廢舊橡膠，聚合物改性水泥基復合材料性能初探

張博誠

摘 要：水泥混凝土路面在實際使用的過程中存在很多問題，如抗?jié)B透性能、抗疲勞性能等方面較差，而廢舊橡膠對于環(huán)境的污染較大，故將二者結合在一起，能夠有效提升實用價值，并且還能緩解環(huán)境問題。因此本文提出廢舊橡膠，聚合物改性水泥基復合材料性能初探，并對水泥結合橡膠、聚合物等材料改性相關方面進行研究，并對混合物的性能進行試驗，希望本研究對相關工作有所幫助。

關鍵詞：廢舊橡膠;聚合物改性;水泥基復合材料;材料性能

一、前言

我國工業(yè)化發(fā)展進程較快，機動車的數量非常迅速，這就造成廢舊輪胎數量增大，進而對環(huán)境造成較大的影響。目前針對廢舊橡膠的處理方式嚴重滯后，無法為廢舊橡膠的處理提供有效的途徑。此外我國城市化進程也比較迅速，基礎建設大規(guī)模進行，這使得國家對于混凝土的需求逐漸增大，道路中水泥混凝土路面占據很大一部分。水泥混凝土是一種準脆性材料，其抗折強度較低、耐疲勞性較差，應用于道路建設中具有一定的使用性能限制。而橡膠是具有較好的韌性、抗?jié)B透性以及保溫隔熱等優(yōu)勢，目前對于二者的研究，有很多學者試圖將二者混合在一起，期望利用橡膠的韌性提升混凝土的性能，使得混凝土的脆度降低，提升韌性。此外廢舊橡膠的表面粗糙，與纖維相比，其與水泥基體之間具有更好的粘合力，能夠有效提升混凝土的使用性能;一些研究還通過實驗證明，混凝土中加入橡膠顆粒，能夠有效改善混凝土的孔結構，提升混凝土的抗?jié)B透性，且橡膠阻尼也能提升混凝土的降噪效果。

為此本文針對普通混凝土中結合橡膠顆粒進行研究，并對混合體的性能進行試驗。橡膠混凝土不僅能夠改善性能，還能為提升路面質量提供基礎。此外橡膠混凝土的使用還能拓寬橡膠粒的運用，有效緩解廢舊橡膠對環(huán)境造成的污染，采用橡膠混凝土材料施工的道路工程，與我國節(jié)能環(huán)保要求相吻合，具有較強的資源循環(huán)利用和環(huán)保的意義。

二、橡膠、聚合物改性水泥基復合材料的結構及力學性能分析

橡膠、聚合物改性水泥基復合材料主要的構成是由聚合物、水泥、膠粉等作為膠凝材料對強度大的粗細集料進行包裹而成，具體結構示意圖如圖1所示。

聚合物在混凝土材料中起到的作用分為兩個方面：將聚合物填充到膠粉和水泥石中間不連接的地方，起到將二者連接的作用，提升二者的粘結程度;經過固化后形成三維空間網狀連續(xù)相，這樣就能使得結構與水泥石的網狀結構互相穿越，形成結構緊密的基體，這種材料彈性和韌性較好，使得膠粉和基體中之間受到的力均衡， 從而實現抗強和抗壓的目的。

三、試驗過程簡介

1.材料配合比

水泥：P.O.42.5水泥

砂：2.8細度模數的普通中砂

粗集料：粒徑最大控制在30mm，合成級配符合規(guī)范要求

減水劑：聚羧酸系高性能減水劑，參量是相對水泥質量的0.2%

橡膠粒：30目廢舊橡膠粉，粒徑0.6mm，密度0.8g/cm3

聚合物：丁苯橡膠乳液

消泡劑：磷酸三丁酯

混凝土配合比：水泥：砂：碎石：水=1：2.15：3.68：0.45

2.試驗過程及結果

（1）抗壓強度試驗

在這個試驗過程中，對每個試驗小組測試件一周齡期的抗壓強度進行檢測，結果如圖2所示：

純膠粉改性試件的抗壓強度會隨著膠粉含量增多而逐漸變差，在試驗過程中，當膠粉含量為10%時，結構強度損失到27.9%，四組試件中強度損失最大值為71.1%。

水泥中增添聚合物能夠有效提升水泥基體的抗壓強度，但是這里的聚合物產量是由一定限度的，如果添加量超限，不僅不會提升基體的性能，反而會降低抗壓性能。當聚合物添加量較少時，基體無法形成連續(xù)相，性能就不會得到改善和提升，甚至還會降低水泥基體的強度;當聚合物添加量超限時，基體中引氣量增加，膠凝材料減少，那么材料的強度就會下降。將混合物中的膠粉摻量控制在10%，對各個試件進行比較，如圖3所示：

由此試驗結果分析得到，試件抗壓強度最大時，聚合物摻量在10%左右。在橡膠摻和量分別為10%、30%、50%的情況下，加入10%的聚合物后，試件的強度分別增加了14.4%、47.0%、28.4%。

（2）抗折強度試驗

抗折強度試驗方式主要是通過單點集中加荷的方式實現，對各組試件一周齡期的抗折強度進行檢測，檢測結果如圖4所示。試件的抗折強度會隨著膠粉量的增多而變差，當膠粉量為10%時，抗折強度會受到影響，損失到16.7%，四組試件中損失最大值為40.5。聚合物與膠粉摻量均為10%時，各組試件檢測結果如圖5所示。

當聚合物含量為10%時，試件抗折強度會明顯提升，分析上圖可知，膠粉含量在10%和30%的情況下，加入10%的聚合物，試件抗折強度分別有所提升，提升量為9.6%、25.5%。

經過對比發(fā)現，膠粉摻量為50%時，加入不同摻量的聚合物都能降低試件的抗折強度，這也就說明膠粉和聚合物協同改性水泥砂漿抗折強度的作用深受多方面因素的影響，且作用效果較為復雜。

四、結語

1.水泥中加入橡膠粒后，其抗壓強度和抗折強度會有一定的下降，降低幅度較大，且這種變化隨著橡膠含量的增加而逐漸增大。

2.聚合物的加入能夠提升純橡膠改性混凝土基體的，抗壓強度和抗折強度，且最佳摻量為10%。

以上試驗結果數據證明橡膠、聚合物對于水泥改性的作用具有一定的可行性，能夠有效提升基體的抗壓性能和抗折性能，提升結構的韌性。

參考文獻：

[1]陳維燈， 韓冬冬， 鐘世云. 超高韌性纖維增強聚合物改性水泥基復合材料及制備方法：， CN106478007B[P]. 2019.

[2]秦永鑒， 黃凱健， 王元綱，等. 超高強水泥基復合材料力學及收縮性能研究[J]. 混凝土與水泥制品， 2020， No.287（03）：6-10.

[3]邢云青. 聚乙烯醇改性水泥基復合材料性能及機理研究[D]. 大連理工大學， 2019.