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、模量低和吸收噪聲的特點。水泥砂漿是混凝土的基礎，其與混凝土在組成上的差別僅在于不含粗骨料，文章以水泥膠砂強度試驗為基礎，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、抗折和抗壓強度、變形性能的影響，為橡膠在水泥混凝土中的研究和應用奠定基礎。試驗結果表明：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度，但可以有效提高水泥砂漿的韌性，橡膠微粒對抗壓強度的影響大于抗折強度。
關鍵詞：橡膠；水泥砂漿；性能；試驗研究
隨著汽車工業的迅猛發展，每年都會產生大量的廢舊橡膠輪胎。如何處理日益增加的廢舊橡膠，已成為一個全球共同關注的問題。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，填埋對環境的污染較大；焚燒會污染大氣；回收利用，既可以減少環境污染，又能節約資源。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，有關砂漿的工作性、強度、收縮等的基本規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用奠定基礎。
1 試驗材料和試驗配合比設計
橡膠水泥砂漿試驗使用安徽寧國水泥廠生產的PO42.5，橡膠為浙江綠環環橡膠粉體工程有限公司生產，砂為普通中沙，水用普通自來水，配合比設計參照《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）規定，以普通水泥膠砂的配合比為基準，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，按標準條件養護5天后測定試件的質量、抗折強度和抗壓強度，配合比設計和測試結果見表1-1。
注：基準為基準水泥砂漿，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 試驗結果
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，成型的橡膠砂漿密度比基準砂漿的小，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，當摻量在20~30%之間時達到最大。相同摻量下，粗橡膠顆粒配制的砂漿流動性比細顆粒的好，5~8目的橡膠砂漿流動性最好，8~12目的次之，12~16目最小。試驗過程中觀察到，當橡膠摻量達到70%以上時，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%時可以提高砂漿的流動性，當摻量超過80%時橡膠砂漿的流動性比基準砂漿小；對于8~12目的橡膠，當摻量小于70%時，與基準水泥砂漿相比，有增大流動度的效果，體積摻量為20%左右達到最大，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%時可以提高砂漿的流動性。試驗結果表明，摻加適當的橡膠可以提高砂漿的工作性
2.3 強度
試驗使用AEC-201型水泥強度試驗機，測試結果如圖2-3~4所示。從圖2-3可以看出，隨著橡膠摻量的增大，抗折強度下降很快，橡膠摻量在10%時其抗折強度下降不多，僅有10%左右的降低幅度，但當摻量達到30%、50%、70%、90%時，其抗折強度分別為基準砂漿的61%、47%、36%、27%左右。與抗折強度相比，抗壓強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%時的橡膠砂漿的抗壓強度分別只有基準砂漿的80%、43%、25%、14%、8%左右，下降幅度較抗折強度的大。隨著橡膠摻量的增大，橡膠水泥砂漿的壓折比逐漸降低，基準水泥砂漿的壓折比為5.3，而摻量為10%時為4.7，降低了11%，當摻量達到90%時降低了72%，僅為1.5，抗折和抗壓強度比較接近。
摻加橡膠后，水泥砂漿的抗折、抗壓強度均有所降低，且摻量越大降低越多，這可能是因為橡膠的模量低，變形能力強，摻入水泥砂漿之后承受荷載作用時變形較大，而水泥砂漿破壞時的極限應變較低，在橡膠沒有提供足夠拉力時水泥砂漿已經破壞，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果對比可以看出，粒徑的變化對抗壓和抗折強度的影響不大。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度、抗壓強度和橡膠摻量的關系如式3-2和式3-3。
式中：Rf—橡膠砂漿抗折強度（MPa）；
Rc—橡膠砂漿抗壓強度（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，試驗參照混凝土彎拉強度測試方法的三分點加載模式，采用美國MTS系統公司生產的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。試驗使用5~8目的橡膠微粒，試驗結果見表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的測試數據可以看出，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（即荷載達到峰值后）呈冪函數趨勢迅速減小。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，裂縫都產生在梁中彎拉區，并隨壓頭的下移逐漸向上發展，裂縫變寬，最后貫穿整個梁身而破壞。而90%摻量的小梁試件在加載過程中，裂縫雖然也首先出現在梁中彎拉區，但梁中初始裂縫并不隨荷載的增大向上發展，而是在彎拉區以外的荷載作用點和支座之間出現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度下降，且抗壓強度的降幅大于抗折強度；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
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