摘 要：橡膠粉代替砂子是目前改善砂漿韌性的新方法，膠粉表面改性是獲得優(yōu)良性能砂漿的重要方法。本文比較了多種膠粉表面處理方法對(duì)砂漿力學(xué)性能的影響，合成了一種膠粉表面改性劑，可以較好的改善膠粉膠砂后期強(qiáng)度，28天抗折強(qiáng)度達(dá)到空白試樣的78.6%，抗壓強(qiáng)度達(dá)到空白試樣93.9%，偶聯(lián)劑Si-69可以較好地改善膠粉膠砂3天抗折抗壓強(qiáng)度，分別達(dá)到空白試樣的91.5%和99.8%，抗劈裂強(qiáng)度也表現(xiàn)了相似的規(guī)律。
關(guān)鍵詞：橡膠粉；砂漿；表面改性
近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)廢舊輪胎的綜合利用引起了高度的重視，將橡膠粉末應(yīng)用于砂漿與混凝土以改善其綜合性能的研究是目前研究的熱點(diǎn)之一。對(duì)水泥基橡膠砂漿與混凝土的研究[1-7]還處于探索階段，國(guó)內(nèi)對(duì)橡膠砂漿與混凝土的研究也開(kāi)展了有益的工作[8-11]。有些學(xué)者通過(guò)橡膠顆粒的表面處理來(lái)提高橡膠混凝土的強(qiáng)度[12-17]，多是采用清水沖洗、酸堿腐蝕、CCl4乳液處理、偶聯(lián)劑等方式來(lái)清除橡膠顆粒表面污染物，改變表面性質(zhì)，以提高橡膠顆粒與水泥基體的界面黏結(jié)強(qiáng)度，有一定效果，但研究都不深入，效果不是很好。本文比較了不同膠粉改性方法對(duì)水泥砂漿抗壓抗折強(qiáng)度的影響，并合成一種能較好改善膠粉-水泥基體結(jié)合的處理劑。
1 試驗(yàn)原料與試驗(yàn)方法
1.1原材料
水泥采用焦作堅(jiān)固牌P.O 42.5水泥，砂子采用細(xì)度模數(shù)2.7的普通中砂，膠粉使用廣東方達(dá)環(huán)宇環(huán)?？萍加邢薰镜?/SPAN>10目、20目、30目、60目、100目的橡膠粉。
1.2 膠粉處理
⑴ 清水處理 以自來(lái)水清洗橡膠粉表面，后用遠(yuǎn)紅外干燥箱50℃烘干。
⑵ 超聲波清洗 在超聲清洗槽中將橡膠粉超聲清洗30min, 后用遠(yuǎn)紅外干燥箱50℃烘干。
⑶ NaOH處理 以飽和NaOH溶液浸泡橡膠粉14h，用清水洗凈，抽濾后用遠(yuǎn)紅外干燥箱50℃烘干。
⑷ CCl4處理 以CCl4液體浸泡橡膠粉10h，抽濾后用遠(yuǎn)紅外干燥箱50℃烘干。
⑸ Si-69處理 將質(zhì)量為橡膠粉質(zhì)量5% Si-69偶聯(lián)劑配制成質(zhì)量濃度為5%的乙醇溶液，分別加入硫化促進(jìn)劑CZ、DM各0.5%（相對(duì)于橡膠粉質(zhì)量百分比），與橡膠粉一起加入帶有冷凝管的三口燒瓶中加熱攪拌，在80℃將乙醇蒸餾回收，然后加熱到160℃保溫30min。
KH⑹-151偶聯(lián)劑處理
將質(zhì)量為橡膠粉質(zhì)量5%的 KH-151 偶聯(lián)劑配制成質(zhì)量濃度為5%的乙醇溶液，浸泡橡膠粉30min，加入帶有冷凝管的三口燒瓶中加熱攪拌，在80℃將乙醇蒸餾回收，后將4%（相對(duì)于KH-151質(zhì)量百分比）的過(guò)硫酸鉀配制成質(zhì)量濃度40%的水溶液，加入三口燒瓶中，加熱到100℃保溫2h。
⑺自制處理劑處理
將質(zhì)量為橡膠粉質(zhì)量5%的A配制成質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液，撒在橡膠粉表面，攪拌使其充分浸潤(rùn)橡膠粉，加入帶有冷凝管的三口燒瓶中加熱攪拌，在80℃將乙醇蒸餾回收，后將4%（相對(duì)于A質(zhì)量百分比）的過(guò)硫酸鉀配制成質(zhì)量濃度40%的水溶液，加入三口燒瓶中，加熱到100℃保溫1h，后加入B，繼續(xù)反應(yīng)2h。
⑻鈦酸酯處理 將質(zhì)量為橡膠粉質(zhì)量5%的鈦酸酯偶聯(lián)劑配制成質(zhì)量濃度為5%的乙醇溶液，浸泡橡膠粉30min，加入帶有冷凝管的三口燒瓶中加熱攪拌，在80℃將乙醇蒸餾回收，后加熱到100℃保溫2h。
1.3 試樣制備
分別用以上八種膠粉處理方法對(duì)10目、20目、30目、60目、100目的橡膠粉進(jìn)行處理，將處理好的膠粉按以下質(zhì)量比例進(jìn)行混合， m10:m20:m30:m60:m100 =7:40:20:20:12。按GB/T17671-1999方法進(jìn)行橡膠改性水泥膠砂強(qiáng)度測(cè)試，水泥:砂:水=1:3:0.5，將未處理的混合膠粉和不同方法處理的混合膠粉分別按等體積取代水泥膠砂中10%的砂子，制成40 mm×40 mm×160mm試塊。
2 結(jié)果與討論
2.1 抗折強(qiáng)度
分別測(cè)定試件3天、7天、28天的抗折強(qiáng)度，結(jié)果如圖1所示。膠粉摻入砂漿，降低了砂漿的抗折強(qiáng)度，且隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，膠粉對(duì)砂漿抗折影響越大。采用8種方法對(duì)膠粉進(jìn)行表面處理后，砂漿的抗折強(qiáng)度得到提高，但是對(duì)不同養(yǎng)護(hù)期的效果有較大差異。3天的抗折強(qiáng)度，摻入10%的Si-69處理的膠粉，能達(dá)到空白的91.5%；其次是NaOH，能達(dá)到89.6%；自制的達(dá)到79.4%；膠粉的9種處理方式對(duì)改善膠粉砂漿抗折強(qiáng)度的大小依次是Si-69＞NaOH＞KH-151＞鈦酸酯＞超聲水洗＞未處理＞自制＞CCl4＞水洗。7天的抗折強(qiáng)度，經(jīng)NaOH處理，能使抗折強(qiáng)度達(dá)到空白試樣的79.1%；其次是自制的能達(dá)到77.6%，膠粉的9種處理方式對(duì)改善膠粉砂漿抗折強(qiáng)度的大小依次是NaOH＞自制＞Si-69＞超聲水洗＞KH-151＞水洗＞未處理＞鈦酸酯＞CCl4。28天的抗折強(qiáng)度，膠粉表面的處理方式的影響大小依次是自制＞KH-151＞CCl4＞未處理＞超聲水洗＞NaOH＞Si-69＞水洗＞鈦酸酯。綜合膠粉的處理方式對(duì)各養(yǎng)護(hù)期抗折強(qiáng)度影響，采用自制表面改性劑、NaOH、 Si-69等處理方式較好。
2.2 抗壓強(qiáng)度
膠粉的處理方式對(duì)膠粉砂漿抗壓強(qiáng)度的影響如圖2所示，膠粉的摻入降低了各個(gè)時(shí)期的抗壓強(qiáng)度，但是通過(guò)對(duì)膠粉的表面處理能提高膠粉砂漿的抗壓強(qiáng)度。對(duì)于3天的抗壓強(qiáng)度，Si-69的效果最好，能達(dá)到空白樣的99.8%，9種處理方式作用大小依次是Si-69＞KH-151＞水洗＞未處理＞CCl4＞超聲水洗＞NaOH＞鈦酸酯＞自制。7天，CCl4處理能達(dá)到空白樣的90.3%，各方法的作用大小依次是CCl4＞Si-69＞超聲水洗＞NaOH＞KH-151＞未處理＞水洗＞自制＞鈦酸酯。28天，CCl4能與空白樣相當(dāng)，大小依次是CCl4＞自制＞超聲水洗＞KH-151＞Si-69＞NaOH＞未處理＞鈦酸酯＞水洗。綜合分析CCl4、Si-69、超聲水洗等方法較好。
2.3 抗劈裂強(qiáng)度
砂漿56天的抗劈裂強(qiáng)度如圖3所示，膠粉降低砂漿的劈裂強(qiáng)度，但是通過(guò)對(duì)膠粉表面處理，能提高膠粉砂漿的抗劈裂強(qiáng)度，各種方法的效果大小依次是Si-69＞自制＞KH-151＞CCl4＞未處理＞超聲水洗＞NaOH＞水洗＞鈦酸酯。經(jīng)Si-69處理后能達(dá)到空白樣的88.5%，自制的處理劑能達(dá)到空白樣80%。
綜合以上分析，用Si-69、KH-151和自制處理劑處理橡膠粉效果較好，其中Si-69可以較好地改善添加膠粉后膠砂3天抗折和抗壓強(qiáng)度，分別達(dá)到未加膠粉空白試樣的91.5%和99.8%，而KH-151和自制處理劑可以較好的改善添加膠粉后膠砂后期抗折抗壓強(qiáng)度，28天抗折強(qiáng)度分別達(dá)到未加膠粉空白試樣的73.2%和78.6%，抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到未加膠粉空白試樣的92.6%和93.9%，抗劈裂強(qiáng)度也表現(xiàn)了相似的規(guī)律。CCl4處理的膠粉試件抗壓強(qiáng)度降低較少，但抗折強(qiáng)度降低較多。
3 討論
目前使用的膠粉通常是由廢舊輪胎破碎得到，輪胎內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)是一種交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)鏈烯烴通過(guò)硫橋交聯(lián)在一起，而聚合物分子鏈又通過(guò)物理和化學(xué)鍵吸附在主要補(bǔ)強(qiáng)成分炭黑表面。在廢舊輪胎破碎過(guò)程中，立體分子鏈必然被破壞，橡膠粉表面必然存在著斷裂的分子鏈、硫橋鍵，裸露的炭黑、惰性填料以及增塑劑硬脂酸等。這些活性點(diǎn)由于在加工過(guò)程中吸附氣體或雜質(zhì)而失去活性，所以所制得的橡膠粉末表面通常為惰性的，在使用時(shí)需要對(duì)其表面進(jìn)行改性。
用Si-69、KH-151和自制處理劑處理橡膠粉效果較好，這可能是由于這三種處理方法使膠粉與水泥基體之間形成了如圖4所示的牢固結(jié)合，改善了膠粉和水泥基體之間的界面過(guò)渡區(qū)，從膠粉砂漿斷面掃描電鏡照片可以驗(yàn)證這一點(diǎn)，圖5 (a)為未處理膠粉在試塊斷裂時(shí)發(fā)生了抽拔行為，橡膠粉本身沒(méi)有斷裂，而且膠粉與水泥基體界面有較大空隙，圖5 (b)是經(jīng)自制處理劑處理后的膠粉，在試塊破壞時(shí)發(fā)生了韌性斷裂，說(shuō)明膠粉與水泥基體有了較強(qiáng)結(jié)合。
其它處理方法（水洗、超聲水洗、NaOH腐蝕）都是通過(guò)清洗膠粉表面除去其表面吸附物和擴(kuò)散到表面的增塑劑硬脂酸等，使膠粉自身表面活性提高，改善與水泥基體結(jié)合性能，改性效果不是很好。
4 結(jié)論
（1）膠粉摻入砂漿中降低砂漿的抗折、抗壓和抗劈裂強(qiáng)度，通過(guò)對(duì)膠粉的表面處理能夠改善砂漿的力學(xué)性能，但是水洗、超聲水洗、NaOH腐蝕等處理方法處理膠粉效果不如偶聯(lián)劑等表面改性方法效果好。
（2）用Si-69偶聯(lián)劑處理膠粉可以較好地改善添加膠粉后水泥膠砂3天抗折和抗壓強(qiáng)度，分別達(dá)到未加膠粉空白試樣的91.5%和99.8%，用自制處理劑處理膠粉可以較好的改善添加膠粉膠砂后期抗折和抗壓強(qiáng)度，28天抗折強(qiáng)度分別達(dá)到未加膠粉空白試樣的78.6%，抗壓強(qiáng)度達(dá)到未加膠粉空白試樣的93.9%，抗劈裂強(qiáng)度也表現(xiàn)了相似的規(guī)律。
