基本信息
- 項目名稱:
- 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。試驗研究表明:路用橡膠粉適宜“低摻量”、“高目數(shù)”、“多目級配”的摻用方式,其適宜摻和量為4%,最佳改性劑是無機(jī)鹽改性劑,CaCl2以橡膠粉質(zhì)量5%作改性劑用量時,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:
- 本試驗從“低摻量”、“高目數(shù)”、“多目級配”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研究。本試驗以4%摻量作為適宜摻和量,來進(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,本試驗從無機(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: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后過濾烘干,封裝待用,除去橡膠粉表面雜質(zhì)及添加劑。 無機(jī)鹽:化工產(chǎn)業(yè)中使用1價、2價、3價金屬鹽(如Na+,Mg2+,Ca2+,Al3+等)做粉末橡膠凝聚劑來合成橡膠,凝聚劑一般控制在4%~10%。參照化工原理,本試驗選用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:本試驗結(jié)合橡膠粉的目數(shù)即比表面積來確定有機(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)”、“多目級配”的摻用方式,經(jīng)試驗研究,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;橡膠粉在無機(jī)鹽溶液中浸泡時間越長,抗壓強(qiáng)度提高越多,抗壓強(qiáng)度越高;CaCl2濃度越小,處理過的橡膠混凝土強(qiáng)度越高;無機(jī)鹽改性劑對橡膠混凝土劈裂強(qiáng)度影響不大。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 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、耐久性等問題。但是,大量橡膠粉摻入到混凝土中會使路面強(qiáng)度降低,應(yīng)用會受到一定的限制,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:通過強(qiáng)度試驗,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)性及獨特之處
- 科學(xué)性:本作品從力學(xué)試驗研究入手,得出試驗數(shù)據(jù),運用數(shù)理統(tǒng)計進(jìn)行科學(xué)分析,得出符合要求的各項力學(xué)性能指標(biāo)。 先進(jìn)性:從開發(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)用價值和現(xiàn)實意義
- 首先,有助于消除黑色污染,促進(jìn)廢舊輪胎的有效利用,遏制輪胎對土地的占用和環(huán)境的污染。第二,對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,符合環(huán)保和資源利用兩大主題,不僅有著良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,而且有著廣闊的市場發(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)測定:橡膠粉摻量超過3%時,抗壓、抗折強(qiáng)度均低于設(shè)計強(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%摻量下測試改性劑對強(qiáng)度的影響。經(jīng)測定:無機(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,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;路用橡膠粉之無機(jī)鹽改性工藝基本可行,但還需通過試驗不斷地探索和研究。
獲獎情況
- 1《Research on Modifier and Modified Process for Rubber-particle Used in Rubberized Concrete for Road》2011.6在??谕聊九c建材國際會議發(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)用價值和使用價值,可以在鞍山地區(qū)修筑試驗路段,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,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研究[J].混凝土,2007(5):60-63. 4李悅,王敏等.界面改性劑對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,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有線性關(guān)系。其中,膠粉粒徑對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??;早期強(qiáng)度增長緩慢,后期強(qiáng)度增長較快;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%,說明無機(jī)改性劑中固態(tài)無機(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。