CN102557555A

CN102557555A - 一种矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土

Info

Publication number: CN102557555A
Application number: CN2011104472135A
Authority: CN
Inventors: 贺东青; 朱大庆; 温森; 孔庆梅; 黎鹏; 王一鸣
Original assignee: Henan University
Current assignee: Henan University
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及一种矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土，包括由橡胶粉粒、水泥、砂子、石子、减水剂和水组成的橡胶水泥混凝土，其还含有短切玄武岩纤维和分散剂甲基纤维素；所述短切玄武岩纤维含量为橡胶水泥混凝土体积的0.1～0.5%，所述分散剂含量为水重量的0.05～0.2%。该混凝土适用于道路工程，抗压、抗弯拉强度高，变形能力好、弹模低。

Description

一种矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土

技术领域

本发明属土木工程材料技术领域，具体涉及一种矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土，该混凝土适用于道路工程。

背景技术

随着我国经济的迅速发展，公路交通量增大，重型运输车辆的比重越来越大，这对公路路面结构强度和使用性能提出了更高的要求。虽然水泥混凝土路面因其具有抗压强度高、抗弯拉强度高、温度稳定性好、使用寿命长等优点适应了这种需求，但也存在抗裂性差、抗冲击性能差，易开裂以及行车平稳性较差、噪音大等缺点。

目前，常通过在水泥混凝土中掺入纤维来改善其抗裂、抗冲击等性能，从而解决水泥混凝土路面的开裂问题。近几年来，钢纤维混凝土因其具有较高的抗弯拉强度和良好的路用性能，得到较广泛的应用。但是，若在混凝土中全部加入钢纤维，不但大大提高了工程的造价，在使用过程中也存在钢纤维锈蚀严重、路面使用寿命短等缺点。聚丙烯纤维对于降低混凝土的早期塑性收缩和干缩有独到的效用，虽然聚丙烯纤维对改善路面的抗裂有一定效果，但对提高路面的抗弯拉作用却不够明显。

为克服单一纤维对混凝土性能改善的局限性，申请号为03154270.0的专利申请，提出在路面底层摊铺一层金属纤维和上层摊铺聚合物合成纤维混凝土的路面结构，通过两种纤维叠加效应，起到对混凝土既增强又增韧的作用，从而改善混凝土路面的力学性能和耐久性，但这种路面结构对行车的舒适性方面没有任何改善。

针对水泥混凝土路面行车振动大、噪音大，中国专利200610023164.1公开了一种减振降噪橡胶混凝土，该专利以最大粒径为15mm的橡胶块代替部分粗骨料，但是这些粗大的橡胶块会造成材料局部匀质性降低，将其作为路面材料，路面浅层处的橡胶块易使其上部的砂浆在荷载作用下因应力集中而碎裂，长时间使用会导致路面形成斑斑点点的凹坑，影响行车的舒适性，道路使用寿命也大大降低。同时，大量文献报道：加入橡胶粉粒的混凝土，其抗压强度和抗弯拉强度都有不同程度的降低，且掺量越大，其下降的幅度越大。

发明内容

本发明目的在于提供矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土，该混凝土适用于道路工程，抗压、抗弯拉强度高，变形能力好、弹模低。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土，包括由橡胶粉粒、水泥、砂子、石子、减水剂和水组成的橡胶水泥混凝土，其中，还含有短切玄武岩纤维和分散剂；所述短切玄武岩纤维含量为橡胶水泥混凝土体积的0.1～0.5%，所述分散剂含量为水重量的0.05～0.2%。

优选的，所述短切玄武岩纤维含量为橡胶水泥混凝土体积的0.1～0.3%，短切玄武岩纤维长度为10～20mm；所述分散剂为甲基纤维素。

较好的，选用的短切玄武岩纤维的单纤直径15微米，弹性模量93～110 GPa，延伸率不小于3.1%，抗拉强度4150～4800 MPa。

本发明所述改性橡胶柔性混凝土按照本领域的常规方法进行配制即可。如：按混凝土材料配合比要求分别称取各原料；首先用饱和氢氧化钠水溶液浸泡橡胶粉粒30min；将甲基纤维素溶解于占用水总量30%左右的水中，随后加入短切玄武岩纤维并搅拌均匀得混合液a；将水泥、砂、石和浸泡过的橡胶粉粒倒入搅拌机中，干拌均匀；然后加入混合液a及余量的水，搅拌均匀，最后加入减水剂，搅拌至所需的坍落度即可。

选用的橡胶粉粒粒径范围在5～40目。选用的水泥是标号为32.5或42.5的硅酸盐水泥，或普通硅酸盐水泥。所用砂子优选细度模数在2.5～2.8的中砂，中砂选自河砂。选用的石子最大粒径为25mm。所用减水剂可以为普通减水剂或高效减水剂，减水率保持在10～20%。

本发明中的橡胶水泥混凝土和普通混凝土（普通混凝土主要由水泥、砂子、石子和水组成，减水剂可依据混凝土使用性能的要求相应增加）相比较，其区别在于：用橡胶粉粒替代部分砂子，替代率5～25%（指体积百分比）。其它组分配比按照《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）中要求的技术即可。

本发明旨在提供一种新型的水泥混凝土路面材料，这种新型材料是通过“绿色材料”玄武岩矿物纤维改性的橡胶混凝土，不但抗压、抗弯拉强度高，而且变形能力好、弹模低，用以克服目前水泥混凝土路面易裂，行车噪音大、振动大的缺陷。

本发明所述矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土具有以下优点：

1）在橡胶水泥混凝土中掺入短切玄武岩纤维，通过玄武岩纤维和橡胶颗粒这两种柔性材料的复合作用，不仅可以使混凝土具有高抗压、高抗弯拉强度和高抗冲击韧性，还有效降低了混凝土的弹性模量，提高了混凝土的阻尼比，为水泥混凝土路面减振降噪提供了可能。

2）利用纤维阻止混凝土的早期塑性裂缝，利用橡胶粉粒来降低混凝土的后期干缩量，实现了两种物质在混凝土中的抗裂、阻裂的“互补效应”，提高了这种柔性混凝土的耐久性，延长结构的使用寿命。

3）本发明采用的玄武岩纤维和橡胶粒是符合我国可持续发展策略、具有极大资源循环利用和环保意义的两种“绿色材料”。玄武岩纤维是以天然火山岩为原料生产加工而成的无机纤维，是一种纯天然绿色材料，除具有高强度、高模量的优点外，还具有耐温性佳（–269～700 ℃），抗氧化、抗酸碱性能优等特点，适应在各种环境下使用。以废旧轮胎经过简单加工成的橡胶粉粒，具有较好的韧性、抗渗性、抗疲劳、质轻等特点，将橡胶粉粒加入混凝土中，使废旧橡胶由黑色废物和环境公害变成土木工程领域的绿色资源。

具体实施方式

以下通过优选实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1―3

一种矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土，包括由橡胶粉粒（5～40目）、水泥（标号42.5）、中砂、石子（最大粒径25mm）、减水剂和水组成的橡胶水泥混凝土；还含有短切玄武岩纤维和分散剂甲基纤维素。选用的短切玄武岩纤维的单纤直径15微米，弹性模量93～110 GPa，延伸率不小于3.1%，抗拉强度4150～4800MPa。减水剂为聚羧酸系高性能减水剂（购自武汉市宏开建材科技有限公司），减水率保持在10～20%。

其中，实施例1至3中的橡胶粉粒替代砂子的体积率分别为10%、15%、20%；短切玄武岩纤维长度分别为20、15、10mm，掺量分别为橡胶水泥混凝土体积的0.1%、0.15%和0.2%；甲级纤维素含量分别为水重量的0.05%、0.1%和0.15%。实施例1―3所述柔性混凝土各原料配比见表1，表1中还给出了基准混凝土的原料配比作为对比。

表2给出了表1中所述各混凝土的性能指标。由表2可以看出，本发明柔性混凝土在保持与基准混凝土基本相同的高抗压、高抗弯拉强度的同时，其28天抗冲击韧性是基准混凝土的2～3倍，28天阻尼比是普通混凝土的1.6～2.7倍，而28天动、静弹性模量分别是基准混凝土的60～80%，180天干缩率是普通混凝土的57～73%。由此证实本发明柔性混凝土具有高抗压、高抗弯拉强度、高抗冲击韧性和高阻尼比，以及较低的动、静弹性模量和干缩率，利于水泥混凝土路面的防裂和减振降噪。

Claims

1.一种矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土，包括由橡胶粉粒、水泥、砂子、石子、减水剂和水组成的橡胶水泥混凝土，其特征在于，还含有短切玄武岩纤维和分散剂；所述短切玄武岩纤维含量为橡胶水泥混凝土体积的0.1～0.5%，所述分散剂含量为水重量的0.05～0.2%。

2.如权利要求1所述的矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土，其特征在于，所述短切玄武岩纤维含量为橡胶水泥混凝土体积的0.1～0.3%，其长度为10～20mm；所述分散剂为甲基纤维素。

3.如权利要求1或2所述的矿物纤维改性的橡胶柔性混凝土，其特征在于，所述短切玄武岩纤维的单纤直径为15微米，弹性模量93～110 GPa，延伸率不小于3.1%，抗拉强度4150～4800 MPa。