再生橡胶水泥基力学性能研究

再生橡胶水泥基力学性能研究

惠丹1 ,张锦泽1 ,宋隆航1 ,李旭阳1 ,陈会凡1

1.郑州航空工业管理学院土木建筑学院  450046

摘要

本实验利用废弃橡胶制取水泥橡胶基材，研究了再生橡胶对水泥基材的抗折强度和抗压强度的影响，通过实验数据发现：水泥砂浆的抗折强度和抗压强度随橡胶目数越减小而增加；掺入橡胶粉后，水泥砂浆的抗折强度和抗压强度随均有下降，抗折强度下降少，抗压强度下降多，但其抗裂能力有所提高。

关键词：再生橡胶水泥基 力学性能

ABSTRACT

In this experiment, waste rubber was used to make cement rubber substrate, and the influence of recycled rubber on the flexural strength and compressive strength of cement substrate was studied. Through the experimental data, it was found that the flexural strength and compressive strength of cement mortar increased with the decrease of rubber mesh number. The flexural strength and compressive strength of cement mortar decreased with the addition of rubber powder. The flexural strength decreased less and the compressive strength decreased more, but its cracking resistance was improved.

Key words: recycled rubber cement, mechanical properties

项目：郑州航空工业管理学院2021-2022学年第二学期实验室开放项目

1.引言

随着科学技术的发展，现代工业的发展突飞猛进，一方面为人类文明增添了许多色彩，另一方面也给我们的生存环境带来了危害。因此可持续发展和保护环境是我们共同努力的举措，废旧轮胎是一种需要占用大量空间环境的废物，并且难以压缩、收集和消除。且废旧轮胎还不具有生物降解性，其成分还包含一些危险元素，对于废旧轮胎的再次利用势在必行。除了在水泥基中掺入橡胶粉可以减少一部分的污染外，据研究表明在水泥基中掺入橡胶粉对其的物理性能和力学性能都有大的改善，例如材料的耐久性、抗压强度、抗折强度、抗渗性和抗开裂性能都有明显的改善。因此，本实验课题的研究符合环保主题，并且对环境污染和空间污染都有积极影响。

2.橡胶水泥砂浆配合比

2.1试验材料

水泥：诸城市阳春水泥42.5号普通硅酸盐水泥，其化学成分如表1-1所示，其物理力学性能如表2-2所示。

表2-1水泥化学成分表

表2-2水泥物理性能

砂：中砂，河砂，细度模数2.65.

水：自来水。

橡胶颗粒：根据橡胶目数分为三种：第一种40目数，第二种60目数，第三种80目数。

2.2实验配合比和砂浆制备

本实验采用等体积橡胶替代砂的方式掺入砂浆，水灰比（w/c）为固定值0.5。采用质量比设置水泥砂浆，对照组的配合比为：水：水泥：砂=1：2：5。取三种粒径的橡胶设计配合比，以及三种不同掺量（10%，20%和30%），共十组配合比，如下表1-3所示。

表2-3橡胶水泥砂浆配合比

根据上图配合比配置水泥砂浆，本次实验使用UJZ-15型搅拌仪器制备橡胶水泥砂浆，具体过程如下：

1.称量材料

2.使用湿布擦拭搅拌锅和搅拌叶片

3.首先将水加入搅拌锅中，然后向搅拌锅中加入水泥，开动搅拌机，低速搅拌30s

4.将砂和橡胶混合，然后逐次将砂和橡胶的混合物加入搅拌锅中，此过程需在30s内完成，并保持搅拌机低速搅拌30s，加料完成后搅拌机进行高速搅拌30s

50停拌90s，并将搅拌叶片和搅拌锅上的橡胶水泥砂浆挂入锅内，维持高速搅拌60s。

3.橡胶水泥砂浆力学性能研究

3.1橡胶水泥砂浆抗折强度研究

3.1.1试验方法

抗折强度实验参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO）法》操作。抗折实验试件采用40mm×40mm×160mm三联模成型，于浇筑后24h后拆模，拆模后于20±2度相对湿度40±5%的环境中养护。每组配合比浇筑3个试件，共浇筑30个试件，测定试件3d，7d和28d的抗折强度。

3.1.2试验结果

根据仪器所测得的数据如下图1。对比数据我们可以得出结论：当橡胶目数一样时，水泥砂浆的抗折强度随橡胶掺量的增加而减少；当橡胶掺量一样时，水泥砂浆的抗折强度随橡胶目数的减少而增加。根据下图所示，标准组编号1在3d的抗折强度为28d的59.7%，而编号2，3，4，5，6，7，8，9，10在3d的抗折强度为28d的60.3%，64.7%，72.5%，61.8%，66.0%，62.7%，67.3%，62.5%，68.9%，可以得出橡胶的掺入可以提高水泥砂浆的早龄期强度。

图1 抗折强度图

3.2橡胶水泥砂浆抗压强度研究

3.2.1试验方法

抗压试验实验参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO）法》操作，在浇筑的24h后拆模，并在20±2度相对湿度40±5%的环境中养护。每组配合比浇筑1个试件，共浇筑30个试件。测量个配合比材料在28龄期时的看抗压强度，作为质量控制指标。取6个试件试验结果的算数平均值作为试验结果。

3.2.2试验结果

根据下图我们可以得出，当橡胶目数相同时，水泥砂浆的抗压强度随着橡胶掺量增加而减少；当橡胶掺入相同时，目数越小的水泥砂浆的抗压强度越高，可以得出材料的抗压强度随橡胶掺量的减少和橡胶粒径的降低而增加。

图2  抗压强度图

4.结论

本实验使用三种不同目数的橡胶，根据橡胶水泥基作为试验研究对象，探究了橡胶对水泥基的力学性能的影响。该实验研究了橡胶对水泥砂浆抗压、抗折的机理，并解释了橡胶目数的不同对水泥砂浆的力学性能影响，以及不同掺量对水泥砂浆的力学性能影响。主要结论如下：

（1）橡胶目数越小，水泥砂浆的抗折强度和抗压强度增加；当橡胶掺入量增加时，水泥砂浆的抗折强度和抗压强度降低。

（2）该实验也得出了橡胶的掺入可以提高水泥砂浆早期强度。

参考文献

• [1]于泳.橡胶掺入对水泥砂浆性能影响的机理研究[D].导师：朱涵.天津大学,2017.
• [2]刘艳荣,葛树奎,韩瑜.废旧轮胎橡胶粉改性水泥基材料研究概况[J].材料导报,2014,(S2):422-426.
• [3]于利刚.废橡胶粉的杂化改性及其对水泥基材料结构与性能的影响[D].导师：余其俊.华南理工大学,2010.
• [4]赵忠兴.掺加改性废橡胶粉的纤维增强砂浆性能研究[D].导师：张松榆.哈尔滨工业大学,2009.
• [5]李红燕.橡胶改性水泥基材料的性能研究[D].导师：张亚梅.东南大学,2004.