CN112661457A - 一种聚丙烯纤维改性橡胶混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯纤维改性橡胶混凝土及其制备方法，包括水泥、水、砂、碎石、减水剂和聚丙烯纤维，其中，改性橡胶颗粒按10％—20％等体积取代部分砂，由如下质量分数的各原料组成：水泥488份，水168份，砂663—746份，碎石973份，减水剂7.3份，橡胶颗粒32.2—64.4份，聚丙烯纤维1份。所述聚丙烯纤维改性橡胶混凝土的制备方法为：按照质量分数准备各原料；开动搅拌机，将称量好的碎石、聚丙烯纤维、砂和改性橡胶颗粒依次投入搅拌机内，搅拌30s使集料混合均匀，再投入水泥搅拌10s；将聚羧酸高性能减水剂按重量比例溶于水，搅拌均匀形成减水剂溶液，将所述减水剂溶液加入搅拌机中，搅拌2min得到聚丙烯纤维改性橡胶混凝土。
Description
技术领域
本发明涉及属于建筑材料领域，具体的涉及一种混凝土，更具体的涉及一种聚丙烯纤维改性橡胶混凝土。
背景技术
混凝土通常是以水泥为主要胶凝材料，以砂，石为骨料，与水按一定比例配合，经搅拌而制成的人工石材。其具有原材料丰富，价格低廉，生产工艺简单的优点，故其适用范围十分广泛，不仅在建筑行业中使用，在机械行业、冶金行业、船舶行业、地热工程等，混凝土也是重要的材料。随着建筑行业的高速发展，工程建筑对超高层、大跨度以及功能性要求越来越高，传统混凝土不仅难以同时满足多方面的要求，而且由于其自身的抗拉抗裂性较差以及材料本身的高强化与高脆性之间难以调和的矛盾导致它的应用受到限制。
随着中国汽车工业和经济水平的不断发展，我国汽车保有量和年增长量位居世界第一，同时，由于这些汽车每年都需要消耗大量的橡胶轮胎，导致我国轮胎的报废量逐年增加。据统计，2015年中国废旧轮胎达到了1400万吨，预计到2021年轮胎的报废量将达到2400万吨，而现今我国的废旧轮胎的回收利用率不及40％，这不但造成了严重的环境污染，还造成了巨大的资源浪费。
把废旧橡胶粉碎化处理成橡胶颗粒作为细集料掺加到混凝土中是一种废旧橡胶再利用的环保方式。可是橡胶颗粒是有机物，混凝土集料为无机物，两者之间的粘结强度很低，导致橡胶混凝土较同水平水泥混凝土强度低，且其降低幅度随着橡胶颗粒掺量的增大而变大。由于高掺量橡胶混凝土的强度损失严重，目前主要把高掺量橡胶混凝土作为建筑功能材料来研究，而把低掺量橡胶混凝土作为建筑结构材料应用。为了推广高掺量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。
对掺入的橡胶颗粒进行预处理，就可以在一定程度上提高橡胶颗粒与水泥砂浆的粘结强度；以合理的比例外掺定量的聚丙烯纤维可以增加混凝土的抗拉强度与开裂韧性。综合上述方法制成一种聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，其抗压强度、抗折强度及弯曲韧性均得到提升。。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种一种自重轻、抗压强度高和弯曲韧性好的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，各原料的重量配合比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：橡胶颗粒：聚丙烯纤维＝488：168：663-746：973：7.3：32.2-64.4：1。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述水泥选用复合硅酸盐水泥PO42.5。
作为上述技术方案的改进，所述砂为Ⅱ区中砂，细度模数3.0，最大粒径5mm，连续级配，表观密度2700kg/m3。
作为上述技术方案的改进，所述碎石粒径为5-25mm连续级配，表观密度为2760kg/m3。
作为上述技术方案的改进，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率为20-25％。
作为上述技术方案的改进，所述橡胶颗粒粒径1-2mm，表观密度为1050kg/m3。
作为上述技术方案的改进，所述橡胶颗粒为改性橡胶颗粒，所述的改性橡胶颗粒为取废旧橡胶轮胎切割粉碎成1-2mm粒径的橡胶颗粒，置于质量分数1％的NaOH溶液中完全浸泡30min，之后将浸泡过的橡胶颗粒过滤、用清水洗净，然后浸没于清水，称取0.025倍橡胶颗粒质量的KH-560液体加入水中，搅拌均匀，静置2h后过滤、干燥得到。
作为上述技术方案的改进，所述聚丙烯纤维为长度19mm网状纤维。
一种如上任一所述的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土的制备方法，包含如下步骤：
(1)将废旧橡胶轮胎切割粉碎成1—2mm粒径的橡胶颗粒，经过预处理后得到改性橡胶颗粒；
(2)按照重量比例称量各原料；
(3)开动搅拌机，将称量好的碎石、聚丙烯纤维、砂和改性橡胶颗粒依次投入搅拌机内，搅拌30s使集料混合均匀，再投入水泥搅拌10s；
(4)将聚羧酸高性能减水剂按重量比例溶于水，搅拌均匀形成减水剂溶液，将所述减水剂溶液加入搅拌机中，搅拌2min得到聚丙烯纤维改性橡胶混凝土。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中，橡胶颗粒预处理方法为，取废旧橡胶轮胎切割粉碎成1-2mm粒径的橡胶颗粒，置于质量分数1％的NaOH溶液中完全浸泡30min，之后将浸泡过的橡胶颗粒过滤、用清水洗净，然后浸没于清水，称取0.025倍橡胶颗粒质量的KH-560液体加入水中，搅拌均匀，静置2h后过滤、干燥得到改性橡胶颗粒。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：本发明通过将聚丙烯纤维与改性橡胶颗粒按比例掺入混凝土中得到一种聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，改善了传统混凝土自重较大、韧性不足的本质问题，另外，相较同水平普通混凝土其抗压强度与抗折强度均得到提升，且其拌合物的坍落度、粘聚性和保水性良好，便于施工应用；另一方面，本发明能够使废旧橡胶轮胎发挥更大的再次利用价值，减轻了废旧橡胶给环境带来的污染，使得这种聚丙烯纤维改性橡胶混凝土的应用前景更加广阔。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明所述聚丙烯纤维改性橡胶混凝土的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
术语解释：1、聚丙烯纤维改性橡胶混凝土：将聚丙烯纤维与改性橡胶颗粒按比例掺入混凝土中得到的一种新型混凝土；2、基准聚丙烯纤维橡胶混凝土：橡胶颗粒不经过预处理的聚丙烯纤维橡胶混凝土；3、基准普通混凝土：不掺加聚丙烯纤维与改性橡胶颗粒的普通混凝土。
材料规格：水泥选用复合硅酸盐水泥PO42.5；砂为Ⅱ区中砂，细度模数3.0，最大粒径5mm，连续级配，表观密度2700kg/m3；碎石粒径为5—25mm连续级配，表观密度为2760kg/m3；减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率为23％左右；橡胶颗粒粒径1—2mm，表观密度为1050kg/m3；聚丙烯纤维为长度19mm网状纤维。
实施例1
聚丙烯纤维改性橡胶混凝土制备：
取废旧橡胶轮胎切割粉碎成1—2mm粒径的橡胶颗粒，置于质量分数1％的NaOH溶液中完全浸泡30min，之后将浸泡过的橡胶颗粒过滤、洗净，然后浸没于水中并称取0.025倍橡胶颗粒质量的KH-560液体加入其中，搅拌均匀，静置2h后过滤、干燥得到改性橡胶颗粒。
制备橡胶颗粒等体积取代10％砂的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，各原料质量配合比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：橡胶颗粒：聚丙烯纤维＝488：168：746：973：7.3：32.2：1。
拌合工艺：
(1)按照重量比例称量各原料；
(2)开动搅拌机，将称量好的碎石、聚丙烯纤维、砂和改性橡胶颗粒依次投入搅拌机内，搅拌30s使集料混合均匀，再投入水泥搅拌10s；
(3)将聚羧酸高性能减水剂按重量比例溶于水，搅拌均匀形成减水剂溶液，将所述减水剂溶液加入搅拌机中，搅拌2min得到聚丙烯纤维改性橡胶混凝土。
实施例2
聚丙烯纤维改性橡胶混凝土制备：
取废旧橡胶轮胎切割粉碎成1—2mm粒径的橡胶颗粒，置于质量分数1％的NaOH溶液中完全浸泡30min，之后将浸泡过的橡胶颗粒过滤、洗净，然后浸没于水中并称取0.025倍橡胶颗粒质量的KH-560液体加入其中，搅拌均匀，静置2h后过滤、干燥得到改性橡胶颗粒。
制备橡胶颗粒等体积取代20％砂的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，各原料的重量配合比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：橡胶颗粒：聚丙烯纤维＝488：168：663：973：7.3：64.4：1。
拌合工艺：
(1)按照重量比例称量各原料；
(2)开动搅拌机，将称量好的碎石、聚丙烯纤维、砂和改性橡胶颗粒依次投入搅拌机内，搅拌30s使集料混合均匀，再投入水泥搅拌10s；
(3)将聚羧酸高性能减水剂按重量比例溶于水，搅拌均匀形成减水剂溶液，将所述减水剂溶液加入搅拌机中，搅拌2min得到聚丙烯纤维改性橡胶混凝土。
对照例1
基准聚丙烯纤维橡胶混凝土制备：
取废旧橡胶轮胎切割粉碎成1—2mm粒径的橡胶颗粒。
制备橡胶颗粒等体积取代10％砂的基准聚丙烯纤维橡胶混凝土，各原料的重量配合比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：橡胶颗粒：聚丙烯纤维＝488：168：746：973：7.3：32.2：1。
拌合工艺：
(1)按照重量比例称量各原料；
(2)开动搅拌机，将称量好的碎石、聚丙烯纤维、砂和橡胶颗粒依次投入搅拌机内，搅拌30s使集料混合均匀，再投入水泥搅拌10s；
(3)将聚羧酸高性能减水剂按重量比例溶于水，搅拌均匀形成减水剂溶液，将所述减水剂溶液加入搅拌机中，搅拌2min得到基准聚丙烯纤维橡胶混凝土。
对照例2
基准聚丙烯纤维橡胶混凝土制备：
取废旧橡胶轮胎切割粉碎成1—2mm粒径的橡胶颗粒。
制备橡胶颗粒等体积取代20％砂的基准聚丙烯纤维橡胶混凝土，各原料的重量配合比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：橡胶颗粒：聚丙烯纤维＝488：168：663：973：7.3：64.4：1。
拌合工艺：
(1)按照重量比例称量各原料；
(2)开动搅拌机，将称量好的碎石、聚丙烯纤维、砂和橡胶颗粒依次投入搅拌机内，搅拌30s使集料混合均匀，再投入水泥搅拌10s；
(3)将聚羧酸高性能减水剂按重量比例溶于水，搅拌均匀形成减水剂溶液，将所述减水剂溶液加入搅拌机中，搅拌2min得到基准聚丙烯纤维橡胶混凝土。
对照例3
基准普通混凝土制备：
基准普通混凝土各原料的重量配合比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂＝488：168：829：973：7.3。
拌合工艺：
(1)按照重量比例称量各原料；
(2)开动搅拌机，将称量好的碎石和砂依次投入搅拌机内，搅拌30s使集料混合均匀，再投入水泥搅拌10s；
(3)将聚羧酸高性能减水剂按重量比例溶于水，搅拌均匀形成减水剂溶液，将所述减水剂溶液加入搅拌机中，搅拌2min得到基准普通混凝土。
实施例1、2聚丙烯纤维改性橡胶混凝土和对照例1、2基准聚丙烯纤维橡胶混凝土、对照例3基准普通混凝土的性能对比结果见下表1。
表1、实施例1、2聚丙烯纤维改性橡胶混凝土和对照例1、2基准聚丙烯纤维橡胶混凝土、对照例3基准普通混凝土的性能对比结果
性能测试结果显示，掺加聚丙烯纤维与未改性的橡胶颗粒可以提升普通混凝土的抗压强度，随着未改性橡胶颗粒掺量的增加其提升效果越弱；而混凝土抗折强度随着未改性橡胶颗粒的增多，其增幅较小甚至有所下降；弯曲韧性均呈现下降趋势，混凝土脆性增加，无法应用与实际工程。掺加聚丙烯纤维与改性的橡胶颗粒不仅可以较好地提升普通混凝土的抗压、抗折强度，而且其弯曲韧性也随着改性橡胶颗粒掺量的增多而增大，增幅可达23％。其原因是橡胶颗粒经过预处理后橡胶颗粒与水泥石之间的粘结性能得到大幅改善，使改性橡胶颗粒可以与水泥机体更好地协同受力。另外，聚丙烯纤维改性橡胶在保证混凝土拌合物的坍落度、粘聚性和保水性的同时减轻了自重，便于施工应用。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，其特征在于：各原料的重量配合比为：水泥：水：砂：碎石：减水剂：改性橡胶颗粒：聚丙烯纤维＝488：168：663-746：973：7.3：32.2-64.4：1。
2.如权利要求1所述的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，其特征在于：所述水泥选用复合硅酸盐水泥PO42.5。
3.如权利要求1所述的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，其特征在于：所述砂为Ⅱ区中砂，细度模数3.0，最大粒径5mm，连续级配，表观密度2700kg/m3。
4.如权利要求1所述的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，其特征在于：所述碎石粒径为5-25mm连续级配，表观密度为2760kg/m3。
5.如权利要求1所述的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率为20-25％。
6.如权利要求1所述的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，其特征在于：所述橡胶颗粒粒径1-2mm，表观密度为1050kg/m3。
7.如权利要求1所述的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，其特征在于：所述橡胶颗粒为改性橡胶颗粒，所述的改性橡胶颗粒为取废旧橡胶轮胎切割粉碎成1-2mm粒径的橡胶颗粒，置于质量分数1％的NaOH溶液中完全浸泡30min，之后将浸泡过的橡胶颗粒过滤、用清水洗净，然后浸没于清水，称取0.025倍橡胶颗粒质量的KH-560液体加入水中，搅拌均匀，静置2h后过滤、干燥得到。
8.如权利要求1所述的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土，其特征在于：所述聚丙烯纤维为长度19mm网状纤维。
9.一种如权利要求1-8任一所述的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)将废旧橡胶轮胎切割粉碎成1—2mm粒径的橡胶颗粒，经过预处理后得到改性橡胶颗粒；
(2)按照重量比例称量各原料；
(3)开动搅拌机，将称量好的碎石、聚丙烯纤维、砂和改性橡胶颗粒依次投入搅拌机内，搅拌30s使集料混合均匀，再投入水泥搅拌10s；
(4)将聚羧酸高性能减水剂按重量比例溶于水，搅拌均匀形成减水剂溶液，将所述减水剂溶液加入搅拌机中，搅拌2min得到聚丙烯纤维改性橡胶混凝土。
10.如权利要求9所述的聚丙烯纤维改性橡胶混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，橡胶颗粒预处理方法为，取废旧橡胶轮胎切割粉碎成1-2mm粒径的橡胶颗粒，置于质量分数1％的NaOH溶液中完全浸泡30min，之后将浸泡过的橡胶颗粒过滤、用清水洗净，然后浸没于清水，称取0.025倍橡胶颗粒质量的KH-560液体加入水中，搅拌均匀，静置2h后过滤、干燥得到改性橡胶颗粒。
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