CN114315278A - 一种高密度橡胶高性能混凝土及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高密度橡胶高性能混凝土及制备方法，该混凝土包括以下原材料及重量份数：水泥：390‑450份；矿粉：50‑100份；高密度橡胶颗粒：20‑60份；砂：500‑750份；碎石：1000‑1100份；减水剂4‑5份，拌合水：145‑155份。该制备方法，包括：按照设定的配合比，分别称取高密度橡胶颗粒、水泥、矿粉、砂、碎石、减水剂以及拌合水，放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，即获得高密度橡胶混凝土。本申请通过橡胶颗粒表面粘结高密度水泥基粉体材料，从而有效提高橡胶颗粒密度，使橡胶颗粒与骨料的密度相当，从而有效改善橡胶颗粒在混凝土中分布，且橡胶颗粒与混凝土基体有效粘结，保证高密度橡胶高性能混凝土的性能。
Description
技术领域
本申请属于橡胶混凝土技术领域，具体涉及一种高密度橡胶高性能混凝土及制备方法。
背景技术
混凝土作为建筑施工用量最大的建筑材料之一，受到脆性大，韧性不足、原材料资源短缺等问题困扰。同时，随着我国汽车产量的持续增加，我国报废的废弃轮胎的量日益增大，大量的废弃橡胶轮胎无法有效处理，对我国的环境造成了严重的负担和不良影响。因此，采用废旧轮胎加工成的橡胶颗粒作为混凝土骨料使用，可解决混凝土原材料短缺难题和橡胶的废弃物处理难题，可变废为宝，有利于环保。此外，橡胶具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的力作用下能产生较大变形，是一种具有变形大的韧性材料。掺入橡胶颗粒可有效提升混凝土的韧性和抗冲击性能，具有良好的应用前景。
由于橡胶的密度一般为0.9-1.4g/cm3，而混凝土中骨料的密度为2.5-2.8g/cm3，橡胶的密度比骨料小一半以上，由此导致橡胶改性混凝土在振捣成型过程中，橡胶颗粒会出现上浮现象，橡胶颗粒在混凝土中不能均匀分布，不能有效发挥橡胶颗粒的作用，因此，探索改进橡胶颗粒在混凝土中均匀分布的新方法是亟待解决的技术问题，需开发新的橡胶高性能混凝土及制备方法。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种高密度橡胶高性能混凝土及制备方法，本申请通过橡胶颗粒表面粘结高密度水泥基粉体材料，从而有效提高橡胶颗粒密度，使橡胶颗粒与骨料的密度相当，从而有效改善橡胶颗粒在混凝土中分布，且橡胶颗粒与混凝土基体有效粘结，保证高密度橡胶混凝土的高性能。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
本申请提出了一种高密度橡胶高性能混凝土，包括以下原材料及重量份数：
水泥：390-450份；矿粉：50-100份；高密度橡胶颗粒：20-60份；砂：500-750份；碎石：1000-1100份；减水剂4-5份，拌合水：145-155份。
可选地，上述的高密度橡胶高性能混凝土，其中，所述高密度橡胶颗粒包括：橡胶颗粒、环氧树脂粘结剂以及高密度水泥基粉体。
所述橡胶颗粒和所述环氧树脂粘结剂的质量比为：5:1-5.5:0.5，所述橡胶颗粒和所述环氧树脂颗粒混合后获得包裹环氧树脂的橡胶颗粒；其中，将称取环氧树脂胶液置于搅拌锅中，启动搅拌设备，将称取的橡胶颗粒加入环氧树脂胶液中，搅拌时间控制在120-180s，获得包裹环氧树脂的橡胶颗粒；
所述包裹环氧树脂的橡胶颗粒与所述高密度水泥基粉体的质量比为：1:3.2-1:3，具体地，所述高密度水泥基粉体加入包裹环氧树脂的橡胶颗粒中，开动搅拌机，搅拌时间为120-180s，获得包裹水泥基粉体的高密度橡胶颗粒。
可选地，上述的高密度橡胶高性能混凝土，其中，所述高密度水泥基粉体包括：水和粉体，其中，所述水和所述粉体的质量比为0.25:1。
可选地，上述的高密度橡胶高性能混凝土，其中，所述粉体包括：铁粉、水泥以及矿粉，所述铁粉、所述水泥以及所述矿粉的质量比为4:1.5:0.5，其中，所述铁粉的细度为800-1000目，铁粉的密度为7.8g/cm3。
可选地，上述的高密度橡胶高性能混凝土，其中，将所述粉体和水搅拌均匀后获得水泥基材料，装入立方体试模中，并在混凝土振动台上振动处理，放入养护箱中养护后脱模，脱模后的试件在标准养护室养护28天后取出，将试件放入球磨机中研磨成粉体，粉体细度控制在300-350m2/kg，获得所述高密度水泥基粉体材料。进一步优选地，将上述粉体和水搅拌3min后获得水泥基材料，装入20mm×20mm×20mm立方体试模中，并在混凝土振动台上振动5-10s，放入养护箱中养护1天后脱模，脱模后的试件在标准养护室养护28天后取出，将试件放入球磨机中研磨成粉体，粉体细度控制在300m2/kg-350m2/kg，获得高密度水泥基粉体材料。
可选地，上述的高密度橡胶高性能混凝土，其中，所述环氧树脂粘结剂采用：水性环氧树脂乳液和水性环氧聚酰胺-多胺固化剂，其中，所述水性环氧树脂乳液与所述水性环氧聚酰胺-多胺固化剂的质量比为1:1。
可选地，上述的高密度橡胶高性能混凝土，其中，所述采用水性环氧树脂乳液为双酚A型环氧树脂经特殊工艺制成的水分散型乳液，环氧当量为850-1000，固含量为46％-54％，密度为1.06-1.15g/m3，粒度为不大于0.2μm，pH值为6-8。
可选地，上述的高密度橡胶高性能混凝土，其中，所述橡胶颗粒采用1.25-5mm的橡胶颗粒。进一步优选地，所述橡胶颗粒的密度为0.9-1.4g/cm3。
可选地，上述的高密度橡胶高性能混凝土，其中，分别采用5mm和1.25mm的方孔筛，筛除橡胶粒径小于1.25mm的橡胶粉体和粒径大于5mm的橡胶颗粒，获得1.25-5mm的橡胶颗粒。
本申请另一方面还提出了一种高密度橡胶高性能混凝土的制备方法，包括：按照设定的配合比，分别称取高密度橡胶颗粒、水泥、矿粉、砂、碎石、减水剂以及拌合水，放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，即获得高密度橡胶高性能混凝土。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
本申请制备的高密度橡胶高性能混凝土具有流动性好、可施工性好等技术特点，可用于抗冲击性能要求高的混凝土构件，具有良好的经济效益和社会效益；
本申请通过橡胶颗粒表面包裹高密度的水泥基材料，可有效提升橡胶颗粒的密度，使橡胶颗粒密度与混凝土中粗、细骨料的密度基本相当，保证橡胶颗粒在混凝土中均匀分布，避免由于橡胶颗粒密度小而导致的在振捣过程中出现橡胶颗粒上浮现象，从而保证橡胶混凝土的高性能；
本申请采用低粘度水性环氧树脂乳液，可保证橡胶颗粒在环氧树脂中均匀分布，从而使橡胶颗粒表面浸润均匀的环氧树脂，保证橡胶颗粒与环氧树脂的有效粘结；
本申请采用水泥、矿粉和铁粉，利用水泥和矿粉的胶凝特性，使铁粉均匀分散于水泥基材料中，可使铁粉免受外界腐蚀，同时水泥和矿粉的水化产物可充当晶核作用，保证橡胶颗粒与混凝土中水泥和矿粉的水化产物有效连接，提高橡胶界面与混凝土基体粘结，形成橡胶颗粒-环氧树脂-高密度水泥基材料-混凝土基体的良好界面结构，从而提高橡胶混凝土的性能。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
1.本实施例的原材料
(1)环氧树脂：水性双酚A型环氧树脂乳液；
(2)环氧固化剂：水性环氧聚酰胺-多胺固化剂；
(3)水泥：强度等级52.5Ⅱ型硅酸盐水泥；
(4)矿渣粉：S95矿粉；
(5)铁粉：细度1000目的铁粉；
(6)橡胶颗粒：1.25-5mm的橡胶颗粒，密度为0.98g/cm3；
(7)砂：细度模数为2.6的河砂；
(8)碎石：5-25mm连续级配碎石；
(9)减水剂：减水剂大于25％的聚羧酸高性能减水剂；
(10)拌合水：采用城市自来水。
2.本实施例试验方法
(1)工作性
混凝土工作性按GB/T 50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》相关规定进行。
(2)混凝土试件成型
将拌制的混凝土一次装入试模，装料时用抹刀沿试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口，试模放在振动台上进行振捣，振动持续到混凝土表面出浆为止，振动时间宜控制在30s。
(3)抗压强度
按照GB/T 50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》相关规定进行。
(4)抗冲击性能
成型100×100×400mm小梁，采用深圳三思纵横科技股份有限公司生产的DTM1000落锤冲击试验机，进行混凝土抗冲击试验。
(5)耐久性
混凝土电通量和扩散系数按照GB/T50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》相关规定进行。
3.本实施例混凝土的养护方法：养护温度为18-22℃，养护湿度大于95％。
4.本实施例橡胶混凝土配合比
本实施例不同性能的混凝土的配合比如表1所示，其中，橡胶混凝土配合比中采用橡胶颗粒等体积取代实施例1(基准混凝土)中的砂。
表1不同性能混凝土配合比(重量份数)
5.实施例混凝土性能试验
(1)混凝土原材料密度测试
混凝土中橡胶颗粒、砂、碎石、水泥和矿粉的密度测试结果。
表2混凝土原材料密度测试结果(g/m3)
| 橡胶颗粒 | 高密度橡胶颗粒 | 砂 | 碎石 | 水泥 | 矿粉 |
| 0.98 | 2.71 | 2.61 | 2.72 | 3.05 | 2.71 |
如上述表2可以看出，橡胶颗粒的密度明显低于砂、碎石、矿粉和水泥的密度，而本实施例的高密度橡胶颗粒的密度与砂、碎石、矿粉和水泥的密度相近，可保证橡胶颗粒在混凝土中均匀分布。
(2)混凝土工作性
混凝土坍落度和扩展度测试结果如表3所示。
表3橡胶混凝土坍落度和扩展度的测试结果
| 实施例 | 坍落度(mm) | 扩展度(mm) |
| 1 | 230 | 400 |
| 2 | 210 | 390 |
| 3 | 235 | 420 |
| 4 | 205 | 385 |
| 5 | 230 | 410 |
上述测试结果表明，橡胶改性混凝土(实施例2和实施例4)的坍落度和扩展度稍低于基准混凝土(实施例1)的坍落度和扩展度；高密度橡胶改性高性能混凝土(实施例3和实施例5)的坍落度和扩展度与基准混凝土(实施例1)坍落度和扩展度相当，满足施工要求。
(3)抗压强度和抗折强度
混凝土的28天的抗压强度和抗折强度测试结果如表4所示。
表4混凝土抗压强度和抗折强度的测试结果
| 实施例 | 抗压强度(MPa) | 抗折强度(MPa) | 抗折强度/抗压强度 |
| 1 | 65.8 | 6.4 | 0.0973 |
| 2 | 65.3 | 6.5 | 0.0995 |
| 3 | 66.1 | 7.4 | 0.1120 |
| 4 | 63.5 | 6.4 | 0.1008 |
| 5 | 65.1 | 8.5 | 0.1306 |
由上述表4可知，橡胶改性混凝土(实施例2和实施例4)的抗压强度、抗折强度以及折压比(抗压强度与抗折强度比值)比基准混凝土(实施例1)稍高；高密度橡胶改性混凝土(实施例3和实施例5)的抗压强度、抗折强度以及折压比(抗压强度与抗折强度比值)明显高于基准混凝土(实施例1)。由于橡胶颗粒密度较小，实施例2和实施例4的普通橡胶混凝土在振捣过程中易导致橡胶颗粒上浮，不能有效发挥橡胶颗粒作用，其抗压强度、抗折强度和折压比比基准混凝土略有增加；而本实施例3和实施例5的高密度橡胶颗粒与混凝土中砂、碎石等密度相当，橡胶颗粒在混凝土中均匀分布，混凝土的抗压强度、抗折强度和抗折强度/抗压强度比基准混凝土明显增加，可有效发挥橡胶颗粒作用。
(4)抗冲击性能
进行了混凝土28d龄期抗冲击试验，试验结果如表4所示。
表4混凝土抗冲击性测试结果
由上述表4的测试结果表明，橡胶改性混凝土(实施例2和实施例4)的初裂次数和断裂次数比基准混凝土(实施例1)稍高；高密度橡胶混凝土(实施例3和实施例5)初裂次数和断裂次数明显高于基准混凝土(实施例1)。因此，本实施例3和实施例5的高密度橡胶颗粒可保证橡胶颗粒在混凝土中均匀分布，有效提高橡胶混凝土抗冲击性能。
(5)耐久性
进行了混凝土电通量和扩散系数试验，试验结果如表5所示。
表5混凝土电通量和扩散系数测试结果
| 实施例 | 56天电通量(C) | 56天扩散系数(×10<sup>-12</sup>m<sup>2</sup>/s) |
| 1 | 1018 | 2.6 |
| 2 | 1210 | 2.8 |
| 3 | 659 | 1.5 |
| 4 | 1350 | 3.0 |
| 5 | 541 | 1.3 |
由上述表5的测试结果表明，橡胶改性混凝土(实施例2和实施例4)的扩散系数比基准混凝土(实施例1)稍高；高密度橡胶混凝土(实施例3和实施例5)的电通量和扩散系数明显低于基准混凝土(实施例1)。橡胶颗粒不能均匀分布，且橡胶颗粒与水泥界面粘结较差，从而导致橡胶颗粒混凝土电通量和扩散系数较大，本申请实施例3和实施例5的高密度橡胶颗粒可保证橡胶颗粒在混凝土中均匀分布，改善了橡胶颗粒界面性能，有效提高橡胶混凝土抗氯离子侵蚀性能。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种高密度橡胶高性能混凝土，其特征在于，包括以下原材料及重量份数：
水泥：390-450份；矿粉：50-100份；高密度橡胶颗粒：20-60份；砂：500-750份；碎石：1000-1100份；减水剂4-5份，拌合水：145-155份。
2.根据权利要求1所述的高密度橡胶高性能混凝土，其特征在于，所述高密度橡胶颗粒包括：橡胶颗粒、环氧树脂粘结剂以及高密度水泥基粉体，
所述橡胶颗粒和所述环氧树脂粘结剂的质量比为：5:1-5.5:0.5，所述橡胶颗粒和所述环氧树脂颗粒混合后获得包裹环氧树脂的橡胶颗粒；
所述包裹环氧树脂的橡胶颗粒与所述高密度水泥基粉体的质量比为：1:3.2-1:3。
3.根据权利要求2所述的高密度橡胶高性能混凝土，其特征在于，所述高密度水泥基粉体包括：水和粉体，其中，所述水和所述粉体的质量比为0.25:1。
4.根据权利要求3所述的高密度橡胶高性能混凝土，其特征在于，所述粉体包括：铁粉、水泥以及矿粉，所述铁粉、所述水泥以及所述矿粉的质量比为4:1.5:0.5，其中，所述铁粉的细度为800-1000目，铁粉的密度为7.8g/cm3。
5.根据权利要求3所述的高密度橡胶高性能混凝土，其特征在于，将所述粉体和水搅拌均匀后获得水泥基材料，装入立方体试模中，并在混凝土振动台上振动处理，放入养护箱中养护后脱模，脱模后的试件在标准养护室养护28天后取出，将试件放入球磨机中研磨成粉体，粉体细度控制在300-350m2/kg，获得所述高密度水泥基粉体材料。
6.根据权利要求2至5任一项所述的高密度橡胶高性能混凝土，其特征在于，所述环氧树脂粘结剂采用：水性环氧树脂乳液和水性环氧聚酰胺-多胺固化剂，其中，所述水性环氧树脂乳液与所述水性环氧聚酰胺-多胺固化剂的质量比为1:1。
7.根据权利要求6所述的高密度橡胶高性能混凝土，其特征在于，所述采用水性环氧树脂乳液为双酚A型环氧树脂经特殊工艺制成的水分散型乳液，环氧当量为850-1000，固含量为46％-54％，密度为1.06-1.15g/m3，粒度为不大于0.2μm，pH值为6-8。
8.根据权利要求2至5任一项所述的高密度橡胶高性能混凝土，其特征在于，所述橡胶颗粒采用1.25-5mm的橡胶颗粒。
9.根据权利要求8所述的高密度橡胶高性能混凝土，其特征在于，分别采用5mm和1.25mm的方孔筛，筛除橡胶粒径小于1.25mm的橡胶粉体和粒径大于5mm的橡胶颗粒，获得1.25-5mm的橡胶颗粒。
10.一种如权利要求1至9任一项所述的高密度橡胶高性能混凝土的制备方法，其特征在于，包括：按照设定的配合比，分别称取高密度橡胶颗粒、水泥、矿粉、砂、碎石、减水剂以及拌合水，放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，即获得高密度橡胶高性能混凝土。
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