CN107555825A - 橡胶颗粒的改性方法及其在天然浮石混凝土制备中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种橡胶颗粒的改性方法，具体按照以下步骤实施：将质量浓度为1％的司盘40与100℃的水按照1：10的质量比配制成改性溶液；将橡胶颗粒浸没到步骤1制得的改性溶液中，并以30r/min的速度搅拌120min后静置3‑5h，静置完毕后过滤，得到湿改性橡胶颗粒，将湿改性橡胶颗粒自然晾干、过筛，即得到改性橡胶颗粒。此外，本发明还提供了一种利用改性橡胶颗粒制备天然浮石混凝土的方法。本发明对橡胶颗粒进行改性后用于天然浮石混凝土的制备，制备出的改性橡胶天然浮石混凝土的抗压强度明显提高，孔隙度明显降低，具有很好的力学性能。且本发明利用来源广泛，价格低廉的天然浮石为原料，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种橡胶颗粒的改性方法及其在天然浮石混凝土制备中的应用。
背景技术
随着国内运输行业的发展，车辆数目的增加，废旧轮胎的数量也逐年增加。全球每年会产生将近10亿个废旧轮胎，预计2030年会达到12亿，针对废旧轮胎的回收利用成为全球性问题。在许多国家，将废旧轮胎直接掩埋和焚烧处理是较为常见的处理方法，但是会对生态环境造成严重威胁，所以，有效回收利用废旧轮胎是节约能源和保护环境急需解决的重要问题。
国内外已经提出了几种方法对废旧轮胎进行回收，一种是将废旧橡胶作为燃料使用，用于水泥焙烧、火力发电，这种方法技术可行，但却会引起空气的严重污染；另一种是作为添加剂或替代建筑材料，如橡胶可作为沥青改性剂，改善沥青的工程特性，但高温生产使得可操作性较差。橡胶还可以在混凝土中再利用，但存在正反两方面的影响，如橡胶的掺入虽然可以增加混凝土的断裂韧性和抗冲击性能，还有良好的吸音降噪性能，但是会降低混凝土的抗压强度。
为了解决橡胶混凝土力学性能的降低情况，国外研究学者Eldin和Mohammadi、Segre、Palos、Rostami等分别利用水、NaOH溶液、马来酸酐、四氯化碳等改性橡胶粉，得出了改性橡胶混凝土力学性出现不同程度的提高；国内研究学者马一平、郑梨娟、刘日鑫、赵丽妍等利用无机溶液(NaOH溶液、马来酸酐)、有机溶液(CCl4溶液、乙醇溶液)、有机乳液(KH550、Si-69偶联剂)等其它试剂进行了不同方式的改性，力学性能都有不同程度的提高，但是水溶液的改性效果较低，无机溶液为有害物质，且有机溶液造价过高，试剂用量难以控制。
此外，国内外对改性橡胶用于普通混凝土的研究较多，对橡胶用于天然浮石混凝土的研究尚缺乏系统的理论性研究成果。由于内蒙古地区的天然浮石资源十分丰富，因此，将改性橡胶用于天然浮石混凝土的制备是一种前景较好的研究方向。
发明内容
本发明提供了一种橡胶颗粒的改性方法及其在天然浮石混凝土制备中的应用，解决了现有技术中采用橡胶制备混凝土会降低混凝土的抗压强度的问题。
本发明的第一个目的是提供一种橡胶颗粒的改性方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将质量浓度为1％的司盘40与100℃的水按照1：10的质量比配制成改性溶液；
步骤2，将粒度为80-100目的橡胶颗粒浸没到步骤1制得的改性溶液中，并以30r/min的速度搅拌80-120min，搅拌完毕后静置3-5h，静置完毕后过滤，得到湿改性橡胶颗粒，将湿改性橡胶颗粒自然晾干、过筛，即得到所述改性橡胶颗粒，将所述改性橡胶颗粒密封保存，备用。
优选的，所述橡胶颗粒来自于废旧轮胎。
本发明的第二个目的是提供一种利用上述方法制备出的改性橡胶颗粒。
本发明的第三个目的是提供一种利用上述改性橡胶颗粒制备天然浮石混凝土的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照重量份比称取水泥350-400份、河砂700-750份、天然浮石550-600份、水150-180份、减水剂7-7.5份、权利要求1制备出的改性橡胶颗粒10-12份；
步骤2，将步骤1中称取的河砂粉碎后过100目筛，得到河砂粉；将天然浮石混合后过孔径为9.5-26.5mm的筛，得到浮石粉，将河砂粉与浮石粉混合均匀，得到混合物A；
步骤3，将步骤1中称取的水和减水剂混合均匀，得到混合物B；
步骤4，将步骤1中称取的水泥、改性橡胶颗粒混合均匀，然后往其中加入1/2重量的步骤3中的混合物B，搅拌均匀，得到混合物C；
步骤5，将步骤2中的混合物A加入搅拌机中，预搅拌10-15s，然后再往搅拌机中加步骤3中剩余的混合物B，搅拌1-2min，再将步骤4中制得的混合物C加入搅拌机中，搅拌2-3min，即得到所述天然浮石混凝土。
优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度为42.5。
优选的，所述天然浮石的性能指标如下：9.5-26.5mm连续级配，堆积密度为690kg/m3，表观密度为1593kg/m3，1h吸水率为16.44％。
优选的，所述河砂的性能指标如下：细度模数为2.56，含泥量为1.98％，堆积密度为1465kg/m3，表观密度为2645kg/m3，含水率为1.99％。
优选的，所述减水剂为RSD-8型高效减水剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明对橡胶颗粒进行改性后用于天然浮石混凝土的制备中，制备出的改性橡胶天然浮石混凝土的抗压强度明显提高，孔隙度明显降低，具有很好的力学性能。且本发明利用来源广泛，价格低廉的天然浮石为原料，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1所用的未改性橡胶颗粒的扫描电镜图；
图2为本发明实施例1制备出的改性橡胶颗粒的扫描电镜图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下面各实施例中未注明具体条件的试验方法，均按照本领域的常规方法和条件进行，所用的材料若无特殊说明均为市售。
实施例1
一种橡胶颗粒的改性方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将质量浓度为1％的司盘40与100℃的水按照1：10的质量比配制成改性溶液；
步骤2，将粒度为80目的橡胶颗粒浸没到步骤1制得的改性溶液中，并以30r/min的速度搅拌120min，搅拌完毕后静置3h，静置完毕后过滤，得到湿改性橡胶颗粒，将湿改性橡胶颗粒自然晾干、过筛，即得到所述改性橡胶颗粒，将所述改性橡胶颗粒密封保存，备用。
将上述制备出的改性橡胶颗粒用于制备天然浮石混凝土，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照重量份比称取水泥3500份、河砂700份、天然浮石550份、水150份、减水剂7份、权利要求1制备出的改性橡胶颗粒10份；
步骤2，将步骤1中称取的河砂粉碎后过100目筛，得到河砂粉；将天然浮石混合后过孔径为9.5-26.5mm的筛，得到浮石粉，将河砂粉与浮石粉混合均匀，得到混合物A；
步骤3，将步骤1中称取的水和减水剂混合均匀，得到混合物B；
步骤4，将步骤1中称取的水泥、改性橡胶颗粒混合均匀，然后往其中加入1/2重量的步骤3中的混合物B，搅拌均匀，得到混合物C；
步骤5，将步骤2中的混合物A加入搅拌机中，预搅拌12s，然后再往搅拌机中加步骤3中剩余的混合物B，搅拌1.5min，再将步骤4中制得的混合物C加入搅拌机中，搅拌2.5min，即得到所述天然浮石混凝土。
实施例2
一种橡胶颗粒的改性方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将质量浓度为1％的司盘40与100℃的水按照1：10的质量比配制成改性溶液；
步骤2，将粒度为80目的橡胶颗粒浸没到步骤1制得的改性溶液中，并以30r/min的速度搅拌100min，搅拌完毕后静置4h，静置完毕后过滤，得到湿改性橡胶颗粒，将湿改性橡胶颗粒自然晾干、过筛，即得到所述改性橡胶颗粒，将所述改性橡胶颗粒密封保存，备用。
将上述制备出的改性橡胶颗粒用于制备天然浮石混凝土，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照重量份比称取水泥370份、河砂720份、天然浮石570份、水160份、减水剂7.4份、权利要求1制备出的改性橡胶颗粒11份；
步骤2，将步骤1中称取的河砂粉碎后过100目筛，得到河砂粉；将天然浮石混合后过孔径为9.5-26.5mm的筛，得到浮石粉，将河砂粉与浮石粉混合均匀，得到混合物A；
步骤3，将步骤1中称取的水和减水剂混合均匀，得到混合物B；
步骤4，将步骤1中称取的水泥、改性橡胶颗粒混合均匀，然后往其中加入1/2重量的步骤3中的混合物B，搅拌均匀，得到混合物C；
步骤5，将步骤2中的混合物A加入搅拌机中，预搅拌10s，然后再往搅拌机中加步骤3中剩余的混合物B，搅拌1min，再将步骤4中制得的混合物C加入搅拌机中，搅拌2min，即得到所述天然浮石混凝土。
实施例3
一种橡胶颗粒的改性方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将质量浓度为1％的司盘40与100℃的水按照1：10的质量比配制成改性溶液；
步骤2，将粒度为100目的橡胶颗粒浸没到步骤1制得的改性溶液中，并以30r/min的速度搅拌80min，搅拌完毕后静置5h，静置完毕后过滤，得到湿改性橡胶颗粒，将湿改性橡胶颗粒自然晾干、过筛，即得到所述改性橡胶颗粒，将所述改性橡胶颗粒密封保存，备用。
将上述制备出的改性橡胶颗粒用于制备天然浮石混凝土，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照重量份比称取水泥400份、河砂750份、天然浮石600份、水180份、减水剂7.5份、权利要求1制备出的改性橡胶颗粒12份；
步骤2，将步骤1中称取的河砂粉碎后过100目筛，得到河砂粉；将天然浮石混合后过孔径为9.5-26.5mm的筛，得到浮石粉，将河砂粉与浮石粉混合均匀，得到混合物A；
步骤3，将步骤1中称取的水和减水剂混合均匀，得到混合物B；
步骤4，将步骤1中称取的水泥、改性橡胶颗粒混合均匀，然后往其中加入1/2重量的步骤3中的混合物B，搅拌均匀，得到混合物C；
步骤5，将步骤2中的混合物A加入搅拌机中，预搅拌15s，然后再往搅拌机中加步骤3中剩余的混合物B，搅拌2min，再将步骤4中制得的混合物C加入搅拌机中，搅拌3min，即得到所述天然浮石混凝土。
需要说明的是，橡胶颗粒来自于废旧轮胎；
水泥为普通硅酸盐水泥，强度为42.5；
天然浮石的性能指标如下：9.5-26.5mm连续级配，堆积密度为690kg/m3，表观密度为1593kg/m3，1h吸水率为16.44％；
河砂的性能指标如下：细度模数为2.56，含泥量为1.98％，堆积密度为1465kg/m3，表观密度为2645kg/m3，含水率为1.99％；
减水剂为RSD-8型高效减水剂。
实施例1-3均制备出了性能良好的改性橡胶颗粒以及天然浮石混凝土，下面对本发明制备出的改性橡胶颗粒的相关性能指标以及天然浮石混凝土的抗压强度性能进行测试，其中，在测试天然浮石混凝土的抗压强度时，测试样采用实施例1-3制备出的天然浮石混凝土，对照样的制备工艺同本发明中改性橡胶颗粒用于制备天然浮石混凝土的制备方法相同，不同之处在于橡胶颗粒没有经过改性。
需要说明的是，因为实施例1-3的效果基本相同，所以仅以实施例1中所用未改性橡胶颗粒原料以及实施例1制备出的改性橡胶颗粒来作为说明。具体结果见表1-3。
表1橡胶颗粒亲水性系数测试结果
| 组别 | 实施例1所用未改性橡胶颗粒 | 实施例1改性橡胶颗粒 |
| 亲水性系数 | 0.5625 | 0.0053 |
亲水性是指带有极性基团的分子对水有大的亲和能力，可以吸引水分子，或溶解于水。从表1可以看出，实施例1制备出的改性橡胶颗粒的亲水性系数比未改性橡胶提高了100倍，说明司盘40增强了橡胶颗粒的亲水性，使得橡胶颗粒表面由非极性转化为极性，与水的相容性增强。因此提高了改性橡胶颗粒与水泥的粘结强度，使得改性橡胶轻骨料混凝土抗压强度高于未改性的。
表2橡胶颗粒的细观形状测试结果
| 组别 | 实施例1所用未改性橡胶颗粒 | 实施例1改性橡胶颗粒 |
| 球形度(＞0.7)/％ | 94.92％ | 98.93％ |
| 平均圆形度 | 0.88 | 0.95 |
| 平均长径比 | 1.20 | 1.06 |
从表2可以看出，从细观形状特征量可看到，未改性橡胶颗粒是不规则的，实施例1制备出的改性橡胶颗粒更接近于圆形，减少了橡胶颗粒表面不规则的毛刺。从而使得天然浮石混凝土中多余的含气量和水分会减少。
图1为实施例1所用未改性橡胶颗粒的扫描电镜图，从图中可以看出，未改性橡胶颗粒表面粗糙不平，有较多的孔洞，表面积相对较小；图2为改性橡胶颗粒的扫描电镜图，从图中可以看出，改性橡胶颗粒表面孔洞减少，颗粒形状发生了改变，且胶粉颗粒表现出蓬松状态，有利于橡胶颗粒之间以及橡胶颗粒和混凝土基体之间的相互结合，提高了橡胶颗粒与基体间的界面结合强度，可以改善混凝土材料的力学性能。
表3抗压强度测试结果
| 组别 | 3d | 7d | 14d | 21d | 28d |
| 实施例1 | 24.56 | 28.62 | 30.95 | 34.06 | 34.98 |
| 实施例2 | 24.30 | 28.41 | 31.58 | 33.37 | 35.19 |
| 实施例3 | 25.09 | 28.58 | 31.14 | 33.86 | 35.23 |
| 对照样 | 19.80 | 23.52 | 24.11 | 26.82 | 27.36 |
从表3中可以看出，对比未改性橡胶天然浮石混凝土和实施例1-3制得的改性橡胶天然浮石混凝土的抗压强度，从不同龄期的发育情况可以看到，改性橡胶天然浮石混凝土的强度明显提高。以28d龄期抗压强度为例，改性橡胶天然浮石混凝土提高了28.9％。
利用核磁共振仪对实施例2制备出的天然浮石混凝土的孔隙度进行测试，结果表明，对照样制备出的天然浮石混凝土的孔隙度为19.82％；实施例2制备出的天然浮石混凝土的孔隙度为17.64％，孔隙度降低了11％，这与力学性能相符。
需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例1-3相同，为了防止赘述，本发明的描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种橡胶颗粒的改性方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将质量浓度为1％的司盘40与100℃的水按照1：10的质量比配制成改性溶液；
步骤2，将粒度为80-100目的橡胶颗粒浸没到步骤1制得的改性溶液中，并以30r/min的速度搅拌80-120min，搅拌完毕后静置3-5h，静置完毕后过滤，得到湿改性橡胶颗粒，将湿改性橡胶颗粒自然晾干、过筛，即得到所述改性橡胶颗粒，将所述改性橡胶颗粒密封保存，备用。
2.根据权利要求1所述的橡胶颗粒的改性方法，其特征在于，所述橡胶颗粒来自于废旧轮胎。
3.一种根据权利要求1或2所述的橡胶颗粒的改性方法制备而成的橡胶颗粒。
4.一种利用权利要求3所述的改性橡胶颗粒制备天然浮石混凝土的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照重量份比称取水泥350-400份、河砂700-750份、天然浮石550-600份、水150-180份、减水剂7-7.5份、改性橡胶颗粒10-12份；
步骤2，将步骤1中称取的河砂粉碎后过100目筛，得到河砂粉；将天然浮石混合后过孔径为9.5-26.5mm的筛，得到浮石粉，将河砂粉与浮石粉混合均匀，得到混合物A；
步骤3，将步骤1中称取的水和减水剂混合均匀，得到混合物B；
步骤4，将步骤1中称取的水泥、改性橡胶颗粒混合均匀，然后往其中加入1/2重量的步骤3中的混合物B，搅拌均匀，得到混合物C；
步骤5，将步骤2中的混合物A加入搅拌机中，预搅拌10-15s，然后再往搅拌机中加步骤3中剩余的混合物B，搅拌1-2min，再将步骤4中制得的混合物C加入搅拌机中，搅拌2-3min，即得到所述天然浮石混凝土。
5.根据权利要求4所述的利用改性橡胶颗粒制备天然浮石混凝土的方法，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度为42.5。
6.根据权利要求4所述的利用改性橡胶颗粒制备天然浮石混凝土的方法，其特征在于，所述天然浮石的性能指标如下：9.5-26.5mm连续级配，堆积密度为690kg/m3，表观密度为1593kg/m3，1h吸水率为16.44％。
7.根据权利要求4所述的利用改性橡胶颗粒制备天然浮石混凝土的方法，其特征在于，所述河砂的性能指标如下：细度模数为2.56，含泥量为1.98％，堆积密度为1465kg/m3，表观密度为2645kg/m3，含水率为1.99％。
8.根据权利要求4所述的利用改性橡胶颗粒制备天然浮石混凝土的方法，其特征在于，所述减水剂为RSD-8型高效减水剂。
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