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基本信息

項(xiàng)目名稱：
路用橡膠混凝土橡膠粉適宜摻和量及最佳改性劑研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本文分析了混凝土路面中橡膠粉的適宜摻和量，探索了混凝土路面中橡膠粉的最佳改性劑及改性工藝。試驗(yàn)研究表明：路用橡膠粉適宜“低摻量”、“高目數(shù)”、“多目級(jí)配”的摻用方式，其適宜摻和量為4%，最佳改性劑是無(wú)機(jī)鹽改性劑，CaCl2以橡膠粉質(zhì)量5%作改性劑用量時(shí)，能使橡膠混凝土強(qiáng)度提高14%，使混凝土強(qiáng)度下降幅度由27.7%減小為17.5%，改性效果明顯。
詳細(xì)介紹：
本試驗(yàn)從“低摻量”、“高目數(shù)”、“多目級(jí)配”摻用方式出發(fā)，兼顧橡膠粉最大回收利用的原則，進(jìn)行路用橡膠混凝土橡膠粉適宜摻和量的試驗(yàn)研究。本試驗(yàn)以4%摻量作為適宜摻和量，來(lái)進(jìn)一步研究路用橡膠混凝土橡膠粉的最佳改性劑。 1 改性劑選擇 為了尋找路用橡膠混凝土橡膠粉的適宜改性劑，兼顧經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、適用要求，本試驗(yàn)從無(wú)機(jī)改性劑、有機(jī)改性劑中選取一定的具有改性空間的典型試劑做試驗(yàn)：即選擇水、NaOH、CCl4、鹽酸、乙酸、氨水、CaCl2、MgSO4、Al2(SO4)3、丙酮、CS2、甘油12種改性劑，其中后九種改性劑為最新嘗試。 2 試驗(yàn)方法 由于橡膠粉、混凝土都屬于低成本高產(chǎn)量的產(chǎn)品，因此對(duì)其改性工藝也應(yīng)考慮成本的控制，以便更有利于工業(yè)化推廣應(yīng)用。 水：橡膠粉在水中浸泡24h后過(guò)濾烘干，封裝待用，除去橡膠粉表面雜質(zhì)及添加劑。 無(wú)機(jī)鹽：化工產(chǎn)業(yè)中使用1價(jià)、2價(jià)、3價(jià)金屬鹽（如Na+,Mg2+,Ca2+,Al3+等）做粉末橡膠凝聚劑來(lái)合成橡膠，凝聚劑一般控制在4%～10%。參照化工原理，本試驗(yàn)選用CaCl2、MgSO4、Al2(SO4)3做路用橡膠粉改性劑。改性工藝：將改性劑按照橡膠粉質(zhì)量5%稱取，配成10%鹽溶液，然后將橡膠粉浸泡在鹽溶液中24h后烘干，封裝待用。浸泡目的是使無(wú)機(jī)鹽物質(zhì)充分浸入橡膠顆粒表面，烘干則是使剩余的改性劑以晶體形態(tài)附著于橡膠顆粒表面，從而在生產(chǎn)橡膠混凝土?xí)r，利用改性劑的凝聚作用增強(qiáng)橡膠顆粒與水泥漿體的粘結(jié)。 酸堿溶液：將橡膠粉用1%的NaOH溶液浸泡24h，然后用清水浸泡3h，過(guò)濾，再用清水洗滌，最后烘干，封裝待用。利用NaOH除去橡膠顆粒表面處的添加劑，使添加劑轉(zhuǎn)換成可溶性的鈉鹽，從而增強(qiáng)橡膠顆粒與水泥漿體之間的粘結(jié)。用相同的工藝，將橡膠粉分別用1%的鹽酸溶液、2%的氨水、2%的乙酸溶液浸泡24h，最后烘干，封裝待用。酸堿溶液對(duì)橡膠顆粒表面也有一定的腐蝕作用，使其表面變得不光滑，從而增強(qiáng)橡膠顆粒與水泥漿體之間的粘結(jié)。 有機(jī)溶劑：本試驗(yàn)結(jié)合橡膠粉的目數(shù)即比表面積來(lái)確定有機(jī)溶劑的合理用量，然后將有機(jī)溶劑滴入橡膠粉中，用玻璃棒充分?jǐn)嚢杈鶆蛎芊?4h后使用。用比表面積計(jì)算的目的是讓所有的橡膠顆粒表面恰好都形成有機(jī)薄膜。 試件制作與上述的混凝土相同，養(yǎng)護(hù)28d。 1 試驗(yàn)研究結(jié)論 （1）路用橡膠混凝土的橡膠粉適宜“低摻量”、“高目數(shù)”、“多目級(jí)配”的摻用方式，經(jīng)試驗(yàn)研究，在該摻用方式和使用改性劑的前提下，橡膠粉適宜摻和量為4%；在4%摻量下展開(kāi)力學(xué)研究，得出：顆粒狀橡膠混凝土強(qiáng)度高于纖維狀橡膠混凝土；橡膠粉對(duì)普通混凝土、鋼纖維混凝土、鐵尾礦混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律相同，三種混凝土分別降低27.7%、29.5%、22.3%；橡膠粉降低混凝土的劈裂強(qiáng)度25%。 （2）兼顧經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、適用的原則，路用橡膠混凝土4%摻量的橡膠粉，最佳改性劑是無(wú)機(jī)鹽改性劑，而有機(jī)溶劑、酸堿溶液等不適宜作為路用橡膠粉改性劑；不同無(wú)機(jī)鹽中，CaCl2改性效果最好，Al2(SO4)3次之，醋酸銨和醋酸鈉效果不好；橡膠粉在無(wú)機(jī)鹽溶液中浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度提高越多，抗壓強(qiáng)度越高；CaCl2濃度越小，處理過(guò)的橡膠混凝土強(qiáng)度越高；無(wú)機(jī)鹽改性劑對(duì)橡膠混凝土劈裂強(qiáng)度影響不大。

作品圖片

  • 路用橡膠混凝土橡膠粉適宜摻和量及最佳改性劑研究
  • 路用橡膠混凝土橡膠粉適宜摻和量及最佳改性劑研究
  • 路用橡膠混凝土橡膠粉適宜摻和量及最佳改性劑研究

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

目的：將廢舊輪胎橡膠粉摻入到混凝土路面中，即能減少黑色污染，又能改善混凝土路面裂縫、耐久性等問(wèn)題。但是，大量橡膠粉摻入到混凝土中會(huì)使路面強(qiáng)度降低，應(yīng)用會(huì)受到一定的限制，為此，本文進(jìn)行路用橡膠混凝土橡膠粉適宜摻和量及最佳改性劑研究，以保證和提高橡膠混凝土強(qiáng)度。基本思路：通過(guò)強(qiáng)度試驗(yàn)，確定橡膠粉適宜摻和量，在此研究基礎(chǔ)之上，分析橡膠粉的最佳改性劑，探索最合理改性工藝，以加快橡膠粉在混凝土路面中的應(yīng)用。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性：本作品從力學(xué)試驗(yàn)研究入手，得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)進(jìn)行科學(xué)分析，得出符合要求的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)。 先進(jìn)性：從開(kāi)發(fā)滿足需要的新材料的角度出發(fā)，站在循環(huán)經(jīng)濟(jì)的高度，研究開(kāi)發(fā)路用橡膠混凝土橡膠粉的適宜摻和量及最佳改性劑，其改性劑品種最多，改性劑改性工藝最合理、最先進(jìn)。 獨(dú)特處：本作品所進(jìn)行的低摻量下的適宜摻和量與最佳改性劑研究是橡膠混凝土研究領(lǐng)域的第一例。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

首先，有助于消除黑色污染，促進(jìn)廢舊輪胎的有效利用，遏制輪胎對(duì)土地的占用和環(huán)境的污染。第二，對(duì)改善混凝土路面的脆性、密度、吸聲隔熱、抗沖擊和抗裂性能有積極意義。第三，國(guó)內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量的公路、橋梁需要建設(shè)，急需解決目前混凝土路面材料存在性能上的不足。 本課題適應(yīng)科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，符合環(huán)保和資源利用兩大主題，不僅有著良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，而且有著廣闊的市場(chǎng)發(fā)展空間和光明的應(yīng)用前景。

學(xué)術(shù)論文摘要

本作品設(shè)計(jì)0%、1%、2%、3%、4%、5%共6種摻量的路用橡膠混凝土，以研究橡膠粉適宜摻和量。經(jīng)測(cè)定：橡膠粉摻量超過(guò)3%時(shí)，抗壓、抗折強(qiáng)度均低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。本作品分析4%摻量可以作為橡膠粉的適宜摻和量，但前提是利用橡膠粉改性劑。本作品選取12種改性劑，在4%摻量下測(cè)試改性劑對(duì)強(qiáng)度的影響。經(jīng)測(cè)定：無(wú)機(jī)鹽改性劑能顯著增強(qiáng)橡膠粉與水泥基體的粘結(jié)強(qiáng)度，CaCl2以橡膠粉質(zhì)量5%作改性劑用量時(shí)，能使橡膠混凝土強(qiáng)度提高14%，使混凝土強(qiáng)度下降幅度由27.7%減小為17.5%，改性效果最好。有機(jī)溶劑、酸堿溶液不適宜作為路用橡膠粉改性劑；路用橡膠粉之無(wú)機(jī)鹽改性工藝基本可行，但還需通過(guò)試驗(yàn)不斷地探索和研究。

獲獎(jiǎng)情況

1《Research on Modifier and Modified Process for Rubber-particle Used in Rubberized Concrete for Road》2011.6在?？谕聊九c建材國(guó)際會(huì)議發(fā)表，將被EI收錄。 2《廢舊橡膠粉在水泥砼路面中應(yīng)用研究》2011.6《北方交通》發(fā)表，已錄用。 3《路用橡膠砼研究現(xiàn)狀及前景》2011.7《混凝土》發(fā)表，已錄用。

鑒定結(jié)果

鞍山市公路管理處討論認(rèn)為：本作品試驗(yàn)研究合理，數(shù)據(jù)可靠，分析到位，技術(shù)先進(jìn)，具有很好的應(yīng)用價(jià)值和使用價(jià)值，可以在鞍山地區(qū)修筑試驗(yàn)路段，以便于以后的推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

1賈峰，包惠明.橡膠粉水泥混凝土性能試驗(yàn)的研究[J].混凝土，2007（9）：69-72. 2馬一平，劉曉勇等.改性橡膠混凝土的物理力學(xué)性能[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2009（4）：379-383. 3李麗娟，陳智澤，謝偉峰等.橡膠改性高強(qiáng)混凝土基本性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2007（5）：60-63. 4李悅，王敏等.界面改性劑對(duì)橡膠集料水泥砂漿強(qiáng)度的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（6）：63-65.

同類課題研究水平概述

強(qiáng)度研究：研究表明，橡膠顆粒的摻入會(huì)顯著影響混凝土的抗壓、抗折和劈裂抗拉強(qiáng)度，特別是抗壓強(qiáng)度；隨著橡膠粉摻量增加，強(qiáng)度下降更大，摻量與下降值之間沒(méi)有線性關(guān)系。其中，膠粉粒徑對(duì)橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度影響較大，40目橡膠粉強(qiáng)度降低值最??；摻量不變，水灰比越小，抗壓強(qiáng)度降低值越?。辉缙趶?qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快；水中養(yǎng)護(hù)的橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的強(qiáng)度；摻用改性橡膠粉的混凝土強(qiáng)度下降幅度顯著減??；膠粉的表面改性工藝對(duì)強(qiáng)度的影響高于橡膠粉細(xì)度的影響。橡膠混凝土的抗折強(qiáng)度隨橡膠粉摻量的增加而近似呈線性降低，其降低程度要低于抗壓強(qiáng)度的降低程度，從而印證了橡膠混凝土比普通混凝土具有優(yōu)越的抗裂性能。其中，橡膠粉摻量越高抗裂性能越好；抗折強(qiáng)度隨著水灰比的降低而增大，橡膠混凝土路面，最佳水灰比應(yīng)在0.34~0.45之間；經(jīng)過(guò)改性處理的橡膠混凝土，路面彎拉強(qiáng)度可達(dá)到5.0MPa，基本滿足高強(qiáng)低彈要求。橡膠顆粒使混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度降低較多，且顆粒粒徑對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度影響較大。所有研究都認(rèn)為添加橡膠粉會(huì)降低混凝土的彈性模量，其彈性模量隨橡膠摻量的增加和溫度的升高而減小。 改性劑研究：橡膠粉改性劑大體分為三類，即無(wú)機(jī)改性劑、有機(jī)改性劑、偶聯(lián)劑。從研究情況上看，硅烷偶聯(lián)劑適用于橡膠粉中等摻量和高摻量時(shí)改性情況，不適于路用橡膠混凝土低摻量改性情況；CCl4有機(jī)改性劑和NaOH溶液無(wú)機(jī)改性劑也是如此，同樣不適用于路用橡膠混凝土低摻量改性情況；而固態(tài)NaCl和NaOH直接加入混凝土中，使3%橡膠粉摻量的橡膠混凝土，強(qiáng)度提高了10%-27%，說(shuō)明無(wú)機(jī)改性劑中固態(tài)無(wú)機(jī)鹽、堿，適用于路用橡膠混土低摻量情況，有一定的改性空間，但其改性工藝還不成熟，需要繼續(xù)研究和探索。
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