CN113683355A - 复合改性橡胶碾压混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合改性橡胶碾压混凝土及其制备方法，旨在解决现有橡胶碾压混凝土材料强度、抗裂性能和耐久性不足的技术问题。该混凝土的主要制备原料包括：粗骨料45～55份、细骨料35～45份、水泥8～12份、橡胶颗粒5～15份、竹纤维0.02～0.04份、聚乙烯醇纤维0.03～0.05份、复合改性材料0.12～0.16份、高效减水剂0.5～1.5份、水100～140份。本发明复合改性橡胶碾压混凝土属于无毒无腐蚀类复合材料，其路用性能优良、具有优异的抗压强度、抗裂性能和耐久性，且其制备原材料来源广泛、成本低，生产过程环保节能，具有良好的经济、社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土建材技术领域，具体涉及一种复合改性橡胶碾压混凝土及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土材料是我国道路工程建设中一种常见的材料。其中，碾压混凝土（简称RCC）是一种干硬性贫水泥的混凝土，其主要是由硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土。碾压混凝土的特点是水泥用量比较少，施工进展快，若在公路工程建设中运用碾压混凝土会有较大的优势，但其抗开裂性及耐久性较差。
另一方面，随着我国道路基础设施的建设以及汽车工业的快速发展，我国已经成为世界上最大的橡胶消费国，但是目前对废旧橡胶的回收以及利用率却很低；而大量的废旧橡胶对人类环境造成很大的破坏。如何合理高效地利用这些废旧橡胶，已经成为目前社会急需解决的问题。而将橡胶集料替代部分细集料应用于道路工程建设既能解决混凝土抗开裂及耐久性较差等问题，又能解决因废旧轮胎堆积而引起环境污染问题，是重要的应用途径。
相比其它种类混凝土，橡胶碾压混凝土材料具有质量小、韧性好、耐久性好、耐磨性能好、抗冲击能力强等优点。然而，由于橡胶材料与集料界面过渡区粘结强度薄弱，弹性模量差异大，局部应力集中明显，所以橡胶碾压混凝土的强度下降较多，导致现有的这些橡胶碾压混凝土只能用于低等级道路上，不能大规模的使用。因此，当前业内亟待开发一种新型改性橡胶碾压混凝土混合料，以提升橡胶碾压混凝土道路的承载能力、抗裂性能和耐久性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合改性橡胶碾压混凝土及其制备方法，以解决现有橡胶碾压混凝土材料强度、抗裂性能和耐久性不足的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种复合改性橡胶碾压混凝土，由如下重量份的原料制成：
粗骨料45～55份、细骨料35～45份、水泥8～12份、橡胶颗粒5～15份、竹纤维0.02～0.04份、聚乙烯醇纤维0.03～0.05份、纳米氧化铝0.12～0.16份、纳米氧化铜0.04~0.06份、、高效减水剂0.5～1.5份、水100～140份。
优选的，所述复合改性橡胶碾压混凝土由如下原料制成：粗骨料60份、细骨料40份、水泥10份、橡胶颗粒10份、竹纤维0.03份、聚乙烯醇纤维0.04份、纳米氧化铝0.14份、纳米氧化铜0.05份、高效减水剂1份、水120份。
所述橡胶颗粒粒径≤2.0mm，表观密度为1200～1300kg/m3，堆积密度为520～560kg/m3，吸水率为 16.0～18.0%。
所述水泥为PC32.5、PC42.5、矿渣硅酸盐水泥PSA32.5、矿渣硅酸盐水泥PSA42.5、火山灰硅酸盐水泥PP32.5、火山灰硅酸盐水泥PP42.5、PO32.5、PO42.5中的至少一种。
所述竹纤维长度2～3.5mm，直径0.010～0.040mm，抗拉强度≥350MPa。
所述聚乙烯醇纤维长度8～12mm，直径0.020～0.040mm，抗拉强度≥1300MPa。
所述高性能减水剂为聚羧酸类减水剂。
上述复合改性橡胶碾压混凝土的制备方法，包括如下步骤：
（1）按照所述原料配比称取配置各原料；
（2）先将所述纳米氧化铝、纳米氧化铜混合均匀后，与所述水泥、聚羧酸类减水剂混合，搅拌25～30min，得到复合改性胶凝材料；
（3）再将所述橡胶颗粒、竹纤维和聚乙烯醇纤维与粗、细集料混合，搅拌45～50min后，然后与步骤（2）所得复合改性胶凝材料和水混合后搅拌均匀，再进行振动碾压即得复合改性橡胶碾压混凝土。
与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：
1. 本发明复合改性橡胶碾压混凝土混合料所含聚乙烯醇纤维具有较好的亲水性且表面粗糙，能够均匀的分散于公路路面且能够与水泥浆、粗细集料良好粘结，进而改善路面内部结构，增强路面各单元的结合能力；竹纤维和聚乙烯醇纤维配合作用，以较高的抗拉强度抵抗内部结构因干缩产生的应力徐变，抑制裂缝的产生与发展，从而提高路面的抗裂性能。
2. 本发明复合改性橡胶碾压混凝土混合料所含纳米氧化铝具有较高活性，能够与碾压混凝土集料中的碱土金属氢氧化物及水泥发生水化反应后产生的氢氧化物发生二次水化反应，生成具有胶凝性能强度高的水化硅酸物质，从而提升公路面层的抗压强度，能使得复合改性橡胶碾压混凝土混合料可承受更高等级的路面荷载；纳米氧化铜可以有效的增强碾压混凝土的强度。
3. 本发明复合改性橡胶碾压混凝土所需原料来源广泛，成本低廉，尤其是可利用废轮胎作为橡胶原料（属于危险固体废弃物，常温下不能进行降解，势必形成黑色污染源，危害地球生态经济环境），实现废物回收利用，为处理废旧轮胎增加了一个重要的途径。
4. 本发明复合改性橡胶碾压混凝土混合料所含竹纤维可以有效的抑制碾压混凝土裂缝的发展避免因裂缝过于集中而产生大裂缝，能够增强碾压混凝土的延性，能够提升混合料的早期力学强度。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的建材原料如无特别说明，均为市售常规原料；所涉及的试验、检测方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例1：一种复合改性橡胶碾压混凝土，由如下重量份数的原料制成：
粗骨料60份、细骨料40份、水泥（P.O42.5）10份、橡胶颗粒10份、竹纤维0.03份、聚乙烯醇纤维0.04份、纳米氧化铝0.08份、纳米氧化铜0.04份、聚羧酸类减水剂1份、水120份。
所用橡胶颗粒是由废旧轮胎物理破碎后制成，橡胶颗粒最大粒径为2.0mm，表观密度为1250kg/m3，堆积密度为540kg/m3，吸水率为 17.2%。
所用集料（骨料）为天然岩石或卵石经人工破碎筛分而成的碎石和石屑，添加3档天然集料。天然集料最大粒径≤20mm，其中粗集料压碎值≤30%。
混合集料为骨架密实型结构，所述集料级配满足规范《公路水泥混凝土路面施工技术细则》JTG/T F30-2014碾压混凝土合成级配要求。
本例所采用的混合集料（骨料）级配见表1。
表1 混合集料合成级配通过百分率
| 筛孔尺寸（mm） | 19 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 |
| 通过百分率（%） | 96 | 60.6 | 43 | 29.8 | 23.2 | 14.8 | 9.4 | 14.7 |
上述复合改性橡胶碾压混凝土的制备方法，包括如下步骤：
（1）按照所述配合比称取配置各原料；
（2）先将纳米氧化铝和纳米氧化铜混合搅拌均匀，并与水泥、聚羧酸类减水剂混合，搅拌25～30min，得到复合改性胶凝材料；
（3）再将橡胶颗粒、竹纤维和聚乙烯醇纤维与粗、细骨料混合，搅拌45～50min后，与步骤（2）所得复合改性胶凝材料和水搅拌均匀，经振动碾压，即得到复合改性橡胶碾压混凝土。其性能指标见表2。
实施例2：一种复合改性橡胶碾压混凝土，除以下不同之外，其它与实施例1基本相同：
复合改性橡胶碾压混凝土的原料构成为：粗骨料60份细骨料40份、水泥（P.O42.5）12份、橡胶颗粒5份、竹纤维0.04份、聚乙烯醇纤维0.05份、纳米氧化铝0.08份、纳米氧化铜0.04份、聚羧酸类减水剂1份、水120份。
实施例3：一种复合改性橡胶碾压混凝土，除以下不同之外，其它与实施例1基本相同：
复合改性橡胶碾压混凝土的原料构成为：粗骨料60份细骨料40份、水泥（P.O42.5）10份、橡胶颗粒10份、竹纤维0.03份、聚乙烯醇纤维0.04份、纳米氧化铝0.1份、纳米氧化铜0.05份、聚羧酸类减水剂1.5份、水110份。
实施例4：一种复合改性橡胶碾压混凝土，除以下不同之外，其它与实施例1基本相同：
复合改性橡胶碾压混凝土的原料构成为：粗骨料60份细骨料40份、水泥（P.F42.5）12份、橡胶颗粒5份、竹纤维0.02份、聚乙烯醇纤维0.03份、纳米氧化铝0.1份、纳米氧化铜0.05份、聚羧酸类减水剂1.5份、水120份。
实施例5：一种复合改性橡胶碾压混凝土，除以下不同之外，其它与实施例1基本相同：
复合改性橡胶碾压混凝土的原料构成为：粗骨料60份细骨料40份、水泥（P.F42.5）10份、橡胶颗粒5份、竹纤维0.04份、聚乙烯醇纤维0.05份、纳米氧化铝0.15份、纳米氧化铜0.05份、聚羧酸类减水剂0.8份、水110份。
实施例6：一种复合改性橡胶碾压混凝土，除以下不同之外，其它与实施例1基本相同：
复合改性橡胶碾压混凝土的原料构成为：粗骨料60份细骨料40份、水泥（P.F42.5）12份、橡胶颗粒10份、竹纤维0.04份、聚乙烯醇纤维0.05份、纳米氧化铝0.15份、纳米氧化铜0.05份、聚羧酸类减水剂0.8份、水110份。
对照例：普通橡胶碾压混凝土，其由如下重量份数的原料制成：粗骨料60份、细骨料40份、水泥12份、橡胶颗粒5份，聚羧酸类减水剂1份。
对实施例1-6所得的复合改性橡胶碾压混凝土和对照例所得到的普通橡胶碾压混凝土同时进行性能试验，具体试验方法如下：
按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005）中试验方法进行成型养护；试件经过成型养护后进行路用性能试验，试验项目包括7d、28d抗压强度试验、干缩试验、抗冻试验和90d劈裂试验，用以测试本发明复合改性橡胶碾压混凝土的路用性能，具体试验结果如表2所示。
表2混合料的路用性能试验数据对比
由表2可知，本发明复合改性橡胶碾压混凝土满足交通部颁发标准《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/T F30-2014）的相关要求，其抗压强度、劈裂强度、干缩性能、抗冻能力等指标明显高于普通橡胶碾压混凝土，表明本发明复合改性橡胶碾压混凝土的路用性能优异。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关原料、配方及方法进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (8)
1.一种复合改性橡胶碾压混凝土，其特征在于，以重量份计，其由如下原料制成：粗骨料45～55份、细骨料35～45份、水泥8～12份、橡胶颗粒5～15份、竹纤维0.02～0.04份、聚乙烯醇纤维0.03～0.05份、纳米氧化铝0.12～0.16份、纳米氧化铜0.04～0.06份、高效减水剂0.5～1.5份、水100～140份。
2.根据权利要求1所述的复合改性橡胶碾压混凝土，其特征在于，由如下原料制成：粗骨料60份、细骨料40份、水泥10份、橡胶颗粒10份、竹纤维0.03份、聚乙烯醇纤维0.04份、纳米氧化铝0.14份、纳米氧化铜0.05份、高效减水剂1份、水120份。
3.根据权利要求1或2所述的复合改性橡胶碾压混凝土，其特征在于，所述橡胶颗粒粒径≤2.0mm，表观密度为1200～1300kg/m3，堆积密度为520～560kg/m3，吸水率为 16.0～18.0%。
4.根据权利要求1或2所述的复合改性橡胶碾压混凝土，其特征在于，所述水泥为PC32.5、PC42.5、矿渣硅酸盐水泥PSA32.5、矿渣硅酸盐水泥PSA42.5、火山灰硅酸盐水泥PP32.5、火山灰硅酸盐水泥PP42.5、PO32.5、PO42.5中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的复合改性橡胶碾压混凝土，其特征在于，所述竹纤维长度2～3.5mm，直径0.010～0.040mm，抗拉强度≥350MPa。
6.根据权利要求1或2所述的复合改性橡胶碾压混凝土，其特征在于，所述聚乙烯醇纤维长度8～12mm，直径0.020～0.040mm，抗拉强度≥1300MPa。
7.根据权利要求1或2所述的复合改性橡胶碾压混凝土，其特征在于，所述高性能减水剂为聚羧酸类减水剂。
8.权利要求1所述复合改性橡胶碾压混凝土的制备方法，包括如下步骤：
（1）按照权利要求1所述原料配比称取配置各原料；
（2）先将所述纳米氧化铝、纳米氧化铜混合均匀后，与所述水泥、聚羧酸类减水剂混合，搅拌25～30min，得到复合改性胶凝材料；
（3）再将所述橡胶颗粒、竹纤维和聚乙烯醇纤维与粗、细集料混合，搅拌45～50min后，然后与步骤（2）所得复合改性胶凝材料和水混合后搅拌均匀，再进行振动碾压即得复合改性橡胶碾压混凝土。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114634334A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-06-17 | 湖州职业技术学院(湖州广播电视大学)(湖州社区大学) | 一种基于纳米材料的高性能混凝土材料 |
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2021
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