摘要 研究了橡胶粒度、掺量变化及可再分散胶粉对橡胶集料水泥砂浆性能的影响，探讨了可再分散胶粉聚合物的作用机理。研究结果表明：橡胶集料水泥砂浆的强度随着橡胶掺量的增大而降低，存在着一个最佳橡胶集料的掺量范围和最佳粒径。可再分散胶粉聚合物对橡胶水泥砂浆的强度等性能具有一定的改性作用，但试验数据表现出较大的离散性，需要做进一步的研究与探讨。
关键词 橡胶集料水泥砂浆；可再分散胶粉聚合物；掺量；强度
中图分类号 TU528.01
Study on the properties of Polymer-modified Crumb Rubber Mortar（PMCRM）
Abstract This paper presents an experiment study on the influence of size and dosage of rubber and redispersible polymer powder on the properties of Crumb Rubber Mortar(CRM), and the function mechanism of redispersible polymer powder on CRM are also discussed. The test results show that, with the increasing dosage of rubber, the compressive strength and flexural strength of CRM decreases and the rubber has the best scope of dosage and size for CRM properties. There is a certain improvement of strength properties of CRM by redispersible polymer powder. But the test dates show larger discreteness and need the further research.
Key words Crumb Rubber Mortar；Redispersible polymer powder；Dosage；Strength
前言
橡胶集料水泥砂浆（Crumb Rubber Mortar，简称CRM）是由普通砂浆中加入一定量的橡胶集料配置而成。橡胶集料混凝土研究始于20世纪80年代末期的美国，最早发表的论文见于90年代初期。许多研究表明，橡胶集料混凝土具有低弹性模量、塑性变形大、延伸率大、抗裂性能、抗冲击性能、抗磨耗性能和抗老化性能等优良特性[1]。因此，橡胶集料混凝土正成为混凝土材料领域研究与开发的一个新热点。但是水泥石与集料的界面区域是混凝土中微观结构的薄弱区域，改善界面区域的组成、结构与性能是改善和提高混凝土性能的重要途径之一[2]。针对橡胶与水泥石界面的粘结问题，有研究提出可以通过橡胶粉颗粒表面的预处理的方法来改善橡胶和基体之间的界面粘结，进而提高橡胶混凝土的性能。目前，用于橡胶－水泥浆界面改性的预处理方法包括[1]：清水冲洗、酸碱腐蚀、等离子预处理和各种偶联剂处理等。
可再分散乳胶粉是由聚合物乳液经喷雾干燥制得的聚合物粉末，根据乳液成膜机理和Ohama[3]的结构模型，可再分散胶粉对于聚合物改性水泥砂浆的作用机理为：水泥在凝结固化过程中，内部会产生许多空腔成为水泥基体的薄弱部位，加入可再分散聚合物乳胶粉后，聚合物粉末重新均匀地分散到新拌水泥砂浆内而再次乳化。随着水泥水化的进行，乳胶颗粒相互接触，聚合物几乎全部聚集在水泥砂浆的孔隙中，水泥水化吸收乳液中的水分，聚合物颗粒之间相互靠近粘结成为整体，通过聚合物分子的扩散，乳胶颗粒在砂浆中形成不溶于水的连续膜，加强了这些薄弱部位，从而提高了对界面的粘结性和对砂浆本身的改性。本实验中采用了可再分散胶粉聚合物（Redispersible Polymer Powders简称RPP）对橡胶颗粒预处理的方法。
1 原材料和试验方法
水泥为金隅牌P. O 42.5普通硅酸盐水泥。橡胶为北京平安创世体育设施有限公司生产的三种不同粒径的橡胶颗粒：粗粒橡胶的粒径分布为2-5㎜，细度模数为2.99；中粒橡胶的粒径分布为1-3㎜，细度模数为2.72；细粒橡胶的粒径分布范围为0-1㎜，细度模数为0.98，三种橡胶集料的表观密度均为 1120左右。可再分散胶粉聚合物为北京罗建科技公司的DA-1420型，此胶粉为水溶性再分散粉末，为乙烯、醋酸乙烯酯的共聚物，以聚乙烯醇作为保护胶体，固含量99±1%，灰分10 ±2（wt%）。实验用砂为标准砂。
试件的成型与制备方法按GB175－1999进行，先将橡胶颗粒与可再分散胶粉和部分拌合水进行预混合，使可再分散胶粉聚合物乳液包裹橡胶颗粒，再加入水泥、砂子和其余拌合水进行搅拌。
2 试验结果与分析
2.1 橡胶掺量对CRM强度的影响
橡胶掺量分别为水泥质量的10%、20%和30%，用橡胶颗粒替代与其等体积的砂，其他参数不变，橡胶集料水泥砂浆的配合比如表1所示。
试验结果如表2所示，可以看出橡胶集料水泥砂浆的抗折强度和抗压强度随着橡胶掺量的增多明显的降低，这与其它文献的结论是一致的。掺加粗橡胶颗粒的橡胶集料水泥砂浆的抗压强度和抗折强度比掺加中粒橡胶的要高。例如，当橡胶掺量为10%时，粗粒橡胶CRM与中粒橡胶CRM的3d和28d抗折强度相差不大，但抗压强度分别提高了17.4%和9.5%。当橡胶掺量为20%时，粗粒橡胶CRM与中粒橡胶CRM的3d和28d抗折强度同样相差不大，但抗压强度分别提高了12.2%和12.4%。当橡胶掺量为30%时，粗粒橡胶CRM的 3d和28d抗折强度分别高出中粒橡胶CRM 14.1%和12.2%，抗压强度提高了23.8%和 20%。由此可以看出，当橡胶掺量增大时，粗粒橡胶CRM的抗折强度和抗压强度提高得很快，橡胶粒径的大小对于CRM的强度影响很大，选择适宜的橡胶颗粒粒度会使CRM得到更好的性能。
对三种橡胶粒径的CRM28天强度进行比较，结果如图1所示，可以看出，随着橡胶掺量的不同，掺加粗粒橡胶的CRM的抗折强度和抗压强度都明显比其余两种粒径的强度高，而掺加中粒橡胶的CRM的抗折强度和抗压强度最低。由此可以得出，橡胶颗粒的粒径大小对CRM的性能有很大的影响，说明橡胶的掺量存在一个最佳的掺量范围，也存在着橡胶颗粒的最佳粒径，其选择和判断依据有待于进一步探讨。
2.2 可再分散胶粉聚合物处理对PMCRM强度的影响
采用可再分散胶粉聚合物改性CRM(PMCRM)，其掺量为橡胶颗粒重量的5%和10%，其余的参数不变，配合比如表3所示。
采用可再分散胶粉聚合物改性CRM(PMCRM)，其掺量为橡胶颗粒重量的5%和10%，其余的参数不变，配合比如表3所示。
钟世云等[4]和Sakai[5]等研究了在相同的水灰比条件下，聚合物与水泥的比值（聚灰比）对改性水泥砂浆力学性能的影响，发现改性水泥砂浆的抗折强度随聚灰比的增加而单调增加，抗压强度随聚灰比增大单调减少。本实验的研究结果如表4所示，可以看出，不同掺量的中粒橡胶PMCRM的抗折强度和抗压强度都随着聚灰比的增大而单调增加，这与上述的结论有所不同；不同掺量的粗粒橡胶的的抗折强度随着聚灰比的增大而单调增加，抗压强度随着聚灰比的增大而单调减少，这与上述的结论相同；不同掺量的细粒橡胶的PMCRM的抗压强度和抗折强度都随着聚灰比的增大而单调减少，这一试验数据有点出乎意料，试验数据表现出较大的离散性。分析下降的原因可能与橡胶颗粒的粒径有关。试验表明：橡胶粒径对PMCRM性能的影响很显著，说明存在着一个最佳的橡胶粒径，使其与聚合物的粘结性能达到一个良好的状态，从而改善了CRM的性能。
3 可再分散胶粉的作用机理探讨
根据可再分散胶粉在水泥砂浆中的成膜原理，对可再分散胶粉在橡胶集料水泥砂浆中的作用机理进行探讨，设想由于可再分散胶粉聚合物是连续相，先用聚合物包裹橡胶颗粒，在橡胶颗粒上形成连续模，而后水泥砂浆与橡胶颗粒间形成具有粘结力的膜，堵塞了砂浆内的孔隙，水泥水化与聚合物成膜同时进行，最后形成水泥浆、橡胶颗粒与聚合物膜相互交织在一起地互穿网络结构，从而改善了橡胶集料水泥砂浆的性能。
4 结 论
（1）橡胶集料水泥砂浆的抗折强度和抗压强度随着橡胶掺量的增大而降低，橡胶集料的颗粒尺寸对CRM的性能具有显著的影响。在本实验条件下掺加粗粒橡胶的CRM的性能最优，说明橡胶的掺量存在一个最佳的掺量范围，也存在着橡胶颗粒的最佳粒径。
（2）可再分散胶粉聚合物对橡胶水泥砂浆的强度等性能具有一定的改性作用，与传统的聚合物混凝土理论基本相符合，但不同粒径的橡胶颗粒有不同的影响，试验数据表现出较大的离散性，需要做进一步的分析与研究。
参考文献
1 李悦，王玲.橡胶集料混凝土研究进展综述［J］. 混凝土2006（4）：91.
2 马一平.提高水泥石-集料界面粘结强度的研究.建筑材料学报.1999，2（1）：29.
3 Ohama Y. Polymer-based admixtures. Cement and Concrete Composites，1998，20：189.
4 钟世云，陈志源.三种乳液改性水泥砂浆性能的研究.混凝土与水泥制品［J］.2000（1）：18.
5 Sakai E，Sugita J. Composite mechanism of polymer modified cement. Cement and Concrete Research. 1995，25（1）：127.
