基本信息
- 項目名稱：
- 路用橡膠混凝土橡膠粉適宜摻和量及最佳改性劑研究
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 本文分析了混凝土路面中橡膠粉的適宜摻和量，探索了混凝土路面中橡膠粉的最佳改性劑及改性工藝。試驗研究表明：路用橡膠粉適宜“低摻量”、“高目數(shù)”、“多目級配”的摻用方式，其適宜摻和量為4%，最佳改性劑是無機鹽改性劑，CaCl2以橡膠粉質(zhì)量5%作改性劑用量時，能使橡膠混凝土強度提高14%，使混凝土強度下降幅度由27.7%減小為17.5%，改性效果明顯。
- 詳細介紹：
- 本試驗從“低摻量”、“高目數(shù)”、“多目級配”摻用方式出發(fā)，兼顧橡膠粉最大回收利用的原則，進行路用橡膠混凝土橡膠粉適宜摻和量的試驗研究。本試驗以4%摻量作為適宜摻和量，來進一步研究路用橡膠混凝土橡膠粉的最佳改性劑。 1 改性劑選擇 為了尋找路用橡膠混凝土橡膠粉的適宜改性劑，兼顧經(jīng)濟、環(huán)保、適用要求，本試驗從無機改性劑、有機改性劑中選取一定的具有改性空間的典型試劑做試驗：即選擇水、NaOH、CCl4、鹽酸、乙酸、氨水、CaCl2、MgSO4、Al2(SO4)3、丙酮、CS2、甘油12種改性劑，其中后九種改性劑為最新嘗試。 2 試驗方法 由于橡膠粉、混凝土都屬于低成本高產(chǎn)量的產(chǎn)品，因此對其改性工藝也應(yīng)考慮成本的控制，以便更有利于工業(yè)化推廣應(yīng)用。 水：橡膠粉在水中浸泡24h后過濾烘干，封裝待用，除去橡膠粉表面雜質(zhì)及添加劑。 無機鹽：化工產(chǎn)業(yè)中使用1價、2價、3價金屬鹽（如Na+,Mg2+,Ca2+,Al3+等）做粉末橡膠凝聚劑來合成橡膠，凝聚劑一般控制在4%～10%。參照化工原理，本試驗選用CaCl2、MgSO4、Al2(SO4)3做路用橡膠粉改性劑。改性工藝：將改性劑按照橡膠粉質(zhì)量5%稱取，配成10%鹽溶液，然后將橡膠粉浸泡在鹽溶液中24h后烘干，封裝待用。浸泡目的是使無機鹽物質(zhì)充分浸入橡膠顆粒表面，烘干則是使剩余的改性劑以晶體形態(tài)附著于橡膠顆粒表面，從而在生產(chǎn)橡膠混凝土?xí)r，利用改性劑的凝聚作用增強橡膠顆粒與水泥漿體的粘結(jié)。 酸堿溶液：將橡膠粉用1%的NaOH溶液浸泡24h，然后用清水浸泡3h，過濾，再用清水洗滌，最后烘干，封裝待用。利用NaOH除去橡膠顆粒表面處的添加劑，使添加劑轉(zhuǎn)換成可溶性的鈉鹽，從而增強橡膠顆粒與水泥漿體之間的粘結(jié)。用相同的工藝，將橡膠粉分別用1%的鹽酸溶液、2%的氨水、2%的乙酸溶液浸泡24h，最后烘干，封裝待用。酸堿溶液對橡膠顆粒表面也有一定的腐蝕作用，使其表面變得不光滑，從而增強橡膠顆粒與水泥漿體之間的粘結(jié)。 有機溶劑：本試驗結(jié)合橡膠粉的目數(shù)即比表面積來確定有機溶劑的合理用量，然后將有機溶劑滴入橡膠粉中，用玻璃棒充分攪拌均勻密封24h后使用。用比表面積計算的目的是讓所有的橡膠顆粒表面恰好都形成有機薄膜。 試件制作與上述的混凝土相同，養(yǎng)護28d。 1 試驗研究結(jié)論 （1）路用橡膠混凝土的橡膠粉適宜“低摻量”、“高目數(shù)”、“多目級配”的摻用方式，經(jīng)試驗研究，在該摻用方式和使用改性劑的前提下，橡膠粉適宜摻和量為4%；在4%摻量下展開力學(xué)研究，得出：顆粒狀橡膠混凝土強度高于纖維狀橡膠混凝土；橡膠粉對普通混凝土、鋼纖維混凝土、鐵尾礦混凝土抗壓強度的影響規(guī)律相同，三種混凝土分別降低27.7%、29.5%、22.3%；橡膠粉降低混凝土的劈裂強度25%。 （2）兼顧經(jīng)濟、環(huán)保、適用的原則，路用橡膠混凝土4%摻量的橡膠粉，最佳改性劑是無機鹽改性劑，而有機溶劑、酸堿溶液等不適宜作為路用橡膠粉改性劑；不同無機鹽中，CaCl2改性效果最好，Al2(SO4)3次之，醋酸銨和醋酸鈉效果不好；橡膠粉在無機鹽溶液中浸泡時間越長，抗壓強度提高越多，抗壓強度越高；CaCl2濃度越小，處理過的橡膠混凝土強度越高；無機鹽改性劑對橡膠混凝土劈裂強度影響不大。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：將廢舊輪胎橡膠粉摻入到混凝土路面中，即能減少黑色污染，又能改善混凝土路面裂縫、耐久性等問題。但是，大量橡膠粉摻入到混凝土中會使路面強度降低，應(yīng)用會受到一定的限制，為此，本文進行路用橡膠混凝土橡膠粉適宜摻和量及最佳改性劑研究，以保證和提高橡膠混凝土強度?；舅悸罚和ㄟ^強度試驗，確定橡膠粉適宜摻和量，在此研究基礎(chǔ)之上，分析橡膠粉的最佳改性劑，探索最合理改性工藝，以加快橡膠粉在混凝土路面中的應(yīng)用。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 科學(xué)性：本作品從力學(xué)試驗研究入手，得出試驗數(shù)據(jù)，運用數(shù)理統(tǒng)計進行科學(xué)分析，得出符合要求的各項力學(xué)性能指標。 先進性：從開發(fā)滿足需要的新材料的角度出發(fā)，站在循環(huán)經(jīng)濟的高度，研究開發(fā)路用橡膠混凝土橡膠粉的適宜摻和量及最佳改性劑，其改性劑品種最多，改性劑改性工藝最合理、最先進。 獨特處：本作品所進行的低摻量下的適宜摻和量與最佳改性劑研究是橡膠混凝土研究領(lǐng)域的第一例。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 首先，有助于消除黑色污染，促進廢舊輪胎的有效利用，遏制輪胎對土地的占用和環(huán)境的污染。第二，對改善混凝土路面的脆性、密度、吸聲隔熱、抗沖擊和抗裂性能有積極意義。第三，國內(nèi)有相當數(shù)量的公路、橋梁需要建設(shè)，急需解決目前混凝土路面材料存在性能上的不足。 本課題適應(yīng)科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，符合環(huán)保和資源利用兩大主題，不僅有著良好的社會效益和經(jīng)濟效益，而且有著廣闊的市場發(fā)展空間和光明的應(yīng)用前景。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本作品設(shè)計0%、1%、2%、3%、4%、5%共6種摻量的路用橡膠混凝土，以研究橡膠粉適宜摻和量。經(jīng)測定：橡膠粉摻量超過3%時，抗壓、抗折強度均低于設(shè)計強度要求。本作品分析4%摻量可以作為橡膠粉的適宜摻和量，但前提是利用橡膠粉改性劑。本作品選取12種改性劑，在4%摻量下測試改性劑對強度的影響。經(jīng)測定：無機鹽改性劑能顯著增強橡膠粉與水泥基體的粘結(jié)強度，CaCl2以橡膠粉質(zhì)量5%作改性劑用量時，能使橡膠混凝土強度提高14%，使混凝土強度下降幅度由27.7%減小為17.5%，改性效果最好。有機溶劑、酸堿溶液不適宜作為路用橡膠粉改性劑；路用橡膠粉之無機鹽改性工藝基本可行，但還需通過試驗不斷地探索和研究。
獲獎情況
- 1《Research on Modifier and Modified Process for Rubber-particle Used in Rubberized Concrete for Road》2011.6在?？谕聊九c建材國際會議發(fā)表，將被EI收錄。 2《廢舊橡膠粉在水泥砼路面中應(yīng)用研究》2011.6《北方交通》發(fā)表，已錄用。 3《路用橡膠砼研究現(xiàn)狀及前景》2011.7《混凝土》發(fā)表，已錄用。
鑒定結(jié)果
- 鞍山市公路管理處討論認為：本作品試驗研究合理，數(shù)據(jù)可靠，分析到位，技術(shù)先進，具有很好的應(yīng)用價值和使用價值，可以在鞍山地區(qū)修筑試驗路段，以便于以后的推廣和應(yīng)用。
參考文獻
- 1賈峰，包惠明.橡膠粉水泥混凝土性能試驗的研究[J].混凝土，2007（9）：69-72. 2馬一平，劉曉勇等.改性橡膠混凝土的物理力學(xué)性能[J].建筑材料學(xué)報，2009（4）：379-383. 3李麗娟，陳智澤，謝偉峰等.橡膠改性高強混凝土基本性能的試驗研究[J].混凝土，2007（5）：60-63. 4李悅，王敏等.界面改性劑對橡膠集料水泥砂漿強度的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2008（6）：63-65.
同類課題研究水平概述
- 強度研究：研究表明，橡膠顆粒的摻入會顯著影響混凝土的抗壓、抗折和劈裂抗拉強度，特別是抗壓強度；隨著橡膠粉摻量增加，強度下降更大，摻量與下降值之間沒有線性關(guān)系。其中，膠粉粒徑對橡膠混凝土的抗壓強度影響較大，40目橡膠粉強度降低值最??；摻量不變，水灰比越小，抗壓強度降低值越??；早期強度增長緩慢，后期強度增長較快；水中養(yǎng)護的橡膠混凝土抗壓強度低于標準養(yǎng)護下的強度；摻用改性橡膠粉的混凝土強度下降幅度顯著減小；膠粉的表面改性工藝對強度的影響高于橡膠粉細度的影響。橡膠混凝土的抗折強度隨橡膠粉摻量的增加而近似呈線性降低，其降低程度要低于抗壓強度的降低程度，從而印證了橡膠混凝土比普通混凝土具有優(yōu)越的抗裂性能。其中，橡膠粉摻量越高抗裂性能越好；抗折強度隨著水灰比的降低而增大，橡膠混凝土路面，最佳水灰比應(yīng)在0.34~0.45之間；經(jīng)過改性處理的橡膠混凝土，路面彎拉強度可達到5.0MPa，基本滿足高強低彈要求。橡膠顆粒使混凝土劈裂抗拉強度降低較多，且顆粒粒徑對劈裂抗拉強度影響較大。所有研究都認為添加橡膠粉會降低混凝土的彈性模量，其彈性模量隨橡膠摻量的增加和溫度的升高而減小。 改性劑研究：橡膠粉改性劑大體分為三類，即無機改性劑、有機改性劑、偶聯(lián)劑。從研究情況上看，硅烷偶聯(lián)劑適用于橡膠粉中等摻量和高摻量時改性情況，不適于路用橡膠混凝土低摻量改性情況；CCl4有機改性劑和NaOH溶液無機改性劑也是如此，同樣不適用于路用橡膠混凝土低摻量改性情況；而固態(tài)NaCl和NaOH直接加入混凝土中，使3%橡膠粉摻量的橡膠混凝土，強度提高了10%-27%，說明無機改性劑中固態(tài)無機鹽、堿，適用于路用橡膠混土低摻量情況，有一定的改性空間，但其改性工藝還不成熟，需要繼續(xù)研究和探索。
