摘 要：在水泥混凝土里掺入适量的橡胶颗粒，可有效改善水泥混凝土的韧性、抗冲击性能，此外，这种掺入橡胶的水泥混凝土还具有轻质、模量低和吸收噪声的特点。水泥砂浆是混凝土的基础，其与混凝土在组成上的差别仅在于不含粗骨料，文章以水泥胶砂强度试验为基础，用橡胶颗粒部分等体积替代砂，测定橡胶水泥砂浆的流动度、试件的密度、一定龄期的强度、荷载-挠度曲线，研究不同粒径的橡胶颗粒、不同橡胶掺量对水泥砂浆的密度、流动度、抗折和抗压强度、变形性能的影响，为橡胶在水泥混凝土中的研究和应用奠定基础。试验结果表明：橡胶微粒的掺入可以显著降低水泥砂浆的密度，密度的变化主要受橡胶密度的影响，受橡胶粒径的影响不大；适量的掺入橡胶，可以提高水泥砂浆的流动度，但掺量过大，水泥砂浆的流动度反而减小，粘聚性和保水性变差；橡胶微粒的掺入，会明显降低水泥砂浆的抗折和抗压强度，但可以有效提高水泥砂浆的韧性，橡胶微粒对抗压强度的影响大于抗折强度。
关键词：橡胶；水泥砂浆；性能；试验研究
随着汽车工业的迅猛发展，每年都会产生大量的废旧橡胶轮胎。如何处理日益增加的废旧橡胶，已成为一个全球共同关注的问题。目前处理废旧橡胶的方式主要有填埋、焚烧和回收利用，橡胶不易降解，填埋对环境的污染较大；焚烧会污染大气；回收利用，既可以减少环境污染，又能节约资源。将废旧橡胶粉碎成微粒掺加到水泥砂浆中，既可以消化利用废旧橡胶，减少环境污染，又能改善混凝土的性能。此外，砂浆与混凝土在组成上的差别仅在于不含粗骨料，有关砂浆的工作性、强度、收缩等的基本规律同样适用于混凝土。研究橡胶水泥砂浆，可以为橡胶在水泥混凝土中的应用奠定基础。
1 试验材料和试验配合比设计
橡胶水泥砂浆试验使用安徽宁国水泥厂生产的PO42.5，橡胶为浙江绿环环橡胶粉体工程有限公司生产，砂为普通中沙，水用普通自来水，配合比设计参照《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）规定，以普通水泥胶砂的配合比为基准，橡胶以等体积替代砂的方式掺入，掺量分别为10%、30%、50%、70%、90%，测定流动度，成型试件，按标准条件养护5天后测定试件的质量、抗折强度和抗压强度，配合比设计和测试结果见表1-1。
注：基准为基准水泥砂浆，R1、R3、R4分别为掺加橡胶粒径为5~8目、8~12目、12~16目的橡胶水泥砂浆。
2 试验结果
2.1 密度
橡胶水泥砂浆的密度变化见图2-1，从图中可以看出，不同粒径的橡胶微粒配出的橡胶水泥砂浆的密度差易不大，其密度随橡胶掺量的增大呈线性下降趋势，相关性较好。这是由于橡胶的密度较砂的小，橡胶等体积替代砂时，成型的橡胶砂浆密度比基准砂浆的小，且橡胶掺量越大，密度降低越多。
2.2 流动度
从图2-2可以看出：随着橡胶掺量的增大，不同粒径的橡胶砂浆的流动度都先增大后减小，当掺量在20~30%之间时达到最大。相同掺量下，粗橡胶颗粒配制的砂浆流动性比细颗粒的好，5~8目的橡胶砂浆流动性最好，8~12目的次之，12~16目最小。试验过程中观察到，当橡胶掺量达到70%以上时，橡胶砂浆的粘聚性变差，粒径比较大的橡胶微粒的影响尤其明显，可以看到大颗粒的橡胶外露。对于5~8目的橡胶微粒，掺量小于80%时可以提高砂浆的流动性，当掺量超过80%时橡胶砂浆的流动性比基准砂浆小；对于8~12目的橡胶，当掺量小于70%时，与基准水泥砂浆相比，有增大流动度的效果，体积掺量为20%左右达到最大，流动性最好，粘聚性和保水性也比较好；12~16目的橡胶则在掺量小于60%时可以提高砂浆的流动性。试验结果表明，掺加适当的橡胶可以提高砂浆的工作性
2.3 强度
试验使用AEC-201型水泥强度试验机，测试结果如图2-3~4所示。从图2-3可以看出，随着橡胶掺量的增大，抗折强度下降很快，橡胶掺量在10%时其抗折强度下降不多，仅有10%左右的降低幅度，但当掺量达到30%、50%、70%、90%时，其抗折强度分别为基准砂浆的61%、47%、36%、27%左右。与抗折强度相比，抗压强度随橡胶掺量的增大，下降的速率更快，掺量分别为10%、30%、50%、70%、90%时的橡胶砂浆的抗压强度分别只有基准砂浆的80%、43%、25%、14%、8%左右，下降幅度较抗折强度的大。随着橡胶掺量的增大，橡胶水泥砂浆的压折比逐渐降低，基准水泥砂浆的压折比为5.3，而掺量为10%时为4.7，降低了11%，当掺量达到90%时降低了72%，仅为1.5，抗折和抗压强度比较接近。
掺加橡胶后，水泥砂浆的抗折、抗压强度均有所降低，且掺量越大降低越多，这可能是因为橡胶的模量低，变形能力强，掺入水泥砂浆之后承受荷载作用时变形较大，而水泥砂浆破坏时的极限应变较低，在橡胶没有提供足够拉力时水泥砂浆已经破坏，所以橡胶在里面提供的抗力十分有限。
从三种粒径的橡胶砂浆测试结果对比可以看出，粒径的变化对抗压和抗折强度的影响不大。忽略橡胶粒径的影响，在水灰比为0.5的情况下，橡胶水泥砂浆的抗折强度、抗压强度和橡胶掺量的关系如式3-2和式3-3。
式中：Rf—橡胶砂浆抗折强度（MPa）；
Rc—橡胶砂浆抗压强度（MPa）；
x —橡胶掺量（%）；
2.4 变形性能
橡胶砂浆的变形性能用韧度表示，试验参照混凝土弯拉强度测试方法的三分点加载模式，采用美国MTS系统公司生产的MTS材料测试仪测定小梁在集中力作用下的荷载-位移曲线。加载用位移控制，压头下降速率为 1mm/min。试验使用5~8目的橡胶微粒，试验结果见表2-1和图2-5。
从表2-1可以看出，荷载-位移曲线面积随橡胶掺量的增大逐渐增大，10%、30%、50%、70%、90%掺量的橡胶砂浆的基准砂浆的1.75、2.69、4.1、5.27、10.15倍，说明橡胶的加入能有效提高砂浆的韧度。从图2-5和MTS的测试数据可以看出，橡胶砂浆在破坏前，除90%掺量的以外，荷载基本都随位移的增大线性增大，而破坏后（即荷载达到峰值后）呈幂函数趋势迅速减小。在曲线上升段，10%、30%、50%、70%掺量的橡胶砂浆的直线斜率分别为11.04、10.02、9.43、5.71、4.56，说明随着橡胶掺量的增加，砂浆的模量逐渐降低。
试件的破坏模式除90%掺量的为弯剪破坏以外，其他的都为弯拉破坏，裂缝都产生在梁中弯拉区，并随压头的下移逐渐向上发展，裂缝变宽，最后贯穿整个梁身而破坏。而90%掺量的小梁试件在加载过程中，裂缝虽然也首先出现在梁中弯拉区，但梁中初始裂缝并不随荷载的增大向上发展，而是在弯拉区以外的荷载作用点和支座之间出现45°的斜裂缝，并随压头的下移斜裂缝增多，裂缝加宽，直至破坏。
3 结语
1）橡胶微粒的掺入，可以显著降低水泥砂浆的密度，密度的变化主要受橡胶密度和掺量的影响，受橡胶粒径的影响不大；2）掺入一定量的橡胶，可以提高水泥砂浆的流动度，但掺量过大，水泥砂浆的流动度反而减小，粘聚性和保水性变差；3）掺入橡胶微粒后，谁能砂浆的抗折和抗压强度下降，且抗压强度的降幅大于抗折强度；4）橡胶微粒的掺入，可以降低水泥砂浆的模量，提高其韧性，且掺量越大效果越明显。
参考文献
[1] GB 17671-1999, 水泥胶砂强度检验方法（(ISO法）[S]
[2] GB.T2419-2005, 水泥胶砂流动度测定方法[S]
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