CN107602016A - 一种改性橡胶混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性橡胶混凝土及其制备方法，属于混凝土加工技术领域。本发明通过用氢氧化钠溶液浸泡橡胶粉使橡胶中一些助剂转换为可溶性钠盐除去，减少阻碍橡胶与混凝土结合的化学杂质，再在弱酸性条件下用双氧水处理橡胶粉，使橡胶表面的非极性碳碳双键大量氧化为羰基，并在弱碱性条件下与尿素发生加成缩合，在橡胶表面引入亚胺基、酰胺基等，酰胺基是强极性亲水基团，其上的羰基和N‑H键均能与水泥水化产物以较强的氢键作用，增强橡胶混凝土的界面粘接强度，同时协同玄武岩纤维起到桥接作用，使微应变变化值增长速率更加缓慢，很好地抑制了裂纹的扩展，提高了抗冲击性能，可有效提升混凝土的低温开裂性，增强混凝土的力学性能及抗折强度。

Description

一种改性橡胶混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性橡胶混凝土及其制备方法，属于混凝土加工技术领域。

背景技术

尽管目前混凝土作为主要建筑工程材料依然在工程中应用，但是工程建筑逐渐向高层化、大跨度化以及多功能化发展，这就对混凝土材料在强度、刚度、韧性和功能性等方面提出了更高的要求。然而传统混凝土不仅难以同时满足多方面的要求，同时由于其本身的高强化与高脆性之间暂时难以调和的矛盾也限制了它的应用发展。在传统混凝土中掺入适量的橡胶颗粒，可以较好改善混凝土的脆性，使强度与韧性之间取得较理想的平衡效果，同时赋予传统混凝土新特性：质量轻、耗能减震、防裂抗渗、降噪隔音以及良好的耐久性等，这种新型混凝土被称为橡胶混凝土。

橡胶混凝土，又称作弹性混凝土，就是把废旧橡胶颗粒（主要来自废旧轮胎）制成不同粒径然后掺加到普通混凝土中所形成的一种新型复合材料，这样既解决了废旧轮胎橡胶的回收利用和无污染的消化处理，又很好的提高了混凝土的综合性能。橡胶颗粒是由汽车旧轮胎和卡车轮胎经破碎处理产生，根据粒径大小可以分为橡胶粉、橡胶粒、橡胶条、橡胶块等。大量的试验研究表明，橡胶混凝土集合了橡胶和水泥混凝土的特点，由于前者是柔性材料，后者是刚性材料，因此其性能介于沥青混凝土和普通混凝土之间。与沥青混凝土相比，其刚度、强度明显高于前者，并且疲劳寿命长、耐水性好、抗冻性和抗滑性优良、抗腐蚀性能强，稳定性也比较好，更适合于繁重交通的路面和机场跑道，具有更广的应用范围；与普通混凝土相比，其变形能力大大提高，具有更好的韧性和抗冲击性能，并且随着橡胶掺量的增加，可以制成低弹模混凝土，因此橡胶混凝土更适合在建筑上应用，不仅可以解决高层、多层建筑的隔音缺陷，降低建筑体的静态质量，而且可以降低工程造价。橡胶混凝土优良的性能远不止此，不仅包括弹性模量低，韧性高，变形能力大，抗裂水平高，能量吸收能力强；还包括其他特点，例如低干缩系数和热膨胀系数，抗磨耗和抗老化性能佳等。此外，橡胶混凝土还具有很好的隔音、隔热功能。因此，橡胶混凝土目前正成为混凝土新材料界研究与开发的新热点，一方面可以解决我国目前废旧轮胎的回收利用率相对较低的问题，另一方面也可以进一步开发橡胶混凝土在工程上的应用潜力。

由于高掺量橡胶混凝土的强度损失严重，目前主要把橡胶混凝土用作建筑功能材料来研究高掺量的橡胶混凝土，而作为建筑结构材料的橡胶混凝土则是低掺量。为了推广橡胶混凝土在工程中的应用，研究如何减少橡胶混凝土的强度损失是问题的关键，而使用改性剂处理橡胶颗粒，就可以在一定程度上提高橡胶混凝土的强度，并改善橡胶混凝土的综合性能，因此研究改性橡胶混凝土就显得至关重要。

改性橡胶混凝土就是通过对橡胶颗粒进行改性处理，从而改善橡胶混凝土的性能，可以在降低强度损失、提高韧性、防裂抗渗、提高耐久性等方面发挥作用，从而制成的高性能混凝土。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对掺入橡胶颗粒导致混凝土的强度降低，尤其是橡胶颗粒掺量比较高时，强度损失更为严重的问题，提供了一种改性橡胶混凝土及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种改性橡胶混凝土，其特征在于，包括下述重量份原料：

300～400份普通硅酸盐水泥，550～650份细集料，1000～1200份粗集料，40～50份改性橡胶粉，2～3份玄武岩纤维，120～150份去离子水。

所述改性橡胶粉为经氢氧化钠溶液处理除去表面杂质的橡胶粉，用双氧水氧化后与尿素加成缩合反应制得。

所述细集料为为天然河砂，细度模数为2.7，属于中砂，颗粒级配满足Ⅱ区连续级配。

所述粗集料为粒径为5～25mm的连续级配碎石。

所述玄武岩纤维的长径比为12mm/15μm、18mm/15μm、24mm/15μm中的任意一种。

具体步骤为：

S1.将橡胶粉浸泡在质量分数为5%氢氧化钠溶液中20～24h，过滤得滤渣；

S2.将滤渣加入质量分数为20%双氧水中，在弱酸性，50～60℃下搅拌反应2～3

S3.加入尿素调节pH至8～9，并加热至80～90℃搅拌反应1～2h，过滤、洗涤、干燥得改性橡胶粉；

S4.按配方比称取各物料；

S5.将普通硅酸盐水泥、细集料、粗集料、改性橡胶粉、玄武岩纤维、去离子水，装入混料机中混合均匀后浇筑到模具中浇筑成型，脱模后在表面进行刮平处理，并浇水养护40～50min，再自然养护12～18天，得改性橡胶混凝土。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

本发明通过用氢氧化钠溶液浸泡橡胶粉使橡胶中一些助剂转换为可溶性钠盐除去，减少阻碍橡胶与混凝土结合的化学杂质，再在弱酸性条件下用双氧水处理橡胶粉，使橡胶表面的非极性碳碳双键大量氧化为羰基，并在弱碱性条件下与尿素发生加成缩合，在橡胶表面引入亚胺基、酰胺基等，酰胺基是强极性亲水基团， 其上的羰基和N-H键均能与水泥水化产物以较强的氢键作用，增强橡胶混凝土的界面粘接强度，同时协同玄武岩纤维起到桥接作用，使微应变变化值增长速率更加缓慢，很好地抑制了裂纹的扩展，提高了抗冲击性能，可有效提升混凝土的低温开裂性，增强混凝土的力学性能及抗折强度。

具体实施方式

取200～300g橡胶粉，浸泡在600～900mL质量分数为5%氢氧化钠溶液中20～24h，过滤得滤渣，将滤渣加入600～900mL质量分数为20%双氧水中，并滴加质量分数为10%硫酸调节pH至4～5，在50～60℃下，以300～400r/min搅拌反应2～3h，再加入尿素调节pH至8～9，并加热至80～90℃，继续搅拌反应1～2h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼2～3次后置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得改性橡胶粉，取300～400g普通硅酸盐水泥，550～650g细集料，1000～1200g粗集料，40～50g改性橡胶粉，2～3g玄武岩纤维，120～150g去离子水，装入混料机中混合均匀成浆料，再将浆料浇筑到模具中浇筑成型，脱模后在表面进行刮平处理，并浇水养护40～50min，再自然养护12～18天，得改性橡胶混凝土。

实例1

取200g橡胶粉，浸泡在600mL质量分数为5%氢氧化钠溶液中20h，过滤得滤渣，将滤渣加入600mL质量分数为20%双氧水中，并滴加质量分数为10%硫酸调节pH至4，在50℃下，以300r/min搅拌反应2h，再加入尿素调节pH至8，并加热至80℃，继续搅拌反应1h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼2次后置于干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，得改性橡胶粉，取300g普通硅酸盐水泥，550g细集料，1000g粗集料，40g改性橡胶粉，2g玄武岩纤维，120g去离子水，装入混料机中混合均匀成浆料，再将浆料浇筑到模具中浇筑成型，脱模后在表面进行刮平处理，并浇水养护40min，再自然养护12天，得改性橡胶混凝土。

实例2

取250g橡胶粉，浸泡在750mL质量分数为5%氢氧化钠溶液中22h，过滤得滤渣，将滤渣加入750mL质量分数为20%双氧水中，并滴加质量分数为10%硫酸调节pH至4，在55℃下，以350r/min搅拌反应2h，再加入尿素调节pH至8，并加热至85℃，继续搅拌反应1h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼2次后置于干燥箱中，在108℃下干燥至恒重，得改性橡胶粉，取350g普通硅酸盐水泥，600g细集料，1100g粗集料，45g改性橡胶粉，2g玄武岩纤维，135g去离子水，装入混料机中混合均匀成浆料，再将浆料浇筑到模具中浇筑成型，脱模后在表面进行刮平处理，并浇水养护45min，再自然养护15天，得改性橡胶混凝土。

实例3

取300g橡胶粉，浸泡在900mL质量分数为5%氢氧化钠溶液中24h，过滤得滤渣，将滤渣加入900mL质量分数为20%双氧水中，并滴加质量分数为10%硫酸调节pH至5，在60℃下，以400r/min搅拌反应3h，再加入尿素调节pH至9，并加热至90℃，继续搅拌反应2h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼3次后置于干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，得改性橡胶粉，取400g普通硅酸盐水泥，650g细集料，1200g粗集料，50g改性橡胶粉，3g玄武岩纤维，150g去离子水，装入混料机中混合均匀成浆料，再将浆料浇筑到模具中浇筑成型，脱模后在表面进行刮平处理，并浇水养护50min，再自然养护18天，得改性橡胶混凝土。

对照例：浙江某公司生产的改性橡胶混凝土。

将实例及对照例的改性橡胶混凝土进行检测，具体检测如下：

立方体抗压强度试验：在进行立方体抗压强度试验时，试件放置在压力机下压板上保证试件的中心面垂直，开动试验机，当上压板接近试件的上表面时，调整球座的位置，使试件上表面与压力机上压板接触均匀。对照组的混凝土强度等级为 C40，故加载的速度取为0.5-0.55MPa/s。当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏。然后记录破坏荷载。

抗折强度试验：在进行抗折强度试验之前，首先在试件的侧面用中性笔划出准确的加载位置，然后将试件放置于试验机的支座位置处，通过等分装置将试验机传递的荷载一分为二，并均衡地施加在试件的三分点位置处，加荷速度为0.05-0.08MPa/s。

具体检测结果如表1。

表1

检测项目	实例1	实例2	实例3	对照例
					立方体抗压强度MPa	52.2	54.6	52.3	42.9
抗折强度MPa	5.0	4.9	4.7	3.1

由表1可知，本发明制备的改性橡胶混凝土抗压抗折强度均有所提高，并且改善了混凝土的韧性，使其变形能力增强。

Claims (6)

1.一种改性橡胶混凝土，其特征在于，包括下述重量份原料：

300～400份普通硅酸盐水泥，550～650份细集料，1000～1200份粗集料，40～50份改性橡胶粉，2～3份玄武岩纤维，120～150份去离子水。

2.如权利要求1所述的一种改性橡胶混凝土的制备方法，其特征在于，所述改性橡胶粉为经氢氧化钠溶液处理除去表面杂质的橡胶粉，用双氧水氧化后与尿素加成缩合反应制得。

3.如权利要求1所述的一种改性橡胶混凝土的制备方法，其特征在于，所述细集料为为天然河砂，细度模数为2.7，属于中砂，颗粒级配满足Ⅱ区连续级配。

4.如权利要求1所述的一种改性橡胶混凝土的制备方法，其特征在于，所述粗集料为粒径为5～25mm的连续级配碎石。

5.如权利要求1所述的一种改性橡胶混凝土的制备方法，其特征在于，所述玄武岩纤维的长径比为12mm/15μm、18mm/15μm、24mm/15μm中的任意一种。

6.如权利要求1～5任意一项所述的一种改性橡胶混凝土的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

S1.将橡胶粉浸泡在质量分数为5%氢氧化钠溶液中20～24h，过滤得滤渣；

S2.将滤渣加入质量分数为20%双氧水中，在弱酸性，50～60℃下搅拌反应2～3h；

S3.加入尿素调节pH至8～9，并加热至80～90℃搅拌反应1～2h，过滤、洗涤、干燥得改性橡胶粉；

S4.按配方比称取各物料；

S5.将普通硅酸盐水泥、细集料、粗集料、改性橡胶粉、玄武岩纤维、去离子水，装入混料机中混合均匀后浇筑到模具中浇筑成型，脱模后在表面进行刮平处理，并浇水养护40～50min，再自然养护12～18天，得改性橡胶混凝土。