CN113929376B - 一种橡胶混凝土及其制备方法和桥梁 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种橡胶混凝土及其制备方法和桥梁，以重量份数计，该橡胶混凝土的配料包括：水泥40‑50份、橡胶颗粒3‑8份、细骨料40‑80份、粗骨料70‑160份、水10‑18份和外加剂0.4‑0.8份；所述橡胶颗粒的粒径为0.63‑5mm，所述橡胶颗粒的粒径级配包括：粒径2.5‑5mm的橡胶颗粒重量占比为0‑2％，1.25‑2.5mm的橡胶颗粒重量占比为20‑60％，0.63‑1.25mm的橡胶颗粒重量占比为30‑70％。该橡胶混凝土具有良好的吸声性能。

Description

一种橡胶混凝土及其制备方法和桥梁

技术领域

本申请涉及建筑材料技术领域，具体地，涉及一种橡胶混凝土及其制备方法和桥梁。

背景技术

随着交通事业的迅速发展，交通量日益增加，道路的交通噪声污染直接影响到人们的生活质量和身心健康，已成为严重的社会公害。路面对轮胎路面噪声的影响显著，不同粗糙度和不同材料的路面在噪声源处对声能的吸收不同。现有路面多为刚性路面，由普通混凝土建造而成。普通混凝土强度较高、较为密实，在车辆行驶过程中一方面会产生的噪音震动大，另一方面对噪音的吸声效果不佳。

废旧橡胶作为一种工业废弃物，其数量在废旧高分子材料中仅次于废旧塑料居第二位，不仅污染环境，而且占用土地。做为新的固体污染源，废旧橡胶具有很强的抗热性、抗机械性，若深埋处理，上百年不会分解腐烂；若露天存放，不仅占用土地，而且极易滋生蚊虫、引发传染疾病、造成火灾。随着废旧橡胶数量的增加，废橡胶处理已成为世界性难题，如何将其合理处置越来越受到世界各国的关注。

从上个世纪80年代开始，很多学者和研究人员就将焦点移到了将废轮胎橡胶掺加到混凝土的领域上。例如，中国专利CN104058661A公开了一种添加废旧轮胎橡胶颗粒的混凝土空心砌块及其制备方法，以适用不同承重强度需求的建筑物承重砌块，但空心砌块不适用于路面建设，且采用其成分配比制备而成的橡胶混凝土直接用于面层建造时取得的降噪吸声效果并不理想；中国专利CN110698127A公开了一种自密实橡胶混凝土渠道衬砌及其制备方法，以简化施工步骤加快施工速度，但其具备的吸声性能欠佳。

因此，急需一种用于路面建造时具有良好的降噪吸声效果的掺废旧橡胶颗粒水泥混凝土，既可以降低道路的交通噪声污染，也可以解决废旧橡胶带来的环境污染。

发明内容

本公开的目的在于提供一种吸声性能良好的橡胶混凝土。

为了实现上述目的，本公开提供了一种橡胶混凝土，以重量份数计，该橡胶混凝土的配料包括：水泥40-50份、橡胶颗粒3-8份、细骨料40-80份、粗骨料70-160份、水10-18份和外加剂0.4-0.8份；所述橡胶颗粒的粒径为0.63-5mm，所述橡胶颗粒的粒径级配包括：粒径2.5-5mm的橡胶颗粒重量占比为0-2％，1.25-2.5mm的橡胶颗粒重量占比为20-60％，0.63-1.25mm的橡胶颗粒重量占比为30-70％。

可选地，以重量份数计，所述橡胶混凝土的配料包括：水泥43-48份、橡胶颗粒4-6份、细骨料50-70份、粗骨料90-140份、水12-15份和外加剂0.6-0.7份。

可选地，所述橡胶颗粒的粒径级配包括：粒径2.5-5mm的橡胶颗粒重量占比为1-2％，1.25-2.5mm的橡胶颗粒重量占比为35-50％，0.63-1.25mm的橡胶颗粒重量占比为45-60％。

可选地，所述水泥为硅酸盐水泥，优选为P.II52.5硅酸盐水泥。

可选地，所述细骨料为连续级配的细度模数为2.3-3.0的细骨料，优选为2.3-2.8。

可选地，所述粗骨料分为粒径为5-10mm和10-20mm两种掺配而成的连续级配的粗骨料，所述粒径为5-10mm的粗骨料和所述粒径为10-20mm的粗骨料的重量比为1：1-2。

可选地，所述细骨料选自河砂、海砂、山砂和人工砂中的至少一种，所述粗骨料选自石灰岩、玄武岩、花岗岩中的至少一种；优选，所述细骨料为河砂，所述粗骨料为石灰岩。

可选地，所述外加剂为聚羧酸系减水剂。

本公开还提供了一种橡胶混凝土的制备方法，该方法包括：按照如上所述的橡胶混凝土的配料的限定，将细骨料、粗骨料和橡胶颗粒进行预拌，接着加入水泥搅拌均匀，再加入水及外加剂搅拌混匀。

本公开还提供了一种桥梁，该桥梁的原料包括上述的橡胶混凝土。

通过上述技术方案，本公开提供了一种橡胶混凝土，该橡胶混凝土用于路面建设具有良好的吸声降噪效果，可以有效减少道路的交通噪声污染；并且还具有良好的抗冲击性能和减震性能。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开提供了一种橡胶混凝土，以重量份数计，该橡胶混凝土的配料包括：水泥40-50份、橡胶颗粒3-8份、细骨料40-80份、粗骨料70-160份、水10-18份和外加剂0.4-0.8份；所述橡胶颗粒的粒径为0.63-5mm，所述橡胶颗粒的粒径级配包括：粒径2.5-5mm的橡胶颗粒重量占比为0-2％，1.25-2.5mm的橡胶颗粒重量占比为20-60％，0.63-1.25mm的橡胶颗粒重量占比为30-70％。

本公开提供的橡胶混凝土用于面层建造时具有良好的吸声降噪性能、抗冲击性能和减震性能，一方面能够有效减少道路的交通噪声污染，另一方面能够很好的改善传统混凝土的耐久性。本公开中使用的橡胶颗粒可以由废旧轮胎加工而成。本公开通过对橡胶颗粒的粒径进行级配，使得到的橡胶混凝土和传统的混凝土相比，刚度适中，吸声性能明显提高，并进一步提高了抵抗动态冲击的能力。将本公开的橡胶混凝土应用于路面建设可以减少甚至消除伸缩缝，减少钢筋用量。同时，本公开的橡胶混凝土应用于面层设计的使用年限长，在保证质量条件下可以降低维修费用。

根据本公开，以重量份数计，所述橡胶混凝土的配料可以包括：水泥43-48份、橡胶颗粒4-6份、细骨料50-70份、粗骨料90-140份、水12-15份和外加剂0.6-0.7份。

根据本公开，所述橡胶颗粒的粒径级配可以包括：粒径2.5-5mm的橡胶颗粒重量占比为1-2％，1.25-2.5mm的橡胶颗粒重量占比为35-50％，0.63-1.25mm的橡胶颗粒重量占比为45-60％。通过上述配比制备得到的橡胶混凝土既可以减小分布载荷，又有较大的变形能力，可以减少结构裂缝的产生。

根据本公开，所述橡胶颗粒中不可避免的包括在橡胶破碎制粒过程中产生的橡胶颗粒粉尘，所述橡胶颗粒粉尘在所述橡胶颗粒中的重量占比可以为0-6％。

根据本公开，优选使用硅酸盐水泥。硅酸盐水泥(英文名称：PortlandCement)是指以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料、5％以下的石灰石或粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥根据强度的不同，可以分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级，本公开优选为P.II52.5硅酸水泥。

根据本公开，骨料是本领域技术人员所熟知的，主要起骨架作用和减小由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化，同时还可作为廉价填充料。骨料按颗粒大小分为粗骨料和细骨料，粒径大于4.75毫米者为粗骨料，粒径小于4.75毫米者为细骨料。

本公开中，所述细骨料可以为连续级配的细度模数为2.3-3.0的细骨料，优选为2.3-2.8。且所述细骨料可以选自河砂、海砂、山砂和人工砂中的至少一种；其中河砂具有洁净、质地坚硬的特点，本公开优选使用河砂作为细骨料。

本公开使用的粗骨料可以分为粒径为5-10mm和10-20mm两种掺配而成的连续级配的粗骨料，所述粒径为5-10mm的粗骨料和所述粒径为10-20mm的粗骨料的重量比可以为1：1-2。

本公开中的所述粗骨料可以选自石灰岩、玄武岩和花岗岩中的至少一种；其中石灰岩具有表面粗糙、多棱角、较洁净、与水泥浆粘结比较牢固的特点，本公开优选使用石灰岩作为粗骨料。

根据本公开，所述外加剂可以为聚羧酸系减水剂。减水剂是在维持混凝土坍落度不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。聚羧酸系减水剂可以分为两大类：一类以丙烯酸或甲基丙烯酸为主链，接枝不同侧链长度的聚醚，另一类是以马来酸酐为主链接枝不同侧链长度的聚醚，例如DH-4004型聚羧酸系减水剂。

本公开还提供了一种橡胶混凝土的制备方法，该方法包括：按照如上所述的橡胶混凝土的配料的限定，将细骨料、粗骨料和橡胶颗粒进行预拌，接着加入水泥搅拌均匀，再加入水及外加剂搅拌混匀。

本公开还提供了一种桥梁，该桥梁的原料包括上述的橡胶混凝土。具体而言，橡胶混凝土可以用在桥梁与车辆接触的部位，如上表面和侧表面等，本公开提供的桥梁可以有效减少道路的交通噪声污染；并且还具有良好的抗冲击性能和减震性能。

以下通过实施例进一步详细说明本公开。实施例中所用到的原材料均可通过商购途径获得。本实施例中的粉煤灰为I级粉煤灰，水泥为P.II52.5硅酸盐水泥，粗骨料为石灰岩，细骨料为河砂，外加剂为购自西卡公司的聚羧酸系减水剂。

实施例1

本实施例的橡胶颗粒按照粒径2.5-5mm的橡胶颗粒重量占比为1％，1.25-2.5mm的橡胶颗粒重量占比为43％，0.63-1.25mm的橡胶颗粒重量占比为52％，破碎橡胶颗粒的粉尘重量占比为4％的配比对粒径为0.63-5mm的橡胶颗粒进行级配。

本实施例的粗骨料按照粒径为5-10mm的粗骨料和所述粒径为10-20mm的粗骨料的重量比为2：3进行级配。细骨料为连续级配的细度模数为2.5的河砂。

将43kg本实施例的橡胶颗粒，585kg细骨料，1122kg粗骨料预拌后，加入450kg水泥搅拌均匀，再加入135kg水和7kg聚羧酸系减水剂搅拌均匀得到本实施例的橡胶混凝土。

实施例2

本实施例按照实施例1的方法配制橡胶混凝土，所不同的是，本实施例中的橡胶混凝土将34kg的橡胶颗粒，605kg细骨料，1122kg粗骨料预拌后，加入450kg水泥搅拌均匀，再加入135kg水和7kg聚羧酸系减水剂搅拌均匀。

实施例3：

本实施例按照实施例1的方法配制橡胶混凝土，所不同的是，本实施例中使用的橡胶颗粒按照粒径2.5-5mm的橡胶颗粒重量占比为0.5％，1.25-2.5mm的橡胶颗粒重量占比为30％，0.63-1.25mm的橡胶颗粒重量占比为68.5％的配比对粒径为0.63-5mm的橡胶颗粒进行级配。

实施例4：

本实施例按照实施例1的方法配制橡胶混凝土，所不同的是，本实施例中使用的橡胶颗粒按照粒径2.5-5mm的橡胶颗粒重量占比为2％，1.25-2.5mm的橡胶颗粒重量占比为58％，0.63-1.25mm的橡胶颗粒重量占比为40％的配比对粒径为0.63-5mm的橡胶颗粒进行级配。

实施例5

本实施例按照实施例1的方法配制橡胶混凝土，所不同的是，本实施例的粗骨料按照粒径为5-10mm的粗骨料和所述粒径为10-20mm的粗骨料的重量比为1：1进行级配。细骨料为连续级配的细度模数为2.9的河砂。

对比例1

本对比例未掺橡胶颗粒，将688kg细骨料，1122kg粗骨料预拌后，加入450kg水泥搅拌均匀，再加入135kg水和7kg聚羧酸系减水剂搅拌均匀得到本实施例的混凝土。

对比例2

本对比例按照实施例1的方法配制橡胶混凝土，所不同的是，本对比例的橡胶颗粒按照粒径0.1-0.16mm的橡胶颗粒重量占比为5％，0.16-0.315mm的橡胶颗粒重量占比为8％，0.315-0.63mm的橡胶颗粒重量占比为15％，0.63-1.25的橡胶颗粒重量占比为22％，1.25-2.5mm的橡胶颗粒重量占比为30％，2.5-5mm的橡胶颗粒重量占比为20％的配比对粒径为0.1-5mm的橡胶颗粒进行级配。

对比例3

本对比例按照实施例1的方法配制橡胶混凝土，所不同的是，本对比例的橡胶颗粒按照21.8kg橡胶颗粒，607.2kg细骨料，1180kg粗骨料预拌后，加入P.O42.5水泥375kg搅拌均匀，再加入134kg水和2.385kg聚羧酸系减水剂搅拌均匀得到本实施例的橡胶混凝土。

对比例4

本对比例的橡胶混凝土中橡胶颗粒的最大橡胶块粒径为15mm，将75.8kg的橡胶颗粒，660kg细骨料，1003kg粗骨料预拌后，加入P.O42.5水泥401kg搅拌均匀，再加入180kg水和4.01kg聚羧酸系减水剂搅拌均匀得到本对比例的橡胶混凝土。

测试例1

对实施例1-5和对比例1-4混凝土进行吸声性能试验，以对比例1的普通混凝土作为基准混凝土进行对比。具体试验方法为：橡胶球撞击法，由于橡胶球撞击在混凝土上产生的声音较小，在试验时用65mm的钢球代替橡胶球，将钢球拿至混凝土样品正上方约50cm处，然后让其自由落体，声级计放置在离样品约30cm处收集并记录其声音的分贝，其中声级计为泰仕TES-52A，试验结果见表1。

表1

项目	噪声(dB)	下降百分率
			实施例1	82.23	14.3％
实施例2	85.81	10.6％
			实施例3	83.16	13.3％
实施例4	83.59	12.9％
			实施例5	82.94	13.6％
对比例1	95.97	0.0％
			对比例2	86.18	10.2％
对比例3	90.71	5.5％
			对比例4	93.62	2.4％

通过表1可以看出：本公开的橡胶混凝土的吸声性显著提高，最高可以达到14.3％，相较于普通混凝土和其他橡胶混凝土均有较明显的提升。

测试例2

对实施例1-5、对比例1-3混凝土进行振动性能试验，以对比例1的普通混凝土作为基准混凝土进行对比。具体试验方法为：模态测阻尼比，本试验所用的为泰斯特TST5928动态应变仪测试分析系统，以及TST126V的拾震器，测试时，将300mm×50mm×30mm的样品，距离其长度方向的一端50mm的位置处固定在工装上，形成悬臂梁结构，然后将拾震器放置在样品悬处位置，采集其相关数据，并对采集数据进行处理，处理结果见表2。

表2

项目	阻尼比测试结果	提高百分率
			实施例1	2.014	84％
实施例2	1.543	41％
			实施例3	3.349	205％
实施例4	4.530	313％
			实施例5	1.898	73％
对比例1	1.097	0.0％
			对比例2	1.492	36％
对比例3	1.242	13％

测试例3

对实施例1-5、对比例1-3的混凝土进行抗压性能试验和抗冲击性能试验，具体测试方法为：落锤法，本试验依据《GB/T 21120-2007水泥混凝土和砂浆用合成纤维》附录C混凝土抗冲击性能试验方法(冲压冲击试验法)进行试验。

落锤工装结构：自由落锤是质量为4.5kg的方形钢锤，放置在样品中心位置的是直径63.5mm的硬质钢球；底座是刚性平钢板底座，上面两组相对间距为162mm、高度为64mm的挡板与底座牢固焊接。

试验时，将钢球放置在样品上表面的中心位置，将方形落锤升至距样品上457mm的高度，然后让其自由落体，冲击放在样品上的钢球，每次冲击后仔细观察样品表面裂缝的扩展，直至样品与冲击底座四块挡板中的任意三块接触，此时确定样品破坏，记录下破坏冲击次数。试验结果见表3。

表3

项目	抗冲击次数	抗压强度(MPa)
			实施例1	1102	72.8
实施例2	905	75.8
			实施例3	1028	70.4
实施例4	1052	72.3
			实施例5	1074	71.9
对比例1	683	69.8
			对比例2	836	68.2
对比例3	428	48.3

通过表2-3可以看出：本公开的橡胶混凝土阻尼比测试提高百分率可以高达313％，抗冲击次数最高可以达到1102，抗压强度最高可以达到75.8MPa，由此可以得出本公开的橡胶混凝土具有较好的减震性能和抗压抗冲击性能。

以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (13)

1.一种橡胶混凝土，其特征在于，以重量份数计，该橡胶混凝土的配料包括：水泥40-50份、橡胶颗粒3-8份、细骨料40-80份、粗骨料70-160份、水10-18份和外加剂0.4-0.8份；

所述橡胶颗粒的粒径为0.63-5mm，所述橡胶颗粒的粒径级配包括：粒径2.5-5mm的橡胶颗粒重量占比为0.5-2%，1.25-2.5mm的橡胶颗粒重量占比为20-60%，0.63-1.25mm的橡胶颗粒重量占比为30-70%。

2.根据权利要求1所述的橡胶混凝土，其中，以重量份数计，所述橡胶混凝土的配料包括：水泥43-48份、橡胶颗粒4-6份、细骨料50-70份、粗骨料90-140份、水12-15份和外加剂0.6-0.7份。

3.根据权利要求2所述的橡胶混凝土，其中，所述橡胶颗粒的粒径级配包括：粒径2.5-5mm的橡胶颗粒重量占比为1-2%，1.25-2.5mm的橡胶颗粒重量占比为35-50%，0.63-1.25mm的橡胶颗粒重量占比为45-60%。

4.根据权利要求1所述的橡胶混凝土，其中，所述水泥为硅酸盐水泥。

5.根据权利要求4所述的橡胶混凝土，其中，所述水泥为P.II52.5硅酸盐水泥。

6.根据权利要求1所述的橡胶混凝土，其中，所述细骨料为连续级配的细度模数为2.3-3.0的细骨料。

7.根据权利要求6所述的橡胶混凝土，其中，所述细骨料的细度模数为2.3-2.8。

8.根据权利要求1所述的橡胶混凝土，其中，所述粗骨料分为粒径为5-10mm和10-20mm两种掺配而成的连续级配的粗骨料，所述粒径为5-10mm的粗骨料和所述粒径为10-20mm的粗骨料的重量比为1：1-2。

9.根据权利要求1所述的橡胶混凝土，其中，所述细骨料选自河砂、海砂、山砂和人工砂中的至少一种，所述粗骨料选自石灰岩、花岗岩和玄武岩中的至少一种。

10.根据权利要求9所述的橡胶混凝土，其中，所述细骨料为河砂，所述粗骨料为石灰岩。

11.根据权利要求1所述的橡胶混凝土，其中，所述外加剂为聚羧酸系减水剂。

12.一种橡胶混凝土的制备方法，其特征在于，该方法包括：按照权利要求1-11中任意一项所述的橡胶混凝土的配料的限定，将细骨料、粗骨料和橡胶颗粒进行预拌，接着加入水泥搅拌均匀，再加入水及外加剂搅拌混匀。

13.一种桥梁，其特征在于，该桥梁的原料包括根据权利要求1-11中任意一项所述的橡胶混凝土。