橡胶集料干粉砂浆的性能研究

橡胶集料干粉砂浆的性能研究

李 悦1, 王 敏1, 隋晓明2, 韩兆兴1, 吴玉生1
( 1. 北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室, 北京100022;2. 中国寰球工程公司华北规划设计院, 涿州072754)

在建筑节能领域, 外墙外保温技术作为建筑节能外围护结构保温的主要技术已成为共识, 但是其系统产品需消耗大量的能源和资源[1] 。外墙外保温系统的面层防护砂浆要求施工性好、粘结强度高、柔韧性好、厚抹灰无裂纹。但是, 目前的干粉砂浆产品很难达到厚抹灰无裂纹的指标, 而且柔韧性能不够、价格高, 并且没有保温作用, 达不到节能的效果[ 2] 。因此, 研制开发一种具有柔韧性能好、粘结强度高、保温性能较好、价格较低的建筑节能干粉保温砂浆具有重要的意义和实用价值。开发利用废弃材料的资源化技术, 已成为外墙外保温技术发展的一个重要方向。目前, 随着我国汽车工业的快速发展, 产生了越来越多的废旧轮胎,废旧轮胎由于难以降解容易燃烧, 堆积占用大量土地, 形成安全隐患, 造成严重的环境污染。我国是世界上第2 大轮胎生产国, 2007 年的废旧轮胎达到了1. 4 亿条, 并将以每年12% 的速度增加[ 3] 。因此, 如果以固体橡胶轮胎废弃物为原料, 利用其轻质、柔性好、保温隔热性能好等优点, 开发外墙外保温系统,符合循环经济发展的要求, 具有很好的技术优势和社会效益。该研究以废旧橡胶集料作为轻质保温集料, 结合木质纤维、纤维素醚、可再分散胶粉制备了橡胶集料干粉砂浆, 并对其力学性能、容重、粘结强度和导热系数等性能进行了研究。

1 试 验
1. 1 原材料
试验采用P O 42. 5 普通硅酸盐水泥; 建筑细砂, 粒径范围为0. 1~ 0. 5 mm, 表观密度为2 700 kg/m3 ; 选用200 目的橡胶集料, 表观密度为1 000 kg/m3 。外加剂为甲基纤维素醚、木质纤维和可再分散胶粉(RPP) 。

1. 2 配合比
试验主要选取了砂、废橡胶粉、RPP、甲基纤维素醚和木质纤维作为橡胶集料干粉砂浆的组成。各组分的配合比如表1 所示, 其中设水泥的质量份数为1。

1. 3 方法
先按配合比准确称取橡胶集料、砂、可再分散胶粉、木质纤维和甲基纤维素醚, 将其均匀混合之后,再加入适量的水搅拌, 搅拌均匀后装入试模, 置于振动台振动密实成型。在常温下使用塑料薄膜养护2d 后拆模, 再用塑料薄膜养护3 d 后将试件搬入标准养护室( 温度为20+- 2 , 相对湿度为95%以上) 养护。测定其7 d、28 d 抗压和抗折强度, 用压折比来表示橡胶集料干粉砂浆的柔韧性。采用SEI-3 型准稳态法热物性测定仪测定其导热系数。采用LBY-IV 型拉拔机测定试块的粘结拉拔强度, 如图1 所示。

2 结果与分析
在干粉砂浆中, 砂浆的柔韧性常用砂浆抗压强度与抗折强度的比值( 即压折比) 来衡量, 柔韧性不好则很容易产生裂缝, 砂浆压折比越小, 表示其柔韧性越好。由图2( a) 可以看出橡胶集料干粉砂浆的压折比3. 0, 并且随着橡胶集料掺量的增加而逐渐降低, 表现出较好的柔韧性能。其原因在于橡胶集料的添加增加了砂浆破坏时的最大变形极限, 能最大限度的吸收缺陷和微裂纹扩展所需的能量, 使砂浆在破坏前能承受更大的应力。此外, 高柔性和高弹性聚合物RPP 的存在也明显改善了砂浆的柔性和弹性。因此橡胶集料和聚合物RPP 的共同作用提高了砂浆的柔韧性能。橡胶集料干粉砂浆的14 d 粘结强度比普通干粉砂浆都有所提高, 其中B 组试件提高最为显著,达到了33%( 图2( b) ) 。分析其主要原因在于可再分散胶粉RPP 提高了砂浆的增粘保水能力, 使水泥黏结强度增加; 此外, 纤维素溶解于砂浆浆体液相中体积有所膨胀, 并由于"桥架"作用会增加浆体的粘度, 阻碍细集料在水泥浆体中的下沉和水泥颗粒在水分散体中的下沉, 从而改善砂浆的和易性和均匀性, 提高砂浆与基体材料之间的粘结强度[ 3, 4] 。但是粘结强度提高的主要原因可能是因为适量的橡胶集料表面光滑, 吸水率较低, 具有一定的减水作用,降低了水灰比, 提高了水泥砂浆的粘结性能。当橡胶集料掺量增加到一定程度后, 虽然材料基体的强度会降低, 但同时增大了RPP 的掺量, 其增粘保水作用变得显著。

从图2( c) 可以看出, 与普通水泥砂浆相比, 橡胶集料水泥砂浆容重下降的幅度较大, 最大可降低54%( E 组) , 容重的降低主要是由于橡胶颗粒的比重较轻1 000 kg/m3 , 显著低于所替代的砂子的比重
2 400 kg/m3 , 因此橡胶集料砂浆是一种轻质材料, 这与橡胶集料混凝土的性质相似[ 3, 6] 。由图2( d) 可以看出, 添加了橡胶颗粒后砂浆的导热系数有了明显的下降, 并且随着橡胶颗粒替换砂的体积的增加, 导热系数逐渐下降, 最高降低了90% , 说明橡胶干粉砂浆的热工性能很好, 有良好的保温效果。其主要原因是橡胶的导热系数远远低于普通水泥砂浆的导热系数, 其掺量的增加必然会有效降低橡胶集料干粉砂浆整体的导热系数。

3 结 论
a. 与普通干粉砂浆相比, 橡胶集料干粉砂浆具有容重小、粘结强度较高、压折比小等优点, 并且显示了较好的柔韧性, 能够有效抑制裂纹的产生与发展。
b. 橡胶干粉砂浆的导热系数较普通保温砂浆的导热系数要小, 表明加入橡胶颗粒可以提高保温砂浆的保温性能, 并且随着砂浆掺入量的增加导热系数减小, 砂浆的保温性能随之提高。
c. 可再分散胶粉聚合物、甲基纤维素醚和木质纤维等外加剂的加入对橡胶干粉砂浆的综合性能具有显著的改善作用, 但这些加剂的掺量存在一个最佳范围, 但其选择和判断依据有待于进一步的研究
与探讨。

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