CN110590284A - 一种阻尼改性再生混凝土板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阻尼改性再生混凝土板及其制备方法，该板为单向板，包括以下重量份组分的原料：水泥0.5‑1份；再生粗骨料1‑3.5份；河砂0.5‑3.0份；再生橡胶颗粒0.1‑0.4份；水0.3‑0.5份；减水剂0.001‑0.010份，其受力筋配筋率为0.5‑0.7％，分布钢筋配筋率为0.2‑0.3％。将再生混凝土与受力筋和钢筋混合后，经过机器振动成型和养护后即得到阻尼改性再生混凝土板。与现有技术相比，本发明具有能有效提高结构楼板的阻尼比，提高结构舒适度，降低结构在发生共振时的动力响应幅值，并减少噪声等优点，可应用于一般民用建筑和使用精密仪器的实验室和生产车间。

Description

一种阻尼改性再生混凝土板及其制备方法
技术领域
本发明涉及土木工程材料技术领域，尤其是涉及一种阻尼改性再生混凝土板，可应用于一般民用建筑和具有精密仪器的实验室和生产车间。
背景技术
混凝土结构的阻尼比是结构设计中的重要参数，结构在动力荷载作用下的响应是阻尼比的函数。阻尼是指结构在震动的过程中将动能转换成其他形式能量的能力，具有较大阻尼比的结构自振衰减较快，发生共振时结构响应较小。在一般民用建筑结构中，我国建筑规范对混凝土结构楼板的最大振动幅值作出限制以保证居住舒适度，通常为500μm/s；而在特殊工业建筑中，一些试验或生产设备对建筑的振动极为敏感，例如低功率显微镜、电子显微镜、分子探针和半导体生产车间等，对于振动幅值的限值可达5μm/s。为达到这一严苛的低震动环境要求，通常需为这一类设备专门设计隔震基础，如使用空气弹簧隔振器；或是将混凝土楼板设计的极厚，通常需达到700mm甚至1200mm。隔震支座的使用寿命有限且成本较高，而增大混凝土楼板的厚度将放大建筑结构在地震作用下的地震力，对结构安全不利。因此，设计一种具有高阻尼性能的混凝土楼板则具有显著的现实意义。
再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料(主要是粗集料)，再加入水泥、水等配而成的新混凝土。每年全国产出的废弃混凝土约18亿-24亿吨，而混凝土粗细骨料的消耗量约21亿吨。将废弃混凝土再生利用将能解决建筑垃圾造成的环境问题。
废橡胶的处理是当今人们面临的严重问题之一。为了满足不断提高的材料性能要求，橡胶朝着高强度、耐磨、稳定和耐老化的方向发展，但是同时造成了废弃橡胶不能自然降解的问题，大量的废旧橡胶造成了比塑料污染(白色污染)更难处理的黑色污染。另一方面，我国仍处在建设阶段，每年仍需消耗大量的橡胶资源。
公开号CN101333098的专利公开了一种高阻尼减振水泥混凝土。在混凝土中添加4.5-7.5％的聚丁苯乳液、丙烯酸共聚乳液或者是可再分散乳胶粉等聚合物添加剂。虽然可以提高混凝土的阻尼比，但是该方法为普通混凝土的配合比方法，不具有本发明的再生环保功能。
公开号CN101333098的专利公开了一种高阻尼自密实混凝土。在混凝土中添加乳化沥青和复合增强粉体提高混凝土的阻尼比。配制获得的混凝土具有较高的力学强度和阻尼功能，能用于基础结构如高速铁路轨道结构、桥梁结构等工程中。该方法为普通混凝土的配合比方法，不具有本发明的再生环保功能。
公开号CN105777012A的专利公开了一种高效阻尼性能的再生混凝土。在混凝土中掺入聚合物乳液、纳米碳纤维和稀释剂配制出悬浊液，并掺入再生粗骨料获得具有高效阻尼的自密实混凝土。该方法采用纳米碳纤维价格较贵，这提高了混凝土的配制成本，从而影响其推广。
公开号CN107746228A的专利公开了一种掺有橡胶粒的再生混凝土及其制备方法和应用。将环氧树脂作为温变流体材料与橡胶颗粒均匀搅拌，在再生混凝土蒸汽养护时，使流变材料渗透入混凝土中，弥补再生骨料形成混凝土时内部出现的缝隙。该方法需要添加温变流体材料，且制作过程中需要加温变材料加热至熔融状态，工艺复杂。同时再生骨料需要强化处理。作为流变材料的环氧树脂，在弥合再生混凝土的缝隙时，削弱了界面摩擦产生的阻尼耗能，不能充分利用再生混凝土本身的阻尼性能。
公开号CN108249833A的专利公开了一种高阻尼混凝土复合材料及其制备方法。该高阻尼复合材料包括结构层、阻尼层和约束层，在兼顾力学性能的同时提高阻尼性能。该方法不是钢筋混凝土板，不能用于结构的楼面，因而和本专利的应用范围不同。另外，没有采用再生混凝土，没有本发明所具有的经济效益和环保效益。
公开号CN108708279A的专利公开了一种新型减震桥面结构。该轨道结构由高阻尼比橡胶混凝土层和板侧包钢板组成。该专利的混凝土不同于本发明的混凝土，不涉及再生骨料和配制钢筋的问题、且应用领域不同。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用废橡胶和再生粗骨料，并能有效降低结构在发生共振时的动力响应幅值，并减少噪声等优点，可应用于一般民用建筑和具有精密仪器的实验室和生产车间。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种阻尼改性再生混凝土板，其原料包括以下重量份组分：水泥0.5-1份；再生粗骨料1-3.5份；河砂0.5-3.0份；再生橡胶颗粒0.1-0.4份；水0.3-0.5份；减水剂0.001-0.010份。
进一步地，所述的水泥为P.O42.65级普通硅酸盐水泥；所述河砂选择级配良好的中砂，细度模数为2.3-3.0；所述减水剂的固含量为15-25％，减水率为25-50％，比如聚羧酸系高性能减水剂。
进一步地，所述的再生粗骨料由废弃混凝土破碎获得，符合《混凝土用再生粗骨料(GB/T 25177-2010)》标准，粒径为5-25mm，按照连续级配制。
进一步地，所述的再生橡胶颗粒由废橡胶制得，粒径为2-4mm，按照连续级配制。
一种阻尼改性再生混凝土板的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份，将在再生粗骨料中加入少量水进行湿水处理后，投放入搅拌机内进行搅拌；
(2)按重量份，再将水泥、河砂和再生橡胶颗粒投放于搅拌机内并进行搅拌；
(3)按重量份，将剩余水和减水剂，投放于搅拌机内并进行搅拌，获得阻尼改性再生混凝土。
进一步地，步骤(1)中所述的少量水为再生粗骨料重量的2-3％；所述湿水处理的时间为25-60min。
进一步地，步骤(2)中所述的搅拌时间为1-2min。
进一步地，步骤(3)中所述的搅拌时间为5-20min，所得的阻尼改性再生混凝土的坍落度为100-200mm。
一种采用上述再生混凝土制成的阻尼改性再生混凝土板，该板为单向板，板的跨距为1200mm，板的宽度为400mm，板的厚度为60mm，板的保护层厚度为15mm，其受力筋配筋率为0.5-0.7％，分布钢筋配筋率为0.2-0.3％。
一种如上所述的阻尼改性再生混凝土板的制备方法，该方法为：将再生混凝土与受力筋和钢筋混合后，经过机器振动成型和自然养护后即得到阻尼改性再生混凝土板。
本发明的创新性系采用再生骨料取代天然骨料，并用具有较高变形性能的再生橡胶颗粒部分取代河砂，制作出具有高阻尼性能，可用于普通民用建筑或放置精密仪器的楼板以消耗振动能量，减小振动幅值。在用再生骨料含有较多软弱区域和再生橡胶具有较高变形性能的基础上，充分利用建筑固废，最终制备出一种具有高阻尼性能的再生混凝土板，且同时具有生产成本低、废料利用率高的明显优点，可以节省天然粗骨料的用量、降低废弃混凝土和废弃橡胶的处置费用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)相对于普通混凝土，本发明采用的再生骨料具有较多孔隙和界面过渡区，因而在荷载作用下，由于界面的摩擦可以增加混凝土的耗能；
(2)本发明采用的再生橡胶颗粒具有较高的变形能力，可以在结构受到振动的时候吸收振动的能量，降低结构的动力响应幅值；
(3)本发明将废弃混凝土和废橡胶利用到构件阻尼性能的提高上，为建筑固废的再利用提供了一条新的途径，可以消纳筑固费和降低原料成本的，同时减少了天然原料的使用，也起到了保护保护环境的作用。
附图说明
图1为实施例1中采用废橡胶的阻尼改性再生混凝土板的尺寸图；
图2为实施例1中采用废橡胶的阻尼改性再生混凝土板的配筋图；
图3为实施例1中采用废橡胶的阻尼改性再生混凝土板的自由振动加速度信号。
图4为对比例1、对比例2、实施例1的有限元模型。
图5为不同频率作用下对比例1、对比例2、实施例1振动位移幅值的计算机模拟结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
对比例1、对比例2、实施例1
一种阻尼改性再生混凝土板，由P.O42.5普通硅酸盐水泥、细度模数为 2.3-3.0的河砂、减水率在25％以上的聚羧酸系高性能减水剂、粒径范围为5-25 mm的再生粗骨料、粒径范围为2-4mm的再生橡胶组成。
表1出示了对比例1、对比例2、实施例1三种混凝土的配合比示例。
表1不同混凝土的配合比示例(kg)
按照所述购置原料及其他准备工作，以表1所述配合比准备所需原料。
然后在称量好的再生粗骨料中加入少量水并振捣使再生粗骨料均匀吸水。湿水处理约30分钟后将其倒入强制搅拌机，然后将水泥、河砂和再生橡胶颗粒倒入搅拌机，搅拌约3分钟。将剩余水和减水剂倒入搅拌机中均匀搅拌约5 分钟。搅拌均匀的拌合物出机，测试拌合物工作性能。
满足工作性能要求后，成型150mm×150mm×150mm的立方体试件、1300 mm×100mm×100mm的素混凝土梁和60mm×300mm×1700mm的混凝土板。分别用于获得抗压强度、混凝土材料阻尼、混凝土板阻尼。
成型好的试件先在标准环境条件下静停养护24-36小时，然后拆模，并将试件移至标准养护室，在标准养护环境下养护28天，试验测试立方体抗压强度和阻尼比。冲击荷载作用下采用废橡胶改性后的再生混凝土板的加速度信号如图3所示。通过对数衰减法计算得到的对比例1、对比例2、实施例1的阻尼比如表2所示。
表2所测上述各混凝土试样的性能结果
编号 抗压强度(MPa) 材料阻尼比 板阻尼比
对比例1 33.6 0.006 0.023
对比例2 32.1 0.008 0.029
实施例1 28.5 0.011 0.035
由表2测试得到的性能表明：采用实施例1的采用废橡胶的再生混凝土板，如图1-2所示，其阻尼比明显高于普通混凝土和普通再生混凝土板，其阻尼比比普通混凝土提高50％以上，比再生混凝土提高20％。强度在28MPa以上，可用做建筑结构的楼板。
采用通用有限元软件ABAQUS，对不同频率的正弦振动作用下对比例1、对比例2、实施例1结构响应进行计算机仿真，有限元模型如图4所示。模型中的材料参数采用试验中的实际测试结果，模态分析结果与试验结果相同，证明了有限元分析结果的准确性。对比例1、对比例2、实施例1在不同频率的正线荷载作用下的最大位移幅值计算机仿真结果如图5所示。对比例1、对比例2、实施例1在非共振情况下位移响应幅值几乎相同，而在共振时，阻尼改性再生混凝土板的反应幅值明显小于普通混凝土板和再生混凝土板。在共振时，相比普通混凝土板和再生混凝土板，阻尼改性再生混凝土板的反应幅值分别减小了32.2％和16.9％，具有明显的减隔震效果。
综上，本发明公开的采用废橡胶的阻尼改性再生混凝土板，能作为建筑结构中的主要受力构件，提高结构舒适度，降低结构在发生共振时的动力响应幅值，并减少噪声等优点，可应用于一般民用建筑和具有精密仪器的实验室和生产车间。制备再生混凝土的原料包括再生粗骨料和再生橡胶，具有生产成本低、废料利用率高的明显优点，可以节省天然粗骨料的用量、降低废弃混凝土和废弃橡胶的处置费用。所以，本发明具有优异的性能且具有环保和经济的特点而具高度产业利用价值。
实施例2
一种阻尼改性再生混凝土板，其原料包括以下重量份组分：水泥0.5份；再生粗骨料1份；河砂0.5份；再生橡胶颗粒0.1份；水0.3份；减水剂0.010 份。
水泥为P.O42.65级普通硅酸盐水泥；河砂选择级配良好的中砂，细度模数为2.3-3.0；减水剂为固含量为15-25％，减水率为25-50％的聚羧酸系高性能减水剂。
再生粗骨料由废弃混凝土破碎获得，符合《混凝土用再生粗骨料(GB/T 25177-2010)》标准，粒径为5-25mm，按照连续级配制。
再生橡胶颗粒由废橡胶制得，粒径为2-4mm，按照连续级配制。
一种阻尼改性再生混凝土板的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份，将在再生粗骨料中加入少量水进行湿水处理后，投放入搅拌机内进行搅拌25-60min；其中，少量水为再生粗骨料重量的2-3％；
(2)按重量份，再将水泥、河砂和再生橡胶颗粒投放于搅拌机内并进行搅拌1-2min；
(3)按重量份，将剩余水和减水剂，投放于搅拌机内并进行搅拌5-20min，获得阻尼改性再生混凝土，其坍落度为100-200mm。
一种采用上述再生混凝土制成的阻尼改性再生混凝土板，其特征在于，该板为单向板，板的跨距为1200mm，板的宽度为400mm，板的厚度为60mm，板的保护层厚度为15mm，其受力筋配筋率为0.5-0.7％，分布钢筋配筋率为 0.2-0.3％。
一种如上所述的阻尼改性再生混凝土板的制备方法，该方法为：将再生混凝土与受力筋和钢筋混合后，经过机器振动成型和自然养护后即得到阻尼改性再生混凝土板。
实施例3
一种阻尼改性再生混凝土板，其原料包括以下重量份组分：水泥1份；再生粗骨料3.5份；河砂3.0份；再生橡胶颗粒0.4份；水0.5份；减水剂0.001 份。
水泥为P.O42.65级普通硅酸盐水泥；河砂选择级配良好的中砂，细度模数为2.3-3.0；减水剂为固含量为15-25％，减水率为25-50％的聚羧酸系高性能减水剂。
再生粗骨料由废弃混凝土破碎获得，符合《混凝土用再生粗骨料(GB/T 25177-2010)》标准，粒径为5-25mm，按照连续级配制。
再生橡胶颗粒由废橡胶制得，粒径为2-4mm，按照连续级配制。
一种阻尼改性再生混凝土板的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份，将在再生粗骨料中加入少量水进行湿水处理后，投放入搅拌机内进行搅拌25-60min；其中，少量水为再生粗骨料重量的2-3％；
(2)按重量份，再将水泥、河砂和再生橡胶颗粒投放于搅拌机内并进行搅拌1-2min；
(3)按重量份，将剩余水和减水剂，投放于搅拌机内并进行搅拌5-20min，获得阻尼改性再生混凝土，其坍落度为100-200mm。
一种采用上述再生混凝土制成的阻尼改性再生混凝土板，其特征在于，该板为单向板，板的跨距为1200mm，板的宽度为400mm，板的厚度为60mm，板的保护层厚度为15mm，其受力筋配筋率为0.5-0.7％，分布钢筋配筋率为 0.2-0.3％。
一种如上所述的阻尼改性再生混凝土板的制备方法，该方法为：将再生混凝土与受力筋和钢筋混合后，经过机器振动成型和自然养护后即得到阻尼改性再生混凝土板。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种阻尼改性再生混凝土板，其特征在于，包括以下重量份组分的原料：水泥0.5-1份；再生粗骨料1-3.5份；河砂0.5-3.0份；再生橡胶颗粒0.1-0.4份；水0.3-0.5份；减水剂0.001-0.010份。
2.根据权利要求1所述的一种阻尼改性再生混凝土板，其特征在于，所述的水泥为P.O42.65级普通硅酸盐水泥；所述河砂的细度模数为2.3-3.0；所述减水剂的固含量为15-25％，减水率为25-50％。
3.根据权利要求1所述的一种阻尼改性再生混凝土板，其特征在于，所述的再生粗骨料由废弃混凝土破碎获得，粒径为5-25mm，按照连续级配制。
4.根据权利要求1所述的一种阻尼改性再生混凝土板，其特征在于，所述的再生橡胶颗粒由废橡胶制得，粒径为2-4mm，按照连续级配制。
5.一种如权利要求1所述的一种阻尼改性再生混凝土板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量份，在再生粗骨料中加入少量水进行湿水处理后，投放入搅拌机内进行搅拌；
(2)按重量份，将水泥、河砂和再生橡胶颗粒投放于搅拌机内并进行搅拌；
(3)按重量份，将剩余水和减水剂，投放于搅拌机内并进行搅拌，获得阻尼改性再生混凝土拌和物。
6.根据权利要求5所述的一种阻尼改性再生混凝土板的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的少量水为再生粗骨料重量的2-3％；所述湿水处理的时间为25-60min。
7.根据权利要求5所述的一种阻尼改性再生混凝土板的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的搅拌时间为1-2min。
8.根据权利要求5所述的一种阻尼改性再生混凝土板的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的搅拌时间为5-20min，所得的阻尼改性再生混凝土的坍落度为100-200mm。
9.根据权利要求5所述的一种阻尼改性再生混凝土板的制备方法，其特征在于，其特征在于，将再生混凝土拌和物与受力筋和钢筋混合后，经过机器振动成型和自然养护后即得到阻尼改性再生混凝土板。
10.根据权利要求9所述的一种阻尼改性再生混凝土板的制备方法，其特征在于，所述混凝土板为单向板，其受力筋配筋率为0.5-0.7％，分布钢筋配筋率为0.2-0.3％。
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