CN103396047A - 一种橡胶-高延性水泥基复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种橡胶-高延性水泥基复合材料，包括以下组成成分：水泥、粉煤灰、水、减水剂和橡胶添加剂，其中橡胶添加剂为橡胶粉或橡胶粉和石英砂的混合物。按照一定的配比和顺序进行搅拌制得本发明的材料，因加入了橡胶粉，增大高延性水泥基复合材料的变形能力。此外，由于本发明利用了大量的粉煤灰、橡胶粉作为原材料，消耗了现有的不利于环保的工业废渣与废旧橡胶，同时减少了石英砂的用量，有利于减少碳排放，使得高延性水泥基复合材料材料更加绿色。本发明的橡胶-高延性水泥基复合材料的研发可以大大改善传统高延性水泥基复合材料的性能，从而便于高延性水泥基复合材料材料在我国工程领域的应用推广。

Description

一种橡胶-高延性水泥基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及纤维增强水泥基复合材料领域。

背景技术

随着橡胶与汽车工业的发展，产生了大量的废旧橡胶，进而造成了周边的环境问题。废旧橡胶的堆放不仅仅会造成环境污染，而且为害虫、老鼠、蚊子提供了滋生场地。在过去的一些年里，考虑到环境问题，废旧橡胶的处理已经成为了一个急需解决的问题。在很多国家，废旧橡胶被燃烧或者用作燃料，这样做会严重污染周边环境。此外，由于供填埋废弃物的土地越来越少，填埋的处理方式已经不再可行，有些国家（比如法国）已经颁布的新的法律来禁止垃圾填埋。废弃物的数量越积越多已经成为了废弃物处理的主要问题，所以将废弃橡胶加工成小颗粒掺入到混凝土中是一个解决废弃橡胶处理的方法。

ECC(Engineered Cementitious Composites)材料是一种高延性的纤维增强水泥基复合材料，是基于微观力学原理优化设计的具有伪应变硬化特性和多缝开裂特征的一种新型土木工程材料。其中聚乙烯醇纤维(PVA)体积掺量通常在2％左右，ECC的拉应变在2％～5％，是普通混凝土的几百倍，抗压强度在配合比合适的情况下可高达70～80MPa。ECC材料的高拉应变能力是基于它在受拉过程中能够形成“稳定状态开裂”。“稳定状态开裂”是指当拉应变超过1％时，ECC中的裂缝宽度会稳定在60μm左右，随着拉应变的提高，裂缝宽度不发生改变而微裂缝的数目不断增加，即使在产生微裂缝后，ECC材料依然具有良好的抗渗透性。由于裂缝宽度稳定在60μm左右，在干湿循环的状况下，在水的作用下，裂缝会自我修复重新愈合。因此，该材料具有高延性、高韧性、高承载力、耐久性、自修复和可持续性等典型特征，具有良好的耗能减震特性。ECC材料的使用可以大大提高建筑物的使用寿命，大大降低建筑物在服务年限内的总造价，产生可观的经济效益。近年来，ECC材料在世界范围内得到推广，在日本和美国等发达国家，ECC作为一种理想材料已经被成功应用在水坝的修复、桥梁连接板、高层建筑的梁和桥面铺装等工程领域。

在过去的几十年里，将橡胶粉掺入混凝土中尽管已经有了大量的研究，但是，将它掺入到ECC中的研究还鲜有开展。

发明内容

要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供一种橡胶-高延性水泥基复合材料，将废弃橡胶在高延性水泥基复合材料领域进行再利用、充分发挥其剩余价值，解决废弃橡胶对环境的污染等技术问题，同时提高水泥基复合材料的性能，以便推广应用。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种橡胶-高延性水泥基复合材料，其特征在于：包括以下组分：水泥、粉煤灰、水、减水剂和橡胶添加剂，其中橡胶添加剂为橡胶粉和石英砂的混合物或橡胶粉。

进一步的，在本发明中，以等体积的橡胶添加剂替换石英砂进行计算，则各组分的质量份数为：

配比时，将部分或者全部石英砂等体积替换为橡胶粉；

另添加占复合材料总体积的1.5～2.5%的聚乙烯醇纤维。

更为优选的，在本发明中，以等体积的石英砂替换橡胶添加剂进行计算，则各组分的质量份数为：

配比时，将部分或者全部石英砂等体积替换为橡胶粉；

另添加占复合材料总体积的1.5%的聚乙烯醇纤维；

进一步的，在本发明中，所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂。

一种橡胶-高延性水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：加入相应质量比例的水泥和粉煤灰到搅拌锅中，进行搅拌均匀；

步骤2：根据等体积替换石英砂的橡胶添加剂的质量，计算橡胶添加剂的总体积，按照橡胶添加剂的配比向搅拌锅内加入橡胶粉和石英砂，并进行搅拌均匀；

步骤3：加入相应质量比例的水和减水剂到搅拌锅中继续搅拌，直至浆体流动性达到要求；

步骤4：依据配合比加入相应质量的聚乙烯醇纤维至搅拌锅中，继续搅拌，直至聚乙烯醇纤维分散均匀。

有益效果：本发明中利用橡胶粉部分取代甚至全部取代石英砂，可以使得水泥基质更加容易开裂，更有利于高延性水泥基复合材料达到饱和开裂状态，从而增大高延性水泥基复合材料的变形能力。由于橡胶的弹性特征，当水泥基质开裂时，嵌在基质中的橡胶吸收能量，进而降低裂缝开裂宽度。综上，本发明的橡胶-高延性水泥基复合材料的研发可以大大改善传统高延性水泥基复合材料的性能，从而便于高延性水泥基复合材料材料在我国工程领域的应用推广。

此外，由于本发明利用了大量的粉煤灰、橡胶粉作为原材料，消耗了现有的不利于环保的工业废渣与废旧橡胶，同时减少了石英砂的用量，有利于环保减少高延性水泥基复合材料的碳排放，使得高延性水泥基复合材料材料更加绿色。所以本发明是一种性能得到改善且环保的高延性水泥基复合材料。

附图说明

图1为本发明的一种橡胶-高延性水泥基复合材料四点弯曲试验示意图；

图2为本发明的一种橡胶-高延性水泥基复合材料与传统ECC材料的典型弯拉应力和挠度关系对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种橡胶-高延性水泥基复合材料，包括以下组分：水泥、粉煤灰、水、减水剂和橡胶添加剂，其中橡胶添加剂为橡胶粉和石英砂的混合物或橡胶粉。其中减水剂为聚羧酸型高效减水剂。

进一步的，在本发明中，以等体积的石英砂替换橡胶添加剂进行计算，则各组分的质量份数为：

配比时，将部分或者全部石英砂等体积替换为橡胶粉；

另添加占复合材料总体积的1.5～2.5%的聚乙烯醇纤维。

具体的各个实施例按如下表所示的各组分的份数进行配比：

按照如下步骤进行制备：

步骤1：加入相应质量比例的水泥和粉煤灰到搅拌锅中，进行搅拌均匀；

步骤2：根据等体积替换石英砂的橡胶添加剂的质量，计算橡胶添加剂的总体积，按照橡胶添加剂的配比向搅拌锅内加入橡胶粉和石英砂，并进行搅拌均匀；

步骤3：加入相应质量比例的水和高效减水剂到搅拌锅中继续搅拌，直至浆体流动性达到要求；

步骤4：依据配合比加入相应质量的聚乙烯醇纤维至搅拌锅中，继续搅拌，直至聚乙烯醇纤维分散均匀。

对制得本发明的一种橡胶-高延性水泥基复合材料的各个具体实施例以及传统ECC材料进行如图1所示的拉弯应力和挠度关系对比试验后，得到如图2所示的示意图。由图2可知，本发明的各个具体实施例，尤其以最佳配比的实施例4对应的曲线较传统ECC材料，在屈服变形阶段弯曲应力增加较为平稳，屈服极限所对应的挠度更大，即变形能力更好。故本发明的一种橡胶-高延性水泥基复合材料具有较强的屈服性能，改善传统ECC材料性能，更加适合于工程应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种橡胶-高延性水泥基复合材料，其特征在于：包括以下组分：水泥、粉煤灰、水、减水剂和橡胶添加剂，其中橡胶添加剂为橡胶粉和石英砂的混合物或橡胶粉。

2.根据权利要求1所述的一种橡胶-高延性水泥基复合材料，其特征在于：以等体积的橡胶添加剂替换石英砂进行计算，则各组分的质量份数为：

配比时，将部分或者全部石英砂等体积替换为橡胶粉；

另添加占复合材料总体积的1.5～2.5%的聚乙烯醇纤维。

3.根据权利要求1所述的一种橡胶-高延性水泥基复合材料，其特征在于：以等体积的橡胶添加剂替换石英砂进行计算，则各组分的质量份数为：

配比时，将部分或者全部石英砂等体积替换为橡胶粉；

另添加占复合材料总体积的1.5%的聚乙烯醇纤维。

4.根据权利要求1所述的一种橡胶-高延性水泥基复合材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸型高效减水剂。

5.一种橡胶-高延性水泥基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：加入相应质量比例的水泥和粉煤灰到搅拌锅中，进行搅拌均匀；

步骤2：根据等体积替换石英砂的橡胶添加剂的质量，计算橡胶添加剂的总体积，按照橡胶添加剂的配比向搅拌锅内加入橡胶粉和石英砂，并进行搅拌均匀；

步骤3：加入相应质量比例的水和减水剂到搅拌锅中继续搅拌，直至浆体流动性达到要求；

步骤4：依据配合比加入相应质量的聚乙烯醇纤维至搅拌锅中，继续搅拌，直至聚乙烯醇纤维分散均匀。

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