橡胶粉砂浆作为装配式路面基层调平材料的可行性试验研究

石爽爽 闫 垒

（黄河交通学院，河南 焦作 454950）

0 引言

装配式混凝土路面作为一种新兴的路面形式，与传统的路面形式相比，具有工期短、便于维修等特点，但路面整体的平整度限制了它的应用及发展[1]。经过大量的调查和分析发现：影响路面平整度的主要原因包括预制板的尺寸和基层的平整性。预制板尺寸越大，接缝数量越少，路面整体平整度也就越好。装配式路面是由板块拼装而成的，考虑到预制板的运输、施工及受力情况，板块的尺寸不能太大，一般控制在2.5～5m。这就导致很难从尺寸上着手解决路面平整度的问题，只能通过调平材料对基层进行调平，提高基层平整性从而提高路面整体的平整度。基层调平层对调平材料有较高的要求，不仅要求材料具有良好的流动性、干缩性、保水性，而且要求材料的弹性模量适中，以确保路面各层之间能够很好地共同工作。

据不完全统计，目前我国废旧轮胎的数量每年以10%左右的速度增长，至2021年底高达2.5亿多条，但其回收率却很低，造成了严重的资源量费，还会对环境造成不利影响，如何再利用废旧轮胎成为研究的焦点。将废旧轮胎进行粉碎，把橡胶制成粉末，用于公路改性沥青、防水卷材、防水涂料等，是目前进行废旧轮胎再利用的有效方法。通过查阅相关资料发现：加入橡胶粉制成的砂浆在韧性、保水性、干缩等方面具有优点；而且加入橡胶粉制成的砂浆广泛应用还可以缓解废旧轮胎引起的不利影响。因此，针对加入橡胶粉制成的砂浆应用于调平材料进行试验研究，为今后基层调平材料的发展提供更多的选择。

1 掺入不同含量橡胶粉的砂浆性能试验设计

1.1 试验材料

本试验所用材料主要有水、减水剂、水泥、砂、橡胶粉、粉煤灰；其中水用的自来水，砂为天然砂，减水剂为市场常见的高效减水剂，水泥为普通硅酸盐水泥（42.5级），粉煤灰为附近发电厂采购的普通粉煤灰。

1.2 试验内容

按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ70-2009）进行砂浆的稠度、保水性、干缩性、抗压强度和弹性模量试验。

1.3 试验分组

本试验所用的基准砂浆的配比为：水泥：天然砂：水：高效减水剂=1∶3.0∶0.54∶0.0032，橡胶粉含量以等体积代替天然砂的方法添加。本试验以未掺加橡胶粉砂浆即表1中的第1组作为基准砂浆对照组，以掺入5%、10%、15%、20%和25%橡胶粉的砂浆作为试验组，具体试验分组及各组材料配合比如表1所示。

表1 试验分组设计情况

2 掺入不同含量橡胶粉的砂浆性能试验结果分析

2.1 砂浆稠度试验结果分析

流动性是评价砂浆能否正常工作的重要指标[2]。本试验选择用稠度来表示砂浆的流动性，砂浆的流动性与稠度之间呈正相关的关系[3]。

试验结果如图1所示：橡胶粉含量增加，砂浆的流动性逐渐变差；且当加入量在5%~10%时，流动性变化得最快，之后基本成比例下降。这主要因为橡胶粉的粒径及密度较小，可对砂浆的空隙进行填充，橡胶粉加入得越多，砂浆越密实，稠度也越小，流动性也越差。而且，橡胶粉作为无机非金属材料，虽不具有吸水性，但由于橡胶粉本身颗粒的孔隙率比天然砂的大，粒径小，其表面吸附的水分相对较多，所表现出的吸水性要强。因此，当水灰比保持不变时，橡胶粉越多，稠度就会越小。

图1 橡胶粉含量与砂浆稠度的关系

2.2 砂浆保水性试验结果分析

保水性既可以评价砂浆保存水分的能力，还可以评价砂浆各组成成分之间的离析状况[4]。砂浆发生离析会严重影响砂浆的强度以及黏结性能，在砂浆硬之化后容易出现裂纹，甚至出现开裂的现象。

试验结果如图2所示：橡胶粉含量增多，砂浆保水性越好；当橡胶粉加入量为5%、10%、15%、20%、25%时，与第一组相比，保水性相对应的提高了1.13%、3.24%、5.9%、7.55%、8.31%。分析原因可能由于在砂浆中添加橡胶粉使其整体结构变得更密实，孔隙变小，从而使一部分水分无法再自由流动。因此，橡胶粉在某种程度上可以改善砂浆的保水性，而且保水性越好砂浆越不易发生离析现象。

图2 橡胶粉含量与砂浆保水性之间的关系

2.3 砂浆抗压强度试验结果分析

抗压强度是砂浆最基本的性能，也与砂浆的其他力学性能如粘结性、抗冻性等有着密切的关系，因此在对砂浆性能进行研究时，抗压强度是不可或缺的。砂浆抗压强度试验结果如图3所示，由图3可知：

（1）砂浆的抗压强度与龄期呈正相关，龄期越长，强度越高；

（2）橡胶粉的掺入明显降低了砂浆的强度；

（3）当 橡 胶 粉 含 量 为25%时，3d抗 压 强 度 从15.75MPa降至9.73MPa；7d抗压强度从31.0MPa下降到16.35MPa；28d抗压强度从33.62MPa下降到21.50MPa。这主要是因为橡胶粉不参与水泥的水化反应，而且橡胶粉颗粒会附着在水泥表面，从而阻挡水泥与水之间的接触，对它们相互作用产生一定的影响，导致砂浆的抗压强度减小。

2.4 砂浆弹性模量试验结果分析

弹性模量是衡量橡胶粉砂浆能否作为装配式路面基层调平材料的一个重要指标[4]，不管弹性模量过大还是过小都会对路面受力情况产生一定的影响，因此需要对砂浆的弹性模量进行研究。砂浆弹性模量试验结果由表2所示：橡胶粉含量增加，砂浆的弹性模量再下降，且与第1组相比，当橡胶粉加入5%、10%、15%、20%和25%时，砂浆的弹性模量下降了6.02%、9.72%、15.7%、17.6%和24.5%。分析原因可能是因为橡胶粉本身的弹性模量较小，添加橡胶粉相当于向砂浆中添加了弹性材料，使其在相同的应力作用下所能承受的变形增大。另外，橡胶粉属于无机非金属材料不参与水泥水化反应，砂浆硬化后可形成一层临近层，砂浆所能承受的应力减小，弹性模量也就减小。

表3 橡胶粉砂浆弹性模量测试结果

2.5 砂浆干缩性试验结果分析

干缩的发生是不可逆转的，而且干缩越大，越不利于调平层与基层和面层之间共同工作[5]。因此，对砂浆的干缩性能进行研究。砂浆干缩性试验结果如图4所示。从图4可以看出：

图4 橡胶粉与砂浆干缩性之间的关系图

（1）龄期越长，干缩率越大；

（2）橡胶粉含量增加，砂浆各个龄期的干缩率都会下降；

（3）与第1组相比，当橡胶粉含量达到25%时，砂浆7d、14d、21d、28d、56d的干缩率可下降了58.5%、52.3%、45.2%、43.9%、43.6%。这是因为橡胶粉的颗粒粒径较小，能够起到填充作用，使砂浆内部孔隙率减少，孔隙率的减少就会使附加在孔隙中的水分减少，从而大大减少了水分的蒸发，抑制了砂浆的干缩变形。

3 橡胶粉砂浆作为基层调平材料的可行性分析

3.1 基层调平材料的基本要求

虽然，目前没有相应的规范及标准对基层调平材料的性能做出一定的要求，但通过对装配式路面进行大量的分析研究来看基层调平材料对砂浆具有以下要求：

（1）流动性和保水性要好；流动性越好在对基层进行调平时越容易，越易实现砂浆自找平效果；保水性可直接影响砂浆的性能，保水性越好硬化后的砂浆越不易干裂。

（2）干缩要小；砂浆的干缩性将直接影响路面的性能，干缩较大容易使调平层与基层、面层之间出现空隙，在荷载的长期作用下，路面板低会发生脱空现象，进而加剧路面平整度问题。

（3）弹性模量要适中；弹性模量大小也将直接影响路面和基层之间的工作性能。通常情况，装配式路面的材料为刚性材料，而其基层材料大多是柔性材料；且一般基层弹性模量在1000~2500MPa[6]，刚性路面的弹性模量大约为30000MPa。若调平材料的弹性模量没有保持在合理范围内会对路面结构产生不利的影响，甚至是路面发生破坏。因此为了使路面各层之间保持良好的工作状态，调平层的弹性模量应介于基层弹性模量与刚性路面的弹性模量之间，而且砂浆的弹性模量与基层的弹性模量值相差得越小，各层之间越能更好地共同工作。

3.2 应用橡胶粉砂浆的可行性分析

通过对上述试验结果分析可知：橡胶粉含量增加，砂浆的稠度、抗压强度及弹性模量降低，但其保水性和干缩性变好。因此，作为调平材料橡胶粉砂浆在保水性、干缩、弹性模量方面的性能要优于普通水泥砂浆，而在流动性和抗压强度方面不具有优势，但只要将橡胶粉含量控制在合理的范围内，其流动性及抗压强度仍可满足要求。由此可知，橡胶粉砂浆具备作为基层调平材料的可行性。

4 结束语

综上所述，通过对橡胶粉砂浆性能进行室内试验研究可知：橡胶粉含量增多，砂浆流动性变差，保水性变好，干缩变形减小，弹性模量和抗压强度降低。如果以橡胶粉砂浆作为基层调平材料，砂浆在保水性、弹性模量及干缩方面具有优势，在流动性和抗压强度方面不具备优势，但在实际应用中可以通过控制橡胶粉的含量使其满足相应的要求。