張艷聰，高玲玲

（1.山西省交通科學研究院 黃土地區(qū)公路建設與養(yǎng)護技術交通行業(yè)重點實驗室，太原029306；2.山西水利職業(yè)技術學院，山西 運城044004）

廢舊橡膠粉作為可再生資源，被廣泛應用于筑路技術中，不僅能改善筑路材料的路用性能，并兼具降噪作用，且環(huán)境效益顯著［1－2］。將橡膠粉用于建筑物、構造物、機場道面和高速公路路面，具有顯著的抗疲勞、抗開裂特點，可延長其使用壽命［3－6］。

因此，各國學者對橡膠粉水泥砂漿／混凝土做了較多的研究，Hal Huynh認為2mm粒徑的橡膠顆粒能降低砂漿的抗壓和抗折強度。10.8mm×1.8mm的橡膠纖維可有效減小砂漿的裂紋寬度［7］。

按照ASTMC39進行橡膠混凝土抗壓實驗，結果表明橡膠顆粒的摻加使混凝土抗壓強度和彎拉強度均有所下降［8－9］。Segre和Joekes等認為35目橡膠粉砂漿的抗壓、抗折強度均呈下降趨勢［10－15］。宋少民認為當混凝土中橡膠粉摻量達到最佳時，水泥與骨料的界面作用達到最大，有效抑制了微裂縫的發(fā)生，從而改善混凝土的抗沖擊性。

雖然對橡膠混凝土的研究很多，但大多使用橡膠顆粒代替粗集料研究橡膠混凝土的力學性能，針對橡膠粉按體積比取代砂所得砂漿性能的研究較少，因此筆者主要研究橡膠粉摻量對水泥砂漿流動性、強度和韌性的影響，用于更加系統(tǒng)直觀地了解橡膠粉對水泥砂漿各項參數(shù)的作用，為橡膠粉水泥砂漿設計和應用提供理論依據(jù)。

1 原材料

為準確對比橡膠粉摻量對水泥砂漿流動性、強度、韌性和耐磨性能的影響，試驗采用同一批次的原材料（水泥、集料、橡膠粉等）制作試件。

1.1 水泥

水泥選用質量穩(wěn)定的北京產(chǎn)拉法基P.O42.5水泥，其物理 力學性能指標如表1所示，滿足GB175－1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》的質量要求。

表1 水泥的性能指標

1.2 集料

細集料選用秦皇島河砂，屬Ⅱ區(qū)中砂，細度模數(shù)為2.8，表觀密度為2.59g／cm3。特細砂細度模數(shù)為0.8，特細砂和機制砂的級配良好。

1.3 橡膠粉

試驗采用80目廢舊輪胎橡膠粉，密度為1.3g／cm3，堆積密度為0.29g／cm3。

1.4 水

水選用北京地區(qū)的自來水。

2 試驗方法

試驗采用單因素控制法，將橡膠粉摻量作為變量，通過調節(jié)膠粉摻量、等體積取代砂的方法配制不同橡膠粉摻量的水泥砂漿，進而測定不同摻量時的砂漿試樣流動性和試件的7d、28d抗壓強度、抗折強度、韌性和耐磨性能。

流動度、強度、耐磨性測試參照 《公路水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30－2005）進行，韌性通過測定砂漿小梁試件受彎時的荷載－變形曲線評定。試件尺寸和加載位置與抗折強度試驗相同，采用 MTS－810材料試驗系統(tǒng)測定橡膠砂漿小梁在荷載作用下的荷載－撓度曲線，采用撓度控制模式，壓頭下降速率為0.5mm／min。

2.1 橡膠粉摻量對水泥砂漿流動性的影響

水泥砂漿的流動性是反映水泥砂漿工作性的重要指標。橡膠粉水泥砂漿的流動性采用普通水泥膠砂流動度測定儀測定。試驗選擇3種橡膠粉摻量，按照干燥橡膠粉等體積取代砂的方法，進行配合設計，體積取代率分別為：0%、10%、20%和30%。試樣配合比如表2所示：

表2 配合比

2.2 橡膠粉摻量對水泥砂漿抗壓、抗折強度的影響

試驗選擇10種橡膠粉摻量，按照干燥橡膠粉等體積取代砂的方法，進行配合設計，基準水泥用量為586g，基準砂用量1500g，水灰比為0.5，橡膠粉的體積取代率分別為：0% 、1%、3%、5%、7%、9% 、10%、15% 、20%、25%和30%。

2.3 橡膠粉摻量對水泥砂漿韌性的影響

試驗選擇10種橡膠粉摻量，按照干燥橡膠粉等體積取代砂的方法，進行配合設計，基準水泥用量為586g，基準砂用量1500g，水灰比為0.5，橡膠粉體積取代率分別為：0%、10%、20%和30%?；鶞试嚇泳幪枮?－0，摻加橡膠粉的試樣依次編號為3－1，……，3－3。

2.4 橡膠粉摻量對水泥砂漿耐磨性的影響

試驗選擇3種橡膠粉摻量，以干燥的橡膠粉按體積比取代砂子，基準水泥用量為586g，基準砂用量1500g，水灰比為0.5，橡膠粉按體積取代砂，體積取代率分別為：10%、20%、30%。基準試樣編號為4－0，摻加橡膠粉的試樣依次編號為4－1，……，4－3。

3 試驗結果與分析

按上述試驗方法，配置水泥砂漿試件，并測定其流動性、強度和韌性，結果與分析如下。

3.1 橡膠粉摻量對砂漿流動性的影響

摻加橡膠粉的水泥砂漿流動性測試結果如圖2所示。

圖2 橡膠粉摻量與對7d強度

由圖1可知，水灰比相同時，水泥砂漿的流動度隨橡膠粉摻量的增加線性增大，當摻量增加到30%時，流動性提高約26.4%。由于橡膠粉取代細砂的摻量是等體積進行的，橡膠粉摻入的同時，總砂漿質量降低，在同等攪拌功率下，橡膠砂漿更容易混合均勻。同時橡膠粉與砂相比，吸水量明顯較小，水灰比相同時，混合料中游離的水分增加。再者，橡膠粉屬微彈性材料，取代砂的同時，也降低了與骨料的界面摩擦。所以，在一定范圍內，水泥砂漿的流動度隨著膠粉摻量的增加呈現(xiàn)增大的趨勢。

3.2 橡膠粉摻量對砂漿抗壓、抗折強度的影響

3.2.1 摻量對砂漿7d強度的影響 橡膠粉摻量不同的砂漿試件的7d強度測試結果如圖2所示。由圖2可知：1）隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠粉水泥砂漿的7d抗壓強度和7d抗折強度總體上均呈現(xiàn)降低趨勢。摻量為30%時，抗壓強度降低約29%，抗折強度降低約24%；2）砂漿的折壓比的波動范圍較小，即：抗壓強度和抗折強度隨膠粉摻量增大的降低過程大致相同，折壓比幾乎不變；3）當橡膠粉摻量介于0%～10%時，強度雖有波動但未顯著下降，當橡膠粉摻量大于10%時，水泥砂漿試件的抗壓強度以及抗折強度均隨膠粉摻量的增加急劇線性降低。

3.2.2 摻量對砂漿28d強度的影響 橡膠粉摻量不同砂漿試件的28d強度測試結果如圖3所示。

圖3 橡膠粉摻量與28d強度

圖4 橡膠粉摻量與應力應變曲線

由圖3可知：1）隨橡膠粉摻量的增加，水泥砂漿試件的28d抗壓強度和28d抗折強度均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，抗壓強度降幅為43%；而抗折強度降幅為32%，小于抗壓強度；2）折壓比隨著橡膠粉摻量的增加逐漸增大，即：28d時，水泥砂漿試件的折壓比隨橡膠粉摻量增加而提高；3）當橡膠粉摻量小于10%時，28d的強度變化規(guī)律不同于7d，隨橡膠粉摻量的增加也呈現(xiàn)降低趨勢。

綜上，橡膠粉摻量的增加對水泥砂漿強度的影響較大。橡膠粉摻量越高，水泥砂漿的強度越低。摻量為30%時，其抗壓強度僅為基準試樣的50%，同時抗折強度也下降約30%。強度下降的主要原因有：1）橡膠粉是有機高分子材料材料，不具水化活性，不能與水泥生成具有粘結強度的水化產(chǎn)物；2）橡膠粉具有較大的彈性，只能承受很小的壓力；3）在較大的壓力下，會發(fā)生明顯的變形。砂漿中富含200～900μm的空隙，由于橡膠粉的粒徑優(yōu)勢，能在拌合及成型過程中對這些孔隙進行填充。當橡膠粉的摻量較小時，得益于橡膠粉的填充作用，水泥砂漿密實性增加，因此抗壓強度損失不大，抗折強度還略有提高；若摻量過大，則無水化粘結能力、不能承受壓力等問題開始凸顯，造成其抗壓強度和抗折強度的急劇降低。

3.3 橡膠粉摻量對砂漿韌性的影響

水泥砂漿試件韌性測試結果如圖4所示。由于韌度通過試件底面的應力 應變曲線計算得到，當彎拉應力達到最大時，試件突然折斷，應力迅速下降而應變快速增大，所以，無法測得應力下降階段的變化關系。因此，試驗首先繪制相應的應力 應變曲線，然后測算相同應力作用時，曲線和應力軸圍成的近似三角形的面積，進而面積大小評價橡膠粉水泥砂漿的韌性優(yōu)劣。

由圖4可知：1）隨橡膠粉摻量的增大，水泥砂漿的韌性逐漸增加，這與橡膠粉的變形恢復能力有關，荷載相同時，在一定摻量范圍內，橡膠粉含量越高，水泥砂漿的變形能力越大，即韌性越好。2）膠粉摻量不同的試樣應力 應變曲線均接近直線，即摻入膠粉有效地提高了砂漿材料的彈性，即使已經(jīng)發(fā)生了較大的應變，材料依然處于彈性狀態(tài)。

3.4 橡膠粉摻量對砂漿耐磨性的影響

圖5 橡膠粉摻量與耐磨性能

橡膠粉摻量不同的砂漿試件的耐磨度測試結果如圖5所示。由圖5可知：1）隨著橡膠粉摻量的增加，砂漿的耐磨性能總體上不斷提高，且二者近似線性關系；2）橡膠粉體積摻量為30%時，砂漿耐磨性能最好，當摻量大于30%后，砂漿耐磨性不再明顯提高。

4 結 論

1）水灰比相同、橡膠粉按體積比等量取代砂時，水泥砂漿的流動度隨膠粉摻量的增加線性增大。

2）砂漿的抗壓和抗折強度總體上隨膠粉摻量的增加逐漸降低隨。當膠粉摻量介于0～10%時，強度雖有波動但未顯著下降，當摻量大于10%時，強度均急劇線性降低。齡期為7d時，砂漿試件折壓比幾乎不隨膠粉摻量變化，齡期為28d時，折壓比隨摻量增加而提高。

3）水灰比相同、橡膠粉按體積比等量取代砂，摻量小于30%之前，隨著橡膠粉摻量的增大，水泥砂漿韌性和耐磨性能均不斷增加。

4）橡膠粉的摻入改善了水泥砂漿的脆性，使材料在較大的應變范圍內均保持彈性。

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