚燒會污染大氣；回收利用，既可以減少環(huán)境污染，又能節(jié)約資源。將廢舊橡膠粉碎成微粒摻加到水泥砂漿中，既可以消化利用廢舊橡膠，減少環(huán)境污染，又能改善混凝土的性能。此外，砂漿與混凝土在組成上的差別僅在于不含粗骨料，有關(guān)砂漿的工作性、強(qiáng)度、收縮等的基本規(guī)律同樣適用于混凝土。研究橡膠水泥砂漿，可以為橡膠在水泥混凝土中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)
橡膠水泥砂漿試驗(yàn)使用安徽寧國水泥廠生產(chǎn)的PO42.5，橡膠為浙江綠環(huán)環(huán)橡膠粉體工程有限公司生產(chǎn)，砂為普通中沙，水用普通自來水，配合比設(shè)計(jì)參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）規(guī)定，以普通水泥膠砂的配合比為基準(zhǔn)，橡膠以等體積替代砂的方式摻入，摻量分別為10%、30%、50%、70%、90%，測定流動度，成型試件，按標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)5天后測定試件的質(zhì)量、抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，配合比設(shè)計(jì)和測試結(jié)果見表1-1。
注：基準(zhǔn)為基準(zhǔn)水泥砂漿，R1、R3、R4分別為摻加橡膠粒徑為5~8目、8~12目、12~16目的橡膠水泥砂漿。
2 試驗(yàn)結(jié)果
2.1 密度
橡膠水泥砂漿的密度變化見圖2-1，從圖中可以看出，不同粒徑的橡膠微粒配出的橡膠水泥砂漿的密度差易不大，其密度隨橡膠摻量的增大呈線性下降趨勢，相關(guān)性較好。這是由于橡膠的密度較砂的小，橡膠等體積替代砂時(shí)，成型的橡膠砂漿密度比基準(zhǔn)砂漿的小，且橡膠摻量越大，密度降低越多。
2.2 流動度
從圖2-2可以看出：隨著橡膠摻量的增大，不同粒徑的橡膠砂漿的流動度都先增大后減小，當(dāng)摻量在20~30%之間時(shí)達(dá)到最大。相同摻量下，粗橡膠顆粒配制的砂漿流動性比細(xì)顆粒的好，5~8目的橡膠砂漿流動性最好，8~12目的次之，12~16目最小。試驗(yàn)過程中觀察到，當(dāng)橡膠摻量達(dá)到70%以上時(shí)，橡膠砂漿的粘聚性變差，粒徑比較大的橡膠微粒的影響尤其明顯，可以看到大顆粒的橡膠外露。對于5~8目的橡膠微粒，摻量小于80%時(shí)可以提高砂漿的流動性，當(dāng)摻量超過80%時(shí)橡膠砂漿的流動性比基準(zhǔn)砂漿??；對于8~12目的橡膠，當(dāng)摻量小于70%時(shí)，與基準(zhǔn)水泥砂漿相比，有增大流動度的效果，體積摻量為20%左右達(dá)到最大，流動性最好，粘聚性和保水性也比較好；12~16目的橡膠則在摻量小于60%時(shí)可以提高砂漿的流動性。試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加適當(dāng)?shù)南鹉z可以提高砂漿的工作性
2.3 強(qiáng)度
試驗(yàn)使用AEC-201型水泥強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)，測試結(jié)果如圖2-3~4所示。從圖2-3可以看出，隨著橡膠摻量的增大，抗折強(qiáng)度下降很快，橡膠摻量在10%時(shí)其抗折強(qiáng)度下降不多，僅有10%左右的降低幅度，但當(dāng)摻量達(dá)到30%、50%、70%、90%時(shí)，其抗折強(qiáng)度分別為基準(zhǔn)砂漿的61%、47%、36%、27%左右。與抗折強(qiáng)度相比，抗壓強(qiáng)度隨橡膠摻量的增大，下降的速率更快，摻量分別為10%、30%、50%、70%、90%時(shí)的橡膠砂漿的抗壓強(qiáng)度分別只有基準(zhǔn)砂漿的80%、43%、25%、14%、8%左右，下降幅度較抗折強(qiáng)度的大。隨著橡膠摻量的增大，橡膠水泥砂漿的壓折比逐漸降低，基準(zhǔn)水泥砂漿的壓折比為5.3，而摻量為10%時(shí)為4.7，降低了11%，當(dāng)摻量達(dá)到90%時(shí)降低了72%，僅為1.5，抗折和抗壓強(qiáng)度比較接近。
摻加橡膠后，水泥砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度均有所降低，且摻量越大降低越多，這可能是因?yàn)橄鹉z的模量低，變形能力強(qiáng)，摻入水泥砂漿之后承受荷載作用時(shí)變形較大，而水泥砂漿破壞時(shí)的極限應(yīng)變較低，在橡膠沒有提供足夠拉力時(shí)水泥砂漿已經(jīng)破壞，所以橡膠在里面提供的抗力十分有限。
從三種粒徑的橡膠砂漿測試結(jié)果對比可以看出，粒徑的變化對抗壓和抗折強(qiáng)度的影響不大。忽略橡膠粒徑的影響，在水灰比為0.5的情況下，橡膠水泥砂漿的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和橡膠摻量的關(guān)系如式3-2和式3-3。
式中：Rf—橡膠砂漿抗折強(qiáng)度（MPa）；
Rc—橡膠砂漿抗壓強(qiáng)度（MPa）；
x —橡膠摻量（%）；
2.4 變形性能
橡膠砂漿的變形性能用韌度表示，試驗(yàn)參照混凝土彎拉強(qiáng)度測試方法的三分點(diǎn)加載模式，采用美國MTS系統(tǒng)公司生產(chǎn)的MTS材料測試儀測定小梁在集中力作用下的荷載-位移曲線。加載用位移控制，壓頭下降速率為 1mm/min。試驗(yàn)使用5~8目的橡膠微粒，試驗(yàn)結(jié)果見表2-1和圖2-5。
從表2-1可以看出，荷載-位移曲線面積隨橡膠摻量的增大逐漸增大，10%、30%、50%、70%、90%摻量的橡膠砂漿的基準(zhǔn)砂漿的1.75、2.69、4.1、5.27、10.15倍，說明橡膠的加入能有效提高砂漿的韌度。從圖2-5和MTS的測試數(shù)據(jù)可以看出，橡膠砂漿在破壞前，除90%摻量的以外，荷載基本都隨位移的增大線性增大，而破壞后（即荷載達(dá)到峰值后）呈冪函數(shù)趨勢迅速減小。在曲線上升段，10%、30%、50%、70%摻量的橡膠砂漿的直線斜率分別為11.04、10.02、9.43、5.71、4.56，說明隨著橡膠摻量的增加，砂漿的模量逐漸降低。
試件的破壞模式除90%摻量的為彎剪破壞以外，其他的都為彎拉破壞，裂縫都產(chǎn)生在梁中彎拉區(qū)，并隨壓頭的下移逐漸向上發(fā)展，裂縫變寬，最后貫穿整個(gè)梁身而破壞。而90%摻量的小梁試件在加載過程中，裂縫雖然也首先出現(xiàn)在梁中彎拉區(qū)，但梁中初始裂縫并不隨荷載的增大向上發(fā)展，而是在彎拉區(qū)以外的荷載作用點(diǎn)和支座之間出現(xiàn)45°的斜裂縫，并隨壓頭的下移斜裂縫增多，裂縫加寬，直至破壞。
3 結(jié)語
1）橡膠微粒的摻入，可以顯著降低水泥砂漿的密度，密度的變化主要受橡膠密度和摻量的影響，受橡膠粒徑的影響不大；2）摻入一定量的橡膠，可以提高水泥砂漿的流動度，但摻量過大，水泥砂漿的流動度反而減小，粘聚性和保水性變差；3）摻入橡膠微粒后，誰能砂漿的抗折和抗壓強(qiáng)度下降，且抗壓強(qiáng)度的降幅大于抗折強(qiáng)度；4）橡膠微粒的摻入，可以降低水泥砂漿的模量，提高其韌性，且摻量越大效果越明顯。
參考文獻(xiàn)
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