张博诚

摘 要：水泥混凝土路面在实际使用的过程中存在很多问题，如抗渗透性能、抗疲劳性能等方面较差，而废旧橡胶对于环境的污染较大，故将二者结合在一起，能够有效提升实用价值，并且还能缓解环境问题。因此本文提出废旧橡胶，聚合物改性水泥基复合材料性能初探，并对水泥结合橡胶、聚合物等材料改性相关方面进行研究，并对混合物的性能进行试验，希望本研究对相关工作有所帮助。

关键词：废旧橡胶;聚合物改性;水泥基复合材料;材料性能

一、前言

我国工业化发展进程较快，机动车的数量非常迅速，这就造成废旧轮胎数量增大，进而对环境造成较大的影响。目前针对废旧橡胶的处理方式严重滞后，无法为废旧橡胶的处理提供有效的途径。此外我国城市化进程也比较迅速，基础建设大规模进行，这使得国家对于混凝土的需求逐渐增大，道路中水泥混凝土路面占据很大一部分。水泥混凝土是一种准脆性材料，其抗折强度较低、耐疲劳性较差，应用于道路建设中具有一定的使用性能限制。而橡胶是具有较好的韧性、抗渗透性以及保温隔热等优势，目前对于二者的研究，有很多学者试图将二者混合在一起，期望利用橡胶的韧性提升混凝土的性能，使得混凝土的脆度降低，提升韧性。此外废旧橡胶的表面粗糙，与纤维相比，其与水泥基体之间具有更好的粘合力，能够有效提升混凝土的使用性能;一些研究还通过实验证明，混凝土中加入橡胶颗粒，能够有效改善混凝土的孔结构，提升混凝土的抗渗透性，且橡胶阻尼也能提升混凝土的降噪效果。

为此本文针对普通混凝土中结合橡胶颗粒进行研究，并对混合体的性能进行试验。橡胶混凝土不仅能够改善性能，还能为提升路面质量提供基础。此外橡胶混凝土的使用还能拓宽橡胶粒的运用，有效缓解废旧橡胶对环境造成的污染，采用橡胶混凝土材料施工的道路工程，与我国节能环保要求相吻合，具有较强的资源循环利用和环保的意义。

二、橡胶、聚合物改性水泥基复合材料的结构及力学性能分析

橡胶、聚合物改性水泥基复合材料主要的构成是由聚合物、水泥、胶粉等作为胶凝材料对强度大的粗细集料进行包裹而成，具体结构示意图如图1所示。

聚合物在混凝土材料中起到的作用分为两个方面：将聚合物填充到胶粉和水泥石中间不连接的地方，起到将二者连接的作用，提升二者的粘结程度;经过固化后形成三维空间网状连续相，这样就能使得结构与水泥石的网状结构互相穿越，形成结构紧密的基体，这种材料弹性和韧性较好，使得胶粉和基体中之间受到的力均衡， 从而实现抗强和抗压的目的。

三、试验过程简介

1.材料配合比

水泥：P.O.42.5水泥

砂：2.8细度模数的普通中砂

粗集料：粒径最大控制在30mm，合成级配符合规范要求

减水剂：聚羧酸系高性能减水剂，参量是相对水泥质量的0.2%

橡胶粒：30目废旧橡胶粉，粒径0.6mm，密度0.8g/cm3

聚合物：丁苯橡胶乳液

消泡剂：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.试验过程及结果

（1）抗压强度试验

在这个试验过程中，对每个试验小组测试件一周龄期的抗压强度进行检测，结果如图2所示：

纯胶粉改性试件的抗压强度会随着胶粉含量增多而逐渐变差，在试验过程中，当胶粉含量为10%时，结构强度损失到27.9%，四组试件中强度损失最大值为71.1%。

水泥中增添聚合物能够有效提升水泥基体的抗压强度，但是这里的聚合物产量是由一定限度的，如果添加量超限，不仅不会提升基体的性能，反而會降低抗压性能。当聚合物添加量较少时，基体无法形成连续相，性能就不会得到改善和提升，甚至还会降低水泥基体的强度;当聚合物添加量超限时，基体中引气量增加，胶凝材料减少，那么材料的强度就会下降。将混合物中的胶粉掺量控制在10%，对各个试件进行比较，如图3所示：

由此试验结果分析得到，试件抗压强度最大时，聚合物掺量在10%左右。在橡胶掺和量分别为10%、30%、50%的情况下，加入10%的聚合物后，试件的强度分别增加了14.4%、47.0%、28.4%。

（2）抗折强度试验

抗折强度试验方式主要是通过单点集中加荷的方式实现，对各组试件一周龄期的抗折强度进行检测，检测结果如图4所示。试件的抗折强度会随着胶粉量的增多而变差，当胶粉量为10%时，抗折强度会受到影响，损失到16.7%，四组试件中损失最大值为40.5。聚合物与胶粉掺量均为10%时，各组试件检测结果如图5所示。

当聚合物含量为10%时，试件抗折强度会明显提升，分析上图可知，胶粉含量在10%和30%的情况下，加入10%的聚合物，试件抗折强度分别有所提升，提升量为9.6%、25.5%。

经过对比发现，胶粉掺量为50%时，加入不同掺量的聚合物都能降低试件的抗折强度，这也就说明胶粉和聚合物协同改性水泥砂浆抗折强度的作用深受多方面因素的影响，且作用效果较为复杂。

四、结语

1.水泥中加入橡胶粒后，其抗压强度和抗折强度会有一定的下降，降低幅度较大，且这种变化随着橡胶含量的增加而逐渐增大。

2.聚合物的加入能够提升纯橡胶改性混凝土基体的，抗压强度和抗折强度，且最佳掺量为10%。

以上试验结果数据证明橡胶、聚合物对于水泥改性的作用具有一定的可行性，能够有效提升基体的抗压性能和抗折性能，提升结构的韧性。

参考文献：

[1]陈维灯， 韩冬冬， 钟世云. 超高韧性纤维增强聚合物改性水泥基复合材料及制备方法：， CN106478007B[P]. 2019.

[2]秦永鉴， 黄凯健， 王元纲，等. 超高强水泥基复合材料力学及收缩性能研究[J]. 混凝土与水泥制品， 2020， No.287（03）：6-10.

[3]邢云青. 聚乙烯醇改性水泥基复合材料性能及机理研究[D]. 大连理工大学， 2019.