摘要 研究了橡膠粒度、摻量變化及可再分散膠粉對橡膠集料水泥砂漿性能的影響，探討了可再分散膠粉聚合物的作用機(jī)理。研究結(jié)果表明：橡膠集料水泥砂漿的強(qiáng)度隨著橡膠摻量的增大而降低，存在著一個最佳橡膠集料的摻量范圍和最佳粒徑。可再分散膠粉聚合物對橡膠水泥砂漿的強(qiáng)度等性能具有一定的改性作用，但試驗(yàn)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出較大的離散性，需要做進(jìn)一步的研究與探討。
關(guān)鍵詞 橡膠集料水泥砂漿；可再分散膠粉聚合物；摻量；強(qiáng)度
中圖分類號 TU528.01
Study on the properties of Polymer-modified Crumb Rubber Mortar（PMCRM）
Abstract This paper presents an experiment study on the influence of size and dosage of rubber and redispersible polymer powder on the properties of Crumb Rubber Mortar(CRM), and the function mechanism of redispersible polymer powder on CRM are also discussed. The test results show that, with the increasing dosage of rubber, the compressive strength and flexural strength of CRM decreases and the rubber has the best scope of dosage and size for CRM properties. There is a certain improvement of strength properties of CRM by redispersible polymer powder. But the test dates show larger discreteness and need the further research.
Key words Crumb Rubber Mortar；Redispersible polymer powder；Dosage；Strength
前言
橡膠集料水泥砂漿（Crumb Rubber Mortar，簡稱CRM）是由普通砂漿中加入一定量的橡膠集料配置而成。橡膠集料混凝土研究始于20世紀(jì)80年代末期的美國，最早發(fā)表的論文見于90年代初期。許多研究表明，橡膠集料混凝土具有低彈性模量、塑性變形大、延伸率大、抗裂性能、抗沖擊性能、抗磨耗性能和抗老化性能等優(yōu)良特性[1]。因此，橡膠集料混凝土正成為混凝土材料領(lǐng)域研究與開發(fā)的一個新熱點(diǎn)。但是水泥石與集料的界面區(qū)域是混凝土中微觀結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)域，改善界面區(qū)域的組成、結(jié)構(gòu)與性能是改善和提高混凝土性能的重要途徑之一[2]。針對橡膠與水泥石界面的粘結(jié)問題，有研究提出可以通過橡膠粉顆粒表面的預(yù)處理的方法來改善橡膠和基體之間的界面粘結(jié)，進(jìn)而提高橡膠混凝土的性能。目前，用于橡膠－水泥漿界面改性的預(yù)處理方法包括[1]：清水沖洗、酸堿腐蝕、等離子預(yù)處理和各種偶聯(lián)劑處理等。
可再分散乳膠粉是由聚合物乳液經(jīng)噴霧干燥制得的聚合物粉末，根據(jù)乳液成膜機(jī)理和Ohama[3]的結(jié)構(gòu)模型，可再分散膠粉對于聚合物改性水泥砂漿的作用機(jī)理為：水泥在凝結(jié)固化過程中，內(nèi)部會產(chǎn)生許多空腔成為水泥基體的薄弱部位，加入可再分散聚合物乳膠粉后，聚合物粉末重新均勻地分散到新拌水泥砂漿內(nèi)而再次乳化。隨著水泥水化的進(jìn)行，乳膠顆粒相互接觸，聚合物幾乎全部聚集在水泥砂漿的孔隙中，水泥水化吸收乳液中的水分，聚合物顆粒之間相互靠近粘結(jié)成為整體，通過聚合物分子的擴(kuò)散，乳膠顆粒在砂漿中形成不溶于水的連續(xù)膜，加強(qiáng)了這些薄弱部位，從而提高了對界面的粘結(jié)性和對砂漿本身的改性。本實(shí)驗(yàn)中采用了可再分散膠粉聚合物（Redispersible Polymer Powders簡稱RPP）對橡膠顆粒預(yù)處理的方法。
1 原材料和試驗(yàn)方法
水泥為金隅牌P. O 42.5普通硅酸鹽水泥。橡膠為北京平安創(chuàng)世體育設(shè)施有限公司生產(chǎn)的三種不同粒徑的橡膠顆粒：粗粒橡膠的粒徑分布為2-5㎜，細(xì)度模數(shù)為2.99；中粒橡膠的粒徑分布為1-3㎜，細(xì)度模數(shù)為2.72；細(xì)粒橡膠的粒徑分布范圍為0-1㎜，細(xì)度模數(shù)為0.98，三種橡膠集料的表觀密度均為 1120左右?？稍俜稚⒛z粉聚合物為北京羅建科技公司的DA-1420型，此膠粉為水溶性再分散粉末，為乙烯、醋酸乙烯酯的共聚物，以聚乙烯醇作為保護(hù)膠體，固含量99±1%，灰分10 ±2（wt%）。實(shí)驗(yàn)用砂為標(biāo)準(zhǔn)砂。
試件的成型與制備方法按GB175－1999進(jìn)行，先將橡膠顆粒與可再分散膠粉和部分拌合水進(jìn)行預(yù)混合，使可再分散膠粉聚合物乳液包裹橡膠顆粒，再加入水泥、砂子和其余拌合水進(jìn)行攪拌。
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 橡膠摻量對CRM強(qiáng)度的影響
橡膠摻量分別為水泥質(zhì)量的10%、20%和30%，用橡膠顆粒替代與其等體積的砂，其他參數(shù)不變，橡膠集料水泥砂漿的配合比如表1所示。
試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，可以看出橡膠集料水泥砂漿的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨著橡膠摻量的增多明顯的降低，這與其它文獻(xiàn)的結(jié)論是一致的。摻加粗橡膠顆粒的橡膠集料水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度比摻加中粒橡膠的要高。例如，當(dāng)橡膠摻量為10%時，粗粒橡膠CRM與中粒橡膠CRM的3d和28d抗折強(qiáng)度相差不大，但抗壓強(qiáng)度分別提高了17.4%和9.5%。當(dāng)橡膠摻量為20%時，粗粒橡膠CRM與中粒橡膠CRM的3d和28d抗折強(qiáng)度同樣相差不大，但抗壓強(qiáng)度分別提高了12.2%和12.4%。當(dāng)橡膠摻量為30%時，粗粒橡膠CRM的 3d和28d抗折強(qiáng)度分別高出中粒橡膠CRM 14.1%和12.2%，抗壓強(qiáng)度提高了23.8%和 20%。由此可以看出，當(dāng)橡膠摻量增大時，粗粒橡膠CRM的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度提高得很快，橡膠粒徑的大小對于CRM的強(qiáng)度影響很大，選擇適宜的橡膠顆粒粒度會使CRM得到更好的性能。
對三種橡膠粒徑的CRM28天強(qiáng)度進(jìn)行比較，結(jié)果如圖1所示，可以看出，隨著橡膠摻量的不同，摻加粗粒橡膠的CRM的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都明顯比其余兩種粒徑的強(qiáng)度高，而摻加中粒橡膠的CRM的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度最低。由此可以得出，橡膠顆粒的粒徑大小對CRM的性能有很大的影響，說明橡膠的摻量存在一個最佳的摻量范圍，也存在著橡膠顆粒的最佳粒徑，其選擇和判斷依據(jù)有待于進(jìn)一步探討。
2.2 可再分散膠粉聚合物處理對PMCRM強(qiáng)度的影響
采用可再分散膠粉聚合物改性CRM(PMCRM)，其摻量為橡膠顆粒重量的5%和10%，其余的參數(shù)不變，配合比如表3所示。
采用可再分散膠粉聚合物改性CRM(PMCRM)，其摻量為橡膠顆粒重量的5%和10%，其余的參數(shù)不變，配合比如表3所示。
鐘世云等[4]和Sakai[5]等研究了在相同的水灰比條件下，聚合物與水泥的比值（聚灰比）對改性水泥砂漿力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)改性水泥砂漿的抗折強(qiáng)度隨聚灰比的增加而單調(diào)增加，抗壓強(qiáng)度隨聚灰比增大單調(diào)減少。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果如表4所示，可以看出，不同摻量的中粒橡膠PMCRM的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都隨著聚灰比的增大而單調(diào)增加，這與上述的結(jié)論有所不同；不同摻量的粗粒橡膠的的抗折強(qiáng)度隨著聚灰比的增大而單調(diào)增加，抗壓強(qiáng)度隨著聚灰比的增大而單調(diào)減少，這與上述的結(jié)論相同；不同摻量的細(xì)粒橡膠的PMCRM的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都隨著聚灰比的增大而單調(diào)減少，這一試驗(yàn)數(shù)據(jù)有點(diǎn)出乎意料，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出較大的離散性。分析下降的原因可能與橡膠顆粒的粒徑有關(guān)。試驗(yàn)表明：橡膠粒徑對PMCRM性能的影響很顯著，說明存在著一個最佳的橡膠粒徑，使其與聚合物的粘結(jié)性能達(dá)到一個良好的狀態(tài)，從而改善了CRM的性能。
3 可再分散膠粉的作用機(jī)理探討
根據(jù)可再分散膠粉在水泥砂漿中的成膜原理，對可再分散膠粉在橡膠集料水泥砂漿中的作用機(jī)理進(jìn)行探討，設(shè)想由于可再分散膠粉聚合物是連續(xù)相，先用聚合物包裹橡膠顆粒，在橡膠顆粒上形成連續(xù)模，而后水泥砂漿與橡膠顆粒間形成具有粘結(jié)力的膜，堵塞了砂漿內(nèi)的孔隙，水泥水化與聚合物成膜同時進(jìn)行，最后形成水泥漿、橡膠顆粒與聚合物膜相互交織在一起地互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而改善了橡膠集料水泥砂漿的性能。
4 結(jié) 論
（1）橡膠集料水泥砂漿的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨著橡膠摻量的增大而降低，橡膠集料的顆粒尺寸對CRM的性能具有顯著的影響。在本實(shí)驗(yàn)條件下?lián)郊哟至Ｏ鹉z的CRM的性能最優(yōu)，說明橡膠的摻量存在一個最佳的摻量范圍，也存在著橡膠顆粒的最佳粒徑。
（2）可再分散膠粉聚合物對橡膠水泥砂漿的強(qiáng)度等性能具有一定的改性作用，與傳統(tǒng)的聚合物混凝土理論基本相符合，但不同粒徑的橡膠顆粒有不同的影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出較大的離散性，需要做進(jìn)一步的分析與研究。
參考文獻(xiàn)
1 李悅，王玲.橡膠集料混凝土研究進(jìn)展綜述［J］. 混凝土2006（4）：91.
2 馬一平.提高水泥石-集料界面粘結(jié)強(qiáng)度的研究.建筑材料學(xué)報(bào).1999，2（1）：29.
3 Ohama Y. Polymer-based admixtures. Cement and Concrete Composites，1998，20：189.
4 鐘世云，陳志源.三種乳液改性水泥砂漿性能的研究.混凝土與水泥制品［J］.2000（1）：18.
5 Sakai E，Sugita J. Composite mechanism of polymer modified cement. Cement and Concrete Research. 1995，25（1）：127.
