橡膠粉砂漿作為裝配式路面基層調平材料的可行性試驗研究

石爽爽 閆 壘

（黃河交通學院，河南 焦作 454950）

0 引言

裝配式混凝土路面作為一種新興的路面形式，與傳統的路面形式相比，具有工期短、便于維修等特點，但路面整體的平整度限制了它的應用及發展[1]。經過大量的調查和分析發現：影響路面平整度的主要原因包括預制板的尺寸和基層的平整性。預制板尺寸越大，接縫數量越少，路面整體平整度也就越好。裝配式路面是由板塊拼裝而成的，考慮到預制板的運輸、施工及受力情況，板塊的尺寸不能太大，一般控制在2.5～5m。這就導致很難從尺寸上著手解決路面平整度的問題，只能通過調平材料對基層進行調平，提高基層平整性從而提高路面整體的平整度?；鶎诱{平層對調平材料有較高的要求，不僅要求材料具有良好的流動性、干縮性、保水性，而且要求材料的彈性模量適中，以確保路面各層之間能夠很好地共同工作。

據不完全統計，目前我國廢舊輪胎的數量每年以10%左右的速度增長，至2021年底高達2.5億多條，但其回收率卻很低，造成了嚴重的資源量費，還會對環境造成不利影響，如何再利用廢舊輪胎成為研究的焦點。將廢舊輪胎進行粉碎，把橡膠制成粉末，用于公路改性瀝青、防水卷材、防水涂料等，是目前進行廢舊輪胎再利用的有效方法。通過查閱相關資料發現：加入橡膠粉制成的砂漿在韌性、保水性、干縮等方面具有優點；而且加入橡膠粉制成的砂漿廣泛應用還可以緩解廢舊輪胎引起的不利影響。因此，針對加入橡膠粉制成的砂漿應用于調平材料進行試驗研究，為今后基層調平材料的發展提供更多的選擇。

1 摻入不同含量橡膠粉的砂漿性能試驗設計

1.1 試驗材料

本試驗所用材料主要有水、減水劑、水泥、砂、橡膠粉、粉煤灰；其中水用的自來水，砂為天然砂，減水劑為市場常見的高效減水劑，水泥為普通硅酸鹽水泥（42.5級），粉煤灰為附近發電廠采購的普通粉煤灰。

1.2 試驗內容

按照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ70-2009）進行砂漿的稠度、保水性、干縮性、抗壓強度和彈性模量試驗。

1.3 試驗分組

本試驗所用的基準砂漿的配比為：水泥：天然砂：水：高效減水劑=1∶3.0∶0.54∶0.0032，橡膠粉含量以等體積代替天然砂的方法添加。本試驗以未摻加橡膠粉砂漿即表1中的第1組作為基準砂漿對照組，以摻入5%、10%、15%、20%和25%橡膠粉的砂漿作為試驗組，具體試驗分組及各組材料配合比如表1所示。

表1 試驗分組設計情況

2 摻入不同含量橡膠粉的砂漿性能試驗結果分析

2.1 砂漿稠度試驗結果分析

流動性是評價砂漿能否正常工作的重要指標[2]。本試驗選擇用稠度來表示砂漿的流動性，砂漿的流動性與稠度之間呈正相關的關系[3]。

試驗結果如圖1所示：橡膠粉含量增加，砂漿的流動性逐漸變差；且當加入量在5%~10%時，流動性變化得最快，之后基本成比例下降。這主要因為橡膠粉的粒徑及密度較小，可對砂漿的空隙進行填充，橡膠粉加入得越多，砂漿越密實，稠度也越小，流動性也越差。而且，橡膠粉作為無機非金屬材料，雖不具有吸水性，但由于橡膠粉本身顆粒的孔隙率比天然砂的大，粒徑小，其表面吸附的水分相對較多，所表現出的吸水性要強。因此，當水灰比保持不變時，橡膠粉越多，稠度就會越小。

圖1 橡膠粉含量與砂漿稠度的關系

2.2 砂漿保水性試驗結果分析

保水性既可以評價砂漿保存水分的能力，還可以評價砂漿各組成成分之間的離析狀況[4]。砂漿發生離析會嚴重影響砂漿的強度以及黏結性能，在砂漿硬之化后容易出現裂紋，甚至出現開裂的現象。

試驗結果如圖2所示：橡膠粉含量增多，砂漿保水性越好；當橡膠粉加入量為5%、10%、15%、20%、25%時，與第一組相比，保水性相對應的提高了1.13%、3.24%、5.9%、7.55%、8.31%。分析原因可能由于在砂漿中添加橡膠粉使其整體結構變得更密實，孔隙變小，從而使一部分水分無法再自由流動。因此，橡膠粉在某種程度上可以改善砂漿的保水性，而且保水性越好砂漿越不易發生離析現象。

圖2 橡膠粉含量與砂漿保水性之間的關系

2.3 砂漿抗壓強度試驗結果分析

抗壓強度是砂漿最基本的性能，也與砂漿的其他力學性能如粘結性、抗凍性等有著密切的關系，因此在對砂漿性能進行研究時，抗壓強度是不可或缺的。砂漿抗壓強度試驗結果如圖3所示，由圖3可知：

（1）砂漿的抗壓強度與齡期呈正相關，齡期越長，強度越高；

（2）橡膠粉的摻入明顯降低了砂漿的強度；

（3）當 橡 膠 粉 含 量 為25%時，3d抗 壓 強 度 從15.75MPa降至9.73MPa；7d抗壓強度從31.0MPa下降到16.35MPa；28d抗壓強度從33.62MPa下降到21.50MPa。這主要是因為橡膠粉不參與水泥的水化反應，而且橡膠粉顆粒會附著在水泥表面，從而阻擋水泥與水之間的接觸，對它們相互作用產生一定的影響，導致砂漿的抗壓強度減小。

2.4 砂漿彈性模量試驗結果分析

彈性模量是衡量橡膠粉砂漿能否作為裝配式路面基層調平材料的一個重要指標[4]，不管彈性模量過大還是過小都會對路面受力情況產生一定的影響，因此需要對砂漿的彈性模量進行研究。砂漿彈性模量試驗結果由表2所示：橡膠粉含量增加，砂漿的彈性模量再下降，且與第1組相比，當橡膠粉加入5%、10%、15%、20%和25%時，砂漿的彈性模量下降了6.02%、9.72%、15.7%、17.6%和24.5%。分析原因可能是因為橡膠粉本身的彈性模量較小，添加橡膠粉相當于向砂漿中添加了彈性材料，使其在相同的應力作用下所能承受的變形增大。另外，橡膠粉屬于無機非金屬材料不參與水泥水化反應，砂漿硬化后可形成一層臨近層，砂漿所能承受的應力減小，彈性模量也就減小。

表3 橡膠粉砂漿彈性模量測試結果

2.5 砂漿干縮性試驗結果分析

干縮的發生是不可逆轉的，而且干縮越大，越不利于調平層與基層和面層之間共同工作[5]。因此，對砂漿的干縮性能進行研究。砂漿干縮性試驗結果如圖4所示。從圖4可以看出：

圖4 橡膠粉與砂漿干縮性之間的關系圖

（1）齡期越長，干縮率越大；

（2）橡膠粉含量增加，砂漿各個齡期的干縮率都會下降；

（3）與第1組相比，當橡膠粉含量達到25%時，砂漿7d、14d、21d、28d、56d的干縮率可下降了58.5%、52.3%、45.2%、43.9%、43.6%。這是因為橡膠粉的顆粒粒徑較小，能夠起到填充作用，使砂漿內部孔隙率減少，孔隙率的減少就會使附加在孔隙中的水分減少，從而大大減少了水分的蒸發，抑制了砂漿的干縮變形。

3 橡膠粉砂漿作為基層調平材料的可行性分析

3.1 基層調平材料的基本要求

雖然，目前沒有相應的規范及標準對基層調平材料的性能做出一定的要求，但通過對裝配式路面進行大量的分析研究來看基層調平材料對砂漿具有以下要求：

（1）流動性和保水性要好；流動性越好在對基層進行調平時越容易，越易實現砂漿自找平效果；保水性可直接影響砂漿的性能，保水性越好硬化后的砂漿越不易干裂。

（2）干縮要??；砂漿的干縮性將直接影響路面的性能，干縮較大容易使調平層與基層、面層之間出現空隙，在荷載的長期作用下，路面板低會發生脫空現象，進而加劇路面平整度問題。

（3）彈性模量要適中；彈性模量大小也將直接影響路面和基層之間的工作性能。通常情況，裝配式路面的材料為剛性材料，而其基層材料大多是柔性材料；且一般基層彈性模量在1000~2500MPa[6]，剛性路面的彈性模量大約為30000MPa。若調平材料的彈性模量沒有保持在合理范圍內會對路面結構產生不利的影響，甚至是路面發生破壞。因此為了使路面各層之間保持良好的工作狀態，調平層的彈性模量應介于基層彈性模量與剛性路面的彈性模量之間，而且砂漿的彈性模量與基層的彈性模量值相差得越小，各層之間越能更好地共同工作。

3.2 應用橡膠粉砂漿的可行性分析

通過對上述試驗結果分析可知：橡膠粉含量增加，砂漿的稠度、抗壓強度及彈性模量降低，但其保水性和干縮性變好。因此，作為調平材料橡膠粉砂漿在保水性、干縮、彈性模量方面的性能要優于普通水泥砂漿，而在流動性和抗壓強度方面不具有優勢，但只要將橡膠粉含量控制在合理的范圍內，其流動性及抗壓強度仍可滿足要求。由此可知，橡膠粉砂漿具備作為基層調平材料的可行性。

4 結束語

綜上所述，通過對橡膠粉砂漿性能進行室內試驗研究可知：橡膠粉含量增多，砂漿流動性變差，保水性變好，干縮變形減小，彈性模量和抗壓強度降低。如果以橡膠粉砂漿作為基層調平材料，砂漿在保水性、彈性模量及干縮方面具有優勢，在流動性和抗壓強度方面不具備優勢，但在實際應用中可以通過控制橡膠粉的含量使其滿足相應的要求。