| 标题 | 改性橡胶水泥砂浆强度的试验研究改 |
| 范文 | 季卫娟 袁群 李会霞 曹宏亮 冯凌云 基金项目:水利部公益性行业科研专项（201301027） 作者简介:季卫娟（1988玻，女，河南濮阳人，硕士，主要从事混凝土结构新材料的开发与应用方面研究。E瞞ail:1010391381@qq.comDOI：10.13476/j.cnki.nsbdqk.2014.04.021 3.河南省水利工程安全技术重点试验室，郑州 450003；4.济源市防汛抗旱指挥部办公室，河南 济源 459000） 摘要：分别采用水洗、NaOH溶液、KH570溶液和自制Na2SiO3溶液等方式对橡胶颗粒进行改性，并通过试验分别研究了不同改性方式对橡胶砂浆强度的影响作用。结果显示，10%NaOH溶液的改性效果最优，抗压强度和劈拉强度较基准橡胶砂浆分别提高了16.89%和46.56%。1 000倍的电镜观测表明，经NaOH溶液改性后橡胶颗粒表面的洁净度增加，空隙增多，与水泥石的咬合度增强，从微观上阐明了改性橡胶砂浆强度提高的机理。 关键词：橡胶砂浆;改性剂;砂浆强度;电镜观测;增强机理 中图分类号：TU528文献标志码：A文章编号：16721683（2014）04009804 Experimental Study on the Strength of Cement Mortar with Modified Rubber JI Wei瞛uan1,3，YUAN Qun2,3，LI Hui瞲ia4，CAO Hong瞝iang2,3，FENG Ling瞴un2,3 (1.Zhengzhou University,Zhengzhou 450002,China；2.He′nan Water Conservancy Science Academy, Zhengzhou 450003,China；3.He′nan Key Laboratory of Hydraulic Engineering Security Technology, Zhengzhou 450003,China；4.Jiyuan City Flood Control and Drought Relief Headquarters Office,Jiyuan 459000,China) Abstract:The rubber was modified with several approaches,including washing,NaOH solution,KH570 solution,and homemade Na2SiO3 solution,and the experiments were conducted to investigate the impacts of different modification approaches on the strength of rubberized mortar.The test results showed that 10% NaOH solution has the best modification effects with 16.89% and 46.56% of increasing in the compressive strength and splitting tensile strength,respectively compared to the benchmark rubberized mortar.The observation results using the electron microscope with a magnification of 1000 showed that after the modification with NaOH solution,the cleanliness and pores of the rubber surface increase,and the occlusiondegree with cement reinforces,which explained the increasing strength mechanism of thecement mortar with modified rubber from the microscopic scale. Key words:rubber mortar;modifier;mortar strength;electron microscope observation;increasing mechanism 随着汽车工业的迅猛发展，废弃橡胶轮胎的数量日益增加［12］，填埋、焚烧等常规处理方法对环境的污染非常严重，如何实现其高效环保的处理利用已成为人们关注的热点。已有研究表明［36］，将橡胶轮胎制成的橡胶颗粒掺入混凝土中，既可以大量回收利用废弃橡胶轮胎，又能改善混凝土的弹性减震、降噪隔音、韧性、抗冲击性能、抗收缩性能及抗冻性能。因此，近年来橡胶混凝土的开发应用受到了科研人员的重视。 由于混凝土的亲水性与橡胶颗粒的憎水性使得二者的黏结性能较差［712］，导致橡胶混凝土强度明显降低，限制了橡胶混凝土的应用。因此，增强橡胶颗粒与混凝土中水泥石的黏结强度，是提高橡胶混凝土强度的关键。为此，本文利用改性剂NaOH溶液、KH570溶液和自制改性剂Na2SiO3溶液处理橡胶颗粒，以改性橡胶颗粒取代部分细骨料配制水泥砂浆，研究改性橡胶砂浆的抗压及劈拉强度，结合扫描电镜的观测结果，分析改性橡胶颗粒对橡胶砂浆强度的影响机理，为提高橡胶混凝土强度的研究提供技术支持。 1试验设计 1.1试验材料 水：自来水。 水泥：选用某厂家生产的复合硅酸盐水泥P·C42.5。 砂：河沙。细度模数2.65，最大粒径5 mm，连续级配，表观密度2 500 kg/m3。 橡胶颗粒：粒径1～3 mm，密度1 119 kg/ m3，由河南武陟某一橡胶厂生产。 改性剂：不处理、水洗、5%～30%浓度的NaOH溶液、05%～3%质量分数的KH570溶液、自制Na2SiO3溶液。 1.2橡胶颗粒处理方式 无处理：橡胶颗粒不经过处理，直接使用。 水洗：用水清洗橡胶颗粒3遍，去除表面污物，室外晾干备用。 NaOH溶液处理：分别配制浓度为5%、10%、15%、20%、25%、30%的NaOH溶液，充分浸泡橡胶颗粒，充分搅拌后密封放置48 h。然后用清水对处理后的橡胶颗粒进行冲洗，晾干后备用。 KH570溶液处理：分别取橡胶颗粒质量05%、1%、15%、2%、3%、的KH570溶液，用300 g乙醇溶液稀释后充分浸泡橡胶颗粒，晾晒30 min备用。 自制Na2SiO3溶液处理：自制Na2SiO3溶液经甲苯溶解后加入橡胶颗粒，拌和至表面湿润，再加入适量水泥，拌和至橡胶颗粒表面均被水泥包裹，然后放烘箱100 ℃烘30 min，最后加进砂浆拌和。 13水泥砂浆的制备及测试方法 基准砂浆即普通砂浆，其水灰比073，灰砂比027；基准橡胶砂浆是以未处理橡胶颗粒等体积取代6%的砂制备而成；改性橡胶砂浆是以改性剂处理后的橡胶颗粒等体积取代6%的砂制备而成。 制备的试件尺寸为707 mm×707 mm×707 mm，标准养护28 d后测试其抗压强度和劈拉强度，并用扫描电镜观测改性前后橡胶颗粒表面形态及橡胶砂浆切片中橡胶和水泥石的黏结状况。 2试验结果及分析 21基准砂浆与基准橡胶砂浆 经测试，基准砂浆的抗压强度为2271 MPa，劈拉强度为199 MPa。基准橡胶砂浆的抗压强度为1587 MPa，劈拉强度为131 MPa。与基准砂浆相比，基准橡胶砂浆的抗压强度下降3012%，劈拉强度下降3417%。 22水洗处理橡胶砂浆 经水洗处理后配制的橡胶砂浆抗压强度为1708 MPa，劈拉强度为144 MPa，分别比基准橡胶砂浆提高了762%和992%。 23NaOH溶液改性橡胶砂浆 与基准橡胶水泥砂浆相比，橡胶颗粒经NaOH溶液改性后，抗压强度和劈拉强度均明显提高（5%浓度时由于试验误差造成强度降低）见图1、图2，且存在最优浓度，即10%浓度时改性效果最优，抗压强度和劈拉强度分别提高了1689%和4656%。 经NaOH溶液改性后的橡胶砂浆强度提高的原因是：橡胶颗粒经NaOH溶液浸泡、清水冲洗后，颗粒表面的芳烃油、硬脂酸锌等添加剂被溶解，增强了橡胶颗粒与水泥基体的黏结力。由于掺入水泥砂浆中的橡胶颗粒表面存在NaOH溶质残余，在橡胶颗粒与水泥石界面形成了局部强碱环境，虽然能在水泥硬化早期促进水化反应、提高水泥石的早期强度，但也同时可能使橡胶颗粒与水泥界面过早出现裂缝，不利于黏结，而在水泥水化后期，强碱对硬化的水泥石有腐蚀作用，不利于提高橡胶水泥砂浆的强度。总之，NaOH改性对橡胶水泥砂浆强度的作用比较复杂，造成强度—浓度关系起伏变化，而且NaOH浓度并不是越高越好，而是存在一个最佳值。 图1改性橡胶砂浆抗压强度与NaOH溶液浓度的关系 Fig.1Relationship between the compressive strength of cement mortar with modified rubber and concentration of NaOH solution 图2改性橡胶砂浆劈拉强度与NaOH溶液浓度的关系 Fig.2Relationship between the splitting tensile strength of cement mortar with modified rubber and concentration of NaOH solution 24KH570改性橡胶砂浆 改性橡胶砂浆抗压强度与KH570溶液质量分数的关系总体呈抛物线型见图3。当KH570溶液质量分数为15%时，改性橡胶砂浆抗压强度最大，为1661 MPa，比基准橡胶砂浆提高467%，改善效果不明显。 KH570分子式为R睸iX3，其中R 为不能水解亲有机物基团，它可与有机材料化学键接；SiX3为可水解亲无机物基团，可与无机材料化学键接。因此，KH570能与两种不同性质的材料“偶联”，使橡胶颗粒与水泥基实现牢固键合。 图3改性橡胶砂浆抗压强度与KH570质量分数的关系 Fig.3Relationship between the compressive strength of cement mortar with modified rubber and mass fraction of KH570 25自制Na2SiO3溶液改性橡胶砂浆 自制Na2SiO3溶液改性橡胶砂浆的抗压强度值为1739 MPa，劈拉强度为14 MPa，较基准橡胶砂浆分别提高了958%和687%。 自制Na2SiO3溶液有较强的粘合作用，能把橡胶颗粒和水泥颗粒较好地黏结在一起，使橡胶颗粒表面紧紧地包裹一层水泥颗粒，从而提高橡胶颗粒与水泥石的黏结。 3电镜观测结果分析 从1 000倍的电镜SEM图中（图4）可以看出以下结果。 未经任何处理的普通橡胶颗粒：表面相对平滑，微孔隙较少，且有较多杂质附着，降低了橡胶颗粒与水泥石的黏结性能，加上橡胶颗粒本身的强度就比砂子的强度低，因此基准橡胶砂浆的强度明显低于基准砂浆的强度。 经水洗处理的橡胶颗粒：部分杂质被洗掉，表面相对洁净很多，孔隙较未处理时明显增多（图5），表面粗糙度增加，提高了橡胶颗粒与水泥石的黏结性能，因此水洗改性橡胶砂浆抗压强度和劈拉强度与基准橡胶砂浆相比有所提高。 经20%浓度NaOH溶液处理后的橡胶颗粒：由于NaOH溶液能够与橡胶中的憎水性原料芳烃油、添加剂硬脂酸锌反应溶解，使橡胶颗粒表面较水洗的更加洁净、粗糙，空隙也更多（图6），从而增强橡胶颗粒与水泥石的黏结性能，提高橡胶砂浆的强度。 图4普通橡胶 Fig.4Ordinary rubber 图5经水洗的橡胶 Fig.5Rubber after washing 图620%NaOH溶液处理后的橡胶 Fig.6Modified rubber with 20% NaOH solution 从基准橡胶砂浆切片中可看出，橡胶颗粒与水泥石的分界面比较清晰（图7），而经15%质量分数KH570溶液和自制Na2SiO3溶液改性后，橡胶砂浆切片中水泥石的结晶体与橡胶颗粒相互咬合（图8、图9），黏结状况改善，因而改性橡胶砂浆的强度要高于基准橡胶砂浆的强度。 图7基准橡胶砂浆 Fig.7Benchmark rubber mortar 图815%KH570处理后的砂浆 Fig.8Modified mortar with 15% KH570 5结论 （1）采用水洗、NaOH溶液、KH570溶液及自制Na2SiO3溶液处理后的橡胶颗粒配制的橡胶砂浆，其抗压强度和劈拉强度均较基准橡胶砂浆的有所提高，其中10%NaOH溶液改性效果最优，抗压强度和劈拉强度分别提高了1689%和 图9自制Na2SiO3溶液处理后的砂浆 Fig.9Modified mortar with homemade Na2SiO3 solution 4656%。 （2）电镜观测表明，橡胶颗粒经NaOH溶液改性后，其表面的杂质较少，孔隙增多，表面粗糙度明显增加。橡胶砂浆电镜切片显示，改性橡胶颗粒与水泥石的粘结咬合增强，有利于改性橡胶砂浆强度的提高。 参考文献（References）： ［1］潘东平,刘锋,李丽娟,等.橡胶混凝土的应用和研究概况［J］.橡胶工业,2007,(54):182185.(PAN Dong瞤ing,LIU Feng,LI Li瞛uan,et al.Application and Research Survey of Rubber Concrete［J］.China Rubber Industry,2007,(54):182185.(in Chinese)） 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