CN105502986A

CN105502986A - 橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法

Info

Publication number: CN105502986A
Application number: CN201610002722.XA
Authority: CN
Inventors: 杨涛; 杨长辉; 邓雄军; 常仕文; 班克成; 田义; 刘保全
Original assignee: China Metallurgical Construction Engineering Group Co Ltd
Current assignee: China Metallurgical Construction Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2016-01-06
Publication date: 2016-04-20

Abstract

本发明公开了橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法，1、制备酸性高锰酸钾处理液，高锰酸钾、硝酸质量分别占处理液的0.5—3%，？0.5—6%；2、将橡胶颗粒放入酸性高锰酸钾处理液中浸泡5—50小时，将橡胶颗粒过滤清洗干净后干燥。本发明的改性处理方法，通过酸性高锰酸钾溶液改性处理，橡胶颗粒润湿性有明显改善，接触角由原来的80.3°下降到67.1°，酸性高锰酸钾与橡胶颗粒作用过程中增大了橡胶颗粒表面极性；改性处理后的橡胶颗粒表面羟基或醚基的峰强度明显提高，高锰酸钾能将橡胶中的羰基或C=C键部分氧化为羟基或羧基，增大橡胶大分子的极性；改性处理后的橡胶颗粒与水泥浆体有更强的粘结作用力和机械啮合力，获得较高的抗压强度和抗折强度。

Description

橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法

技术领域

本发明涉及一种橡胶的改性处理方法，特别是一种橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法。

背景技术

橡胶集料混凝土是在普通混凝土组分的基础上引入柔性成分——橡胶集料后形成的新型复合材料，主要应用在桥面铺装、道路路面、结构加固、人行步道、广场工程建设中。橡胶集料部分替代砂石集料掺入混凝土中，明显改善了混凝土性能，主要体现以下三个方面：（1）抗开裂性能显著增强；（2）抗渗、抗氯离子侵蚀性能大幅提高；（3）基体变形能力增强，能够吸收更多应变能。因此，其开发应用对合理解决传统混凝土脆性大、极易开裂和耐久性不理想的缺点具有重要技术意义。从合理利用资源的角度，随着工业化的发展，橡胶制品的应用量与日俱增，由此也形成了大量橡胶废物，造成的环境污染、资源浪费以及再生循环利用问题不容忽视。据统计，目前全世界每年约有十几亿条轮胎报废，其中北美大约占4亿条，西欧占近2亿条，日本1亿条，我国2000年产生的废旧轮胎达4000万条，至2004年底，废旧轮胎产生量已达6500万条以上，2008年我国轮胎产量已跃居世界第二，产量达到600万吨，并将持续增长。废旧橡胶制品的回收再利用引起了国际社会越来越多的关注。发达国家分别通过立法，成立专家机构，给予财政补贴，提供免税优惠等多种措施全力支持废旧轮胎的回收利用。基于上述政策，目前，美国废旧汽车轮胎的回收率为77%，芬兰的废旧轮胎回收利用率已达90%，日本废旧汽车轮胎的回收率也高达87%。我国废旧橡胶利用率虽然已达60％，但与发达国家目前废旧橡胶综合利用率相比有很大差距。中国90%以上废旧轮胎来自民间个体收购。大量的废旧轮胎被随处丢弃、露天堆放，或大量流入小作坊进行翻新和土法炼油，不但存在巨大的安全隐患，占用宝贵的土地资源，而且其焚烧后产生的二恶习英等有毒有害成分会污染空气，并加剧雾霾天气的生成。以报废汽车轮胎为代表的废旧橡胶综合利用，对缓解国内消费需求增长带来的资源短缺及紧张局面有重要意义。

虽然近年来国内外有关橡胶集料混凝土的研究得到了快速发展，但由于研究时间较短，还存在一些突出问题，具体体现在以下方面：1）橡胶集料预处理方法及其对混凝土性能的影响规律；2）橡胶集料掺量与混凝土性能之间的关系；3）橡胶集料混凝土特别是大流动性混凝土施工过程中橡胶集料易于分层的问题；4）橡胶集混凝土的其它物理性能特点如声学性能、热工性能与力学性能之间的关系等。尤其对橡胶的预处理（改性处理），仅仅只有传统的无水乙醇、NaOH溶液等处理，混凝土的抗压强度和抗折强度不高，不能满足更多使用场合的需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决解决现有技术中橡胶预处理后存在的混凝土抗压强度和抗折强度不高的问题，而提供的一种橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法，使经改性处理后的橡胶用于橡胶混凝土中后，获得较高的抗压强度和抗折强度。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种橡胶集料混凝土中橡胶的改性

处理方法，其特征在于包括如下步骤，

（1）制备酸性高锰酸钾处理液，高锰酸钾质量占处理液的0.5—3%，硝

酸质量占处理液的0.5—6%，其余为水；

（2）按照工艺要求制作橡胶颗粒，将橡胶颗粒放入酸性高锰酸钾处理液中浸泡处理5—50小时，将橡胶颗粒过滤清洗干净后干燥，得到改性处理的橡胶。

进一步的特征是，橡胶颗粒的干燥，采用自然干燥或者加热干燥。

所述的加热干燥的温度，在室温至65℃以下。

所述浸泡处理时间为20—35小时。

与现有技术相比，本发明得到的一种橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法具有如下优点：

1、通过酸性高锰酸钾溶液改性处理，橡胶颗粒润湿性有明显改善，接触角由原来的80.3°下降到67.1°，下降了13°左右，这说明酸性高锰酸钾与橡胶颗粒作用过程中增大了橡胶颗粒表面极性。

2、酸性高锰酸钾改性处理后的橡胶颗粒表面羟基或醚基的峰强度明显提高，高锰酸钾能将橡胶中的羰基或C=C键部分氧化为羟基或羧基，增大橡胶大分子的极性。

3、酸性高锰酸钾改性处理后的橡胶颗粒与水泥浆体有更强的粘结作用力和机械啮合力，更有利于改善橡胶集料混凝土的抗压和抗折强度，获得较高的抗压强度和抗折强度。

附图说明

图1是经三种改性处理液分别获得的混凝土7天抗压强度的对比图；

图2是经三种改性处理液分别获得的混凝土28天强度抗压的对比图；

图3是经三种改性处理液分别获得的混凝土7天抗折强度的对比图；

图4是经三种改性处理液分别获得的混凝土28天抗折强度的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本实施例提供的一种橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法，包括如下步骤：

1、制备酸性高锰酸钾处理液，高锰酸钾质量占处理液的0.5—3%，硝酸质量占处理液的0.5—6%，其余为水；

2、按照工艺要求制作橡胶颗粒，将橡胶颗粒放入酸性高锰酸钾处理液中浸泡5—50小时，将橡胶颗粒过滤清洗干净后干燥，得到改性处理的橡胶。橡胶颗粒的尺寸，满足工艺要求，根据混凝土不同性能或使用场合的需要，橡胶颗粒的尺寸（直径）是不一样的，有一定差别。

橡胶颗粒的干燥，采用自然干燥或者加热干燥，或者烘烤都是可以的；加热干燥或者烘烤的温度，一般在室温至65℃以下，避免橡胶颗粒在较高温度下产生变质，或者性能下降。

本发明的高锰酸钾质量占处理液的比例，可以为0.5%，0.8%，1.0%，1.2%，1.5%，1.6%，1.8%，2.0%，2.2%，2.4%，2.5%，2.6%，2.8%，3%等，都能满足本发明的需要；本发明的硝酸质量占处理液的比例，可以为0.5%，0.8%，1.0%，1.5%，1.6%，2.0%，2.2%，2.5%，2.6%，3.0%，3.4%，3.5%，4.0%，4.2%，4.5%，4.6%，5.0%，5.2%，5.5%，5.8%，6.0%等，都能满足本发明的需要；本发明的硝酸，其本身浓度最好达到90%以上。橡胶颗粒放入酸性高锰酸钾处理液中浸泡处理的时间，根据橡胶颗粒不同的材质，按照工艺要求确定，可以为5小时，8小时，10小时，12小时，15小时，18小时，20小时，23小时，25小时，28小时，30小时，32小时，35小时，38小时，40小时，43小时，45小时，50小时等，都能满足本发明的需要。

较佳处理时间为20—35小时。

实施例1

1、制备酸性高锰酸钾处理液，高锰酸钾质量占处理液的0.5%，硝酸质量占处理液的1%；2、将橡胶颗粒放入酸性高锰酸钾处理液中浸泡5小时，将橡胶颗粒过滤清洗干净后干燥，得到改性处理的橡胶。

实施例2

1、制备酸性高锰酸钾处理液，高锰酸钾质量占处理液的1%，硝酸质量占处理液的2.5%；2、将橡胶颗粒放入酸性高锰酸钾处理液中浸泡10小时，将橡胶颗粒过滤清洗干净后干燥，得到改性处理的橡胶。

实施例3

1、制备酸性高锰酸钾处理液，高锰酸钾质量占处理液的2%，硝酸质量占处理液的4%；2、将橡胶颗粒放入酸性高锰酸钾处理液中浸泡20小时，将橡胶颗粒过滤清洗干净后干燥，得到改性处理的橡胶。

实施例4

1、制备酸性高锰酸钾处理液，高锰酸钾质量占处理液的2.5%，硝酸质量占处理液的6%；2、将橡胶颗粒放入酸性高锰酸钾处理液中浸泡30小时，将橡胶颗粒过滤清洗干净后干燥，得到改性处理的橡胶。

本发明酸性高锰酸钾处理液的作用原理分析：

根据橡胶集料混凝土强度降低的原因分析，橡胶集料混凝土强度的改善可以通过提高橡胶颗粒的强度实现，也可以通过橡胶颗粒表面改性实现。但是，提高橡胶颗粒的强度不仅难以实现而且容易削弱橡胶柔性带来的正面影响。因此，从橡胶集料表面改性入手，寻找有效的表面改性剂和合理的表面改性方法对改善橡胶集料混凝土的强度降低问题尤为重要。

由于橡胶颗粒对水分子的吸附力弱且不参与水泥的水化反应，水化反应产物很难粘附在橡胶颗粒表面，导致橡胶集料与水泥浆体的粘结作用远低于普通砂石集料。由接触角的测量结果可知，废旧橡胶与蒸馏水的接触角约为80°，尽管表现为亲水性，但润湿性较差，水珠在橡胶颗粒表面很难铺展开。对比改性前后橡胶颗粒表面接触角的变化发现，经10%氢氧化钠和无水乙醇溶液改性的橡胶颗粒接触角与水洗处理相比变化不大，接触角变化在5°以内；而经酸性高锰酸钾改性的橡胶颗粒润湿性有明显改善，由原来的80.3°下降到67.1°，下降了13°左右，酸性高锰酸钾与橡胶颗粒作用过程中增大了橡胶颗粒表面极性。酸性高锰酸钾很大可能与橡胶的主要成分发生了反应，该反应能使橡胶颗粒表面分子的极性增大。

如图1、2、3、4所述，本发明采用无水乙醇、10%NaOH溶液和酸性高锰酸钾三种改性剂对橡胶颗粒进行改性，分别获得混凝土7天抗压强度（7d）、28天抗压强度（28d）、7天抗折强度（7d）、28天抗折强度（28d）的影响对比图。从图中清楚表明，三种改性方法均能改善橡胶集料混凝土7d、28d龄期的强度。28d龄期时，相对于未改性的橡胶集料混凝土，无水乙醇改性的橡胶集料混凝土的抗压强度在40kg/m3、80kg/m3和120kg/m3时分别提高了9.5%、9.7%和12.8%，抗折强度分别提高了14.9%、17.7%和32.7%；10%NaOH溶液改性后混凝土抗压强度分别提高了8.3%、8.1%和10.8%，抗折强度分别提高了4.1%、12.9%和25.0%；酸性高锰酸钾溶液改性后混凝土抗压强度分别提高了11.3%、13.1%和21.6%，抗折强度分别提高了8.1%、9.4%和30.8%。三种改性工艺的改性效果在橡胶颗粒掺量较高时表现较明显，且无水乙醇和NaOH溶液两种改性工艺对抗折强度的改善效果更好，而酸性高锰酸钾则对抗压强度的改性效果更好。从28d抗压强度来看，酸性高锰酸钾的改性效果最好，其次是无水乙醇，再次是NaOH溶液；从28d抗折强度来看，无水乙醇的改性效果最好，其次是酸性高锰酸钾，NaOH溶液稍差。

酸性高锰酸钾溶液主要是将橡胶颗粒表面的亲水性较差的活性基团氧化为亲水性较好的基团增强了橡胶表面的极性，能将橡胶中的羰基或C=C键部分氧化为羟基或羧基，增大橡胶大分子的极性。这不仅增大了橡胶集料与水泥基体的相容性还降低了橡胶颗粒的引气作用，最终改善（提高）橡胶集料混凝土的抗压强度和抗折强度。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法，其特征在于包括如下步骤，

（1）制备酸性高锰酸钾处理液，高锰酸钾质量占处理液的0.5—3%，硝酸质量占处理液的0.5—6%，其余为水；

2.根据权利要求1所述的橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法，其特征在于，橡胶颗粒的干燥，采用自然干燥或者加热干燥。

3.根据权利要求1所述的橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法，其特征在于，所述的加热干燥的温度，在室温至65℃以下。

4.根据权利要求1—3任一所述的橡胶集料混凝土中橡胶的改性处理方法，其特征在于，所述浸泡处理时间为20—35小时。