橡胶颗粒改性掺量对水泥砂浆性能的影响
2016-11-14曹美玲
曹美玲
摘要: 采用0.5%的PVA溶液对粒径为40目的橡胶集料进行改性,配制橡胶集料水泥砂浆。研究不同橡胶集料掺量的水泥砂浆的一些力学性能,像抗压强度、抗折强度、折压比、抗冲击性和干燥收缩率的变化规律。考虑六种橡胶掺量,分别为0%、6.5%、13%、18%、23.5%、28%。通过折压比、抗冲击性和干燥收缩率这三项指标确定橡胶颗粒最佳掺量。本试验确定橡胶颗粒的最佳掺量为18%。
Abstract: Crumb rubber aggregates in 40 mesh were modified by 0.5% PVA solution and used for preparing crumb rubber cement mortar. Some mechanical properties of cement mortar with different crumb rubber aggregate amounts are researched, such as compressive strength, flexural strength, the ratio of compressive strength to flexural strength, impact resistance and dry contraction percentage. Six kinds of rubber content, which are 0%, 6.5%, 13%, 18%, 23.5% and 28% are considered respectively. Three indices of the ratio of compressive strength to flexural strength, impact resistance and dry contraction percentage are used to determine the appropriate mixing amount of crumb rubber. The best appropriate mixing amount of rubber particles determined by this test is 18%.
关键词: 橡胶颗粒;掺量;改性
Key words: rubber particle;mixing amount;modification
中图分类号:TU745.7 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2016)29-0129-02
0 引言
传统的砂浆粘聚性及保水性较差,引起收缩裂缝。为提高传统砂浆的抗裂性能,20世纪70 年代起,人们开始研究聚合物砂浆,聚合物砂浆成本较高,且粘结性能及耐久性能有时不能满足使用要求。改善水泥混凝土韧性的方法较多,其中掺加橡胶颗粒的方法得到众多学者的关注,并成为研究热点。
Ki Sang Son等人[1]的研究显示:掺有废旧轮胎橡胶颗粒的混凝土能导致略低的抗压强度和弹性模量,但是曲率延性可以增加90%。将橡胶颗粒用于水泥砂浆中,可改善水泥基材料的韧性、抗冲击势能等。Segre和Joekes等人[2]试验研究发现, NaOH处理改性后的橡胶颗粒砂浆的抗压、抗折强度和断裂能有所提高。本文通过对比试验,研究改性橡胶颗粒掺量对水泥砂浆[3]的抗折强度、抗压强度、压折比、抗冲击性能和干燥收缩性能的影响规律。
1 试验原材料水泥的组成
试验中使用P.O 42.5 普通硅酸盐水水泥,水泥的化学成分如表1和表2所示。
砂子细砂,堆积密度为 1592 kg/m3,含泥量为 7.9%,细度模数为 2.1。橡胶颗粒再生橡胶颗粒的大小为40目,堆积密度为290.1 kg/m3砂浆中水泥与砂的质量比为1:2.8,稠度在7~8cm之间。稠度过大,水泥砂浆内的橡胶颗粒上浮;稠度过小,则出现橡胶颗粒在水泥砂浆内搅拌不均的问题。采用0.5%的PVA溶液对粒径为40目的橡胶集料进行改性,配制橡胶集料水泥砂浆。
2 不同橡胶颗粒掺量对水泥砂浆性能试验
考虑六种橡胶掺量,分别为0%、6.5%、13%、18%、23.5%、28%。在水泥砂浆中不同集料掺量对力学性能的影响,像抗压强度、抗折强度、压折比、抗冲击性和干燥收缩率的变化规律。通过折压比、抗冲击性和干燥收缩率这三项指标确定橡胶颗粒最佳掺量。
关于橡胶颗粒对混凝土强度的影响,有不同的研究结果。有研究表明[4],橡胶混凝土的抗折强度随着橡胶颗粒掺量的增加,呈现先增加后降低的趋势;但是也有文献报道[5],随着橡胶掺量的增加,混凝土抗折强度逐渐降低。所有研究成果均表明,橡胶颗粒会增加水泥混凝土的韧性和变形性能。
2.1 折压比试验
本文中,橡胶集料水泥砂浆抗压强度试样为100mm×100mm×100mm立方体,抗折强度试样为40mm×40mm×160mm棱柱试体。不同掺量的40目橡胶颗粒水泥砂浆压折比试验结果见表3。
根据橡胶集料砂浆抗压强度和抗折强度的实验结果,可计算出橡胶颗粒水泥砂浆折压比。表3所示,随着橡胶颗粒掺量的提高,压折比逐渐减小,说明水泥砂浆的韧性有所增强。橡胶颗粒是弹性体,在水泥砂浆中可起到微弹性的作用,有助于结构吸收应变能,可以提高水泥砂浆的变形,改善其韧性。在抗压强度试验中,掺有橡胶颗粒的砂浆试件在破坏时能较好地保持完整的形态,没有产生劈裂声响,表现出较好的弹性变形能力见图2。而基准砂浆先是出现裂缝且迅速扩展且增宽,并伴有破坏时的声响,试件发生脆性崩裂破坏见图1。在抗折强度试验中,基准砂浆会迅速完全断裂见图3。而掺有橡胶颗粒的砂浆在破坏时会发生不完全断裂,仍然部分粘结在一起见图4。对掺橡胶颗粒的混凝土研究处于试验阶段,而对掺橡胶颗粒砂浆的研究基本处于起步阶段。
2.2 干燥收缩性能试验与抗冲击性能试验
将拌合好的橡胶集料砂浆装入40mm×40mm×160mm棱柱体试模内,将铜质收缩头固定在试模两端面的孔洞中,收缩头露出试件端面8±1mm。在标准养护条件下养护7天后拆模,预置4h后,沿预定的测试方向,测定试件的初始长度。将砂浆试件置于温度20±2°C,相对湿度为(60±5)%的室内,到7天、14天、21天、28天、35天、49天分别测量试件的长度,即为自然干燥后的长度。40目橡胶颗粒不同掺量下水泥砂浆干燥收缩与抗冲击结果见表4。
不同掺量的40目橡胶颗粒水泥砂浆干燥收缩变形见表4所示。橡胶颗粒的掺量较小时,砂浆的干燥收缩变化很小。橡胶颗粒是弹性模量较小的弹性体,和水泥石的干缩应力相比,其约束作用力相对较小。
随着橡胶颗粒掺量的增加,砂浆的干燥收缩率明显增大。橡胶颗粒是憎水性物质,与水泥砂浆混合成型时,易在橡胶颗粒表面形成一层水膜。水泥水化时可消耗一部分橡胶颗粒表面水,当停止养护后,在外界的干燥环境下,剩余的游离水挥发。橡胶颗粒含量加大时,挥发的游离水量相应增加,干缩随之加大。随着橡胶颗粒的增多,抗冲击性能越来越高,主要是由于水泥砂浆中的橡胶颗粒产生弹性变形吸收一定的外荷载,砂浆不宜发生脆性破坏。
3 结论
随着橡胶颗粒掺量增多,水泥砂浆的抗压强度、抗折强度呈下降趋势,但压折比降低,表明水泥砂浆的韧性有所提高。橡胶掺量为18%时,砂浆的压折比最小,随后又缓缓增大,此时砂浆抗冲击性能,干燥收缩率都比较合理,本试验确定橡胶颗粒的最佳掺量为18%。
参考文献:
[1]Ki Sangson, Lman Hajirasouliha, Kypros Pilakoutas. Strength and deformability of waste tyre rubber-filled reinforced concrete columns[J]. Construction and Building Materials. 2011; 25(1): 218-226.
[2]N Segre, L Joekes. Use of tire rubber particles as addition to cement paste[J]. Cement and Concrete Research. 2000; 30(9): 1421-1425.
[3]张亚梅,李红燕.橡胶改性水泥基材料的性能研究[D].南京, 东南大学,2004.
[4]屈妍.橡胶集料混凝土力学性能试验研究[J].混凝土,2012, 268(2):96-98.
[5]孙小兵.废旧轮胎橡胶改性混凝土的材料性能研究[D].河南:郑州大学,2006.