废轮胎粉改性碱激发水泥砂浆性能研究修改-彭小芹进入论文集教学文案.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。废轮胎粉改性碱激发水泥砂浆性能研究修改-彭小芹进入论文集-废轮胎橡胶粉改性地聚物水泥砂浆性能研究彭小芹，王淑萍，林善武，王开宇(重庆大学材料科学与工程学院，重庆400045)摘要：地聚物具有强度高及耐久性优良的特点，但脆性较大，使其应用受到限制，如果掺入一些如橡胶粉之类的柔性体，则可有效地降低其脆性，而韧性得到提高。文章研究在地聚物水泥砂浆中以等体积取代砂的方式加入由废旧轮胎破碎得到的橡胶粉，并对改性砂浆的路用性能进行测定。实验表明，当橡胶粉取代量为15%时，所配制的砂浆28天抗折强度和抗压强度分别达到

2、6.5MPa和30.0MPa，且动弹模量大幅下降，因此具有一定的减振降噪效果。关键词：废橡胶粉，地聚物砂浆，等体积取代，路用性能中图分类号：TU528.31文献标识码：A地聚物是法国J.Davidovits1教授在研究古建筑中提出的，它是以偏高岭土为主要原料在碱性激发剂和促硬剂的作用下所得到的一种新型材料，地聚合物原料矿物中的硅铝氧化物在土聚反应过程中经历了一个由解聚到再聚合的过程，形成了与地壳中大量存在的类沸石结构，这种结构具有强度高、耐久性好等优点。废旧轮胎被称为“黑色污染”，其回收和处理技术是世界性难题,2007年我国废旧轮胎产生量约为1.5亿条，每年对废轮胎的回收只有45%，传统处理方

3、法是堆放和掩埋，对环境和人类健康产生损害，因此研究对废弃轮胎的再生利用迫在眉睫2。20世纪90年代初，美国北卡罗来纳州立大学土木工程学院ShuaibAhmad教授制成了“橡胶混凝土”，此后橡胶胶粒(粉)与世界上应用最广泛的建筑材料混凝土(砂浆)的结合逐渐受到国内外研究者的关注3。研究表明,将精细胶粉掺加到沥青混凝土中提高了沥青混凝土的抗老化性能,使路面具有抗车辙、高防滑性能和低噪声等4;在韩国，橡胶颗粒加入混凝土中做成轨枕，具有良好的减震效果5;在美国,橡胶混凝土应用到了网球场、停车场和道路的建设中，性能均表现良好。目前，将废旧轮胎粉用于地聚物水泥的研究较少，本文主要通过将废旧轮胎破碎后得到的

4、橡胶粉以等体积取代砂的方法对地聚物水泥砂浆进行改性并对其各项性能进行研究。1实验与方法1.1实验原材料偏高岭土：河南开封奇明耐火材料有限公司生产，细度325目，化学成分见表1。表1偏高岭土化学成分（%）SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgO王淑萍（1987-）,女,硕士研究生,主要从事建筑材料研究.E-mail:shuping299652.782.5041.960.30.1碱性激发剂：重庆井口化工厂生产的工业水玻璃（参数及化学成分见表2）及化学分析纯NaOH。表2水玻璃工艺参数模数SiO2(%)Na2O(%)H2O(%)2.4729.9112.5250.4水泥：重庆拉法基水泥厂生产42.5R

5、普通硅酸盐水泥。集料：特细砂，表观密度约为2.69g/cm3。橡胶粉：重庆茂林公贸公司生产，细度分别为30目、40目、80目，密度约为1g/cm3。1.2实验方法通过课题组前期的大量实验，选择模数为1.4的水玻璃作为激发剂，并掺加胶凝材料用量5%的水泥作为促硬剂，基准砂浆配比为W（胶凝材料）W（水）W（激发剂）W（砂）=10.60.752.5。将细度为30目、40目、80目的橡胶粉作细集料等体积取代15%砂配制橡胶粉地聚物砂浆，测试其性能确定最佳细度，细度确定以后，分别以不同取代量取代砂确定最佳掺量。实验中将NaOH磨细直接加入胶凝材料及砂的混合物中，先进行干搅拌1min，再加入水玻璃，进行充

6、分搅拌，无需进行陈化6。对改性砂浆主要性能测试方法如下:砂浆抗压抗折强度按GB/T1346-2001水泥胶砂强度检验方法进行测定，试件尺寸为4040160mm。砂浆黏接抗拉强度试验按DL/T51262001聚合物改性水泥砂浆试验规程进行。耐磨试验按中华人民共和国行业标准JC/T42191水泥胶砂耐磨性试验方法进行，试模为10010030mm，养护28天后进行测定。动弹模量、共振频率采用DT-10W动弹仪(天津建材仪器厂)测定,试件尺寸为100100300mm，养护28天。对不同龄期的试块进行SEM测定，分析地聚物与橡胶颗粒的粘接界面，并对反应机理进行了分析。2实验结果2.1橡胶粉细度及掺量确定

7、图1为橡胶粉细度对砂浆抗折、抗压强度(图a)及折压比(图b)试验结果，其中橡胶粉等体积取代砂15%。由图中可以看出，随着橡胶粉的掺入，不同龄期的砂浆抗压、抗折强度都有明显下降，这是因为橡胶粉为弹性体，在砂浆中不能起到骨架的作用，等体积取代砂后，砂浆中的骨架减少；并且橡胶粉为有机高分子材料，表面具有憎水性7，与无机胶凝材料的相容性不如砂，因此薄弱环节增加导致强度下降。如图所示，橡胶粉细度对砂浆抗折强度影响比较大，由图1可看出，掺40目的橡胶粉改性砂浆抗折强度要高于30目和80目，其原因是橡胶粉为憎水性，具有无限吸水能力，橡胶粉颗粒越小，比表面积越大，吸收水分越多，导致砂浆实际水胶比减小，因此掺4

8、0目橡胶粉改性砂浆强度要高于30目；而颗粒太小，使得砂浆中实际含水量过小，不利原料拌合，同时使激发剂不能有效地起到激发效果，因而掺80目的改性地聚物砂浆3天强度过低。折压比可以表征材料的变形能力，反映改性砂浆的韧性及抗冲击性能8，因此选用折压比作为衡量砂浆改性效果的指标。由图1(b)可以看出，40目橡胶粉改性效果最好。（a）（b）图1橡胶粉细度对砂浆抗压强度、抗折强度（图a）及折压比（图b）影响（a）（b）图2橡胶粉取代量对砂浆抗压、抗折强度（图a）及折压比（图b）的影响图2为40目橡胶粉不同体积取代量取代细集料对砂浆的抗压、抗折强度(图a)及折压比(图b)的影响。图中可看出，橡胶粉取代砂之后

9、，与基准砂浆相比，强度均有明显的下降，并随着取代量的增加而下降。当取代量为15%时，28天的抗折强度及抗压强度分别由7.45MPa和40.00MPa下降到6.55MPa和30.84MPa；30%取代量强度分别为5.10MPa和23.19MPa，为基准砂浆的68.45%和58.0%；50%时，强度分别为3.90MPa和19.16MPa，为基准砂浆的52.35%和47.9%。强度下降原因为随着胶粉掺量增加，导致砂浆内部结构的不连续性增多。图中几组掺量的试块强度出现倒缩，这可能与碱激发水泥的水化硬化速度有关，由于碱的结晶、收缩和胶体比表面积降低引起水化速度减慢9。由图b可看出改性砂浆的折压比有所增大

10、，表明改性后砂浆韧性得以提高，并在取代量为15%及30%时比值较大，因此选择这两个取代量对改性砂浆路用性能进行研究。2.2改性砂浆路用性能研究2.2.1耐磨性由图3可以看出，随着橡胶粉取代量增大，改性砂浆的机械耐磨性呈下降趋势，且下降幅度较大，其原因是橡胶颗粒为弹性体，易被机械磨头磨去，且浆体与橡胶粉界面粘结不良，造成层与层之间分离，而且容易产生微裂纹，实际上在反复冲击动载作用下，裂缝引发、扩展、回复、再引发、再回复的循环过程，最终导致结构破坏10。此外实验所采用的长江特细砂耐磨性不好，造成砂浆整体耐磨性较差。但当胶粉掺量为15%时，磨耗量达4kg/m2。图3橡胶粉取代量对砂浆耐磨性影响图4橡

11、胶粉取代量对砂浆拉伸粘结强度影响2.2.2拉伸粘结强度路面材料对拉伸粘结强度要求较高，地聚合物本身就具有较高的粘结强度。由图4可以看出，基准砂浆的拉伸强度已达到3.5MPa，远高于地面自流平砂浆大于1MPa的要求。15%取代量的改性砂浆粘结强度与基准砂浆相当，而30%取代量可达到6MPa，可能是因为取代量较小时橡胶粉主要是填充浆体与集料间的空隙，因而强度增加不明显；当取代量增大时，橡胶粉还阻止了细集料的沉降，使得浆体与基底有效接触面增大，强度提高。2.2.3减振降噪效果图5橡胶粉掺量对减振效果影响材料的吸声方式有多孔性吸声和共振吸声，通过橡胶粉改性的水泥砂浆弹性变形能力得到提高，材料的弹性减弱

12、了撞击声能量的传递，而水泥混凝土材料的动弹性模量愈小,撞击声改善值就越大11。图5间接反映橡胶粉取代量对路面减振降噪效果的影响，动弹模量和共振频率可分别反映出材料吸收应变能能力和减振效果。由图中可以看出，材料的动弹模量和共振频率均随着取代量的增加基本呈线性趋势下降。每增加15%的取代量，动弹模量可下降2-3GPa，表明改性后的砂浆具有良好的变形能力，可吸收更多的振动能，起到减振效果；同时改性砂浆共振频率降低，材料阻尼提高，加快了材料的振动衰减，从而起到减振效果。2.3橡胶粉改性砂浆界面性能图6、图7分别为3天龄期基准砂浆和15%橡胶粉取代量改性砂浆的SEM图，由图6可以看出砂浆中有部分2m宽的

13、微裂纹，而图7的改性砂浆中微裂纹宽度明显减小，且出现在基体中，表明橡胶颗粒具有抑制或减少微裂纹生成或扩展的作用；同时可看出橡胶颗粒与地聚合物砂浆界面处结合的较为牢固，并在颗粒表面附着部分水化物，其原因为激发剂中的碱组分对橡胶颗粒表面具有改性效果，使得橡胶颗粒与基体间相容性提高。表明橡胶粉改性地聚物水泥砂浆界面性能较好图6基准砂浆SEM（3d）图7改性砂浆SEM（3d）3结论(1)利用40目橡胶粉等体积取代砂可制备改性地聚物水泥砂浆，当取代量为15%时，28天抗折强度可达6.55MPa，抗压强度可达30MPa，满足路面水泥砂浆的要求。(2)橡胶粉改性地聚物砂浆的耐磨性有所下降，但折压比提高，并具

14、有良好的拉伸粘结性能，同时动弹模量和共振频率大幅下降，表明改性后的砂浆韧性增强，可改善材料减振降噪效果。(3)橡胶粉可抑制或减少裂缝的产生和扩展，通过SEM可观察到橡胶颗粒与地聚物界面性能良好，表明地聚物中的碱组分对橡胶颗粒有一定的改性效果。参考文献1DavidovitsJ.Syntheticmineralpolymercompoundofthesilicoaluminatesfamilyandpreparationprocess.USPat4472199.1984,(9):18.2关于废旧橡胶综合利用和环保护情况调查研究报告.中国环保产业.2006.103严捍东,麻秀星,陈秀峰,黄国晖,李长

15、太.废橡胶粉对混合砂浆性能的影响J.环境工程学报.2008.3:418-4234文兴道.路铺筑材料橡胶沥青J.现代橡胶技术2006.32(4):315龙广成,谢友均,李建.废旧橡胶颗粒改性水泥混凝土及其工程应用J.粉煤灰2005.12(02):4.6李硕.地聚合物基路面修补材料的制备及性能研究D.重庆大学硕士毕业论文.2008.67李悦,王敏,隋晓明,等.界面改性剂对橡胶集料水泥砂浆性能影响J.武汉理工大学学报.2008.30(6):63-65.8王佶.隧道路面新材料及复合式路面设计及应用研究D.武汉理工大学博士学位论文.2007.59P.V.克里文科.碱胶凝材料M.乌克兰基辅结构与建筑工业大

16、学胶凝材料研究所.1997.1010张雪华,机场跑道耐冲磨混凝土的研究J.南京航空航天大学学报，2002,4(2):114-120.11史巍,张雄,陆沈磊.橡胶粉水泥砂浆隔声功能研究J.建筑材料学报.2005.8(5):553-557ResearchonthepropertiesofgeopolymercementmortarmodifiedbyrecycledtirespowerPENGXiaoqin，WANGShuping，LingSanwu，WangKaiyu(CollegeofMaterialandScienceEngineering,ChongqingUniversity,Chong

17、qing400045)Abstract:thegeopolymerhashighstrengthandexcellentdurability,buthugebrittle,soitsapplicationislimited.Ifsoftmateriallikerubberpowderisaddedinit,thebrittleofthemortarcanbedeclined,whiletheroughnessimprovedsufficiently.Inthisarticle,rubberpowdermadebyrecycledtiresisaddedintheformofequivalent

18、volumereplacementoffineaggregateinthegeopolymercementmortar,andthentheapplicationpropertiesforpavementofthismaterialaretested.Theresultshowed,whenthereplacementwas15%,the28dflexuralstrengthandcompressivestrengthareupto6.5MPaand30.0MParespectively.Meantimethedynamicelasticmodularwasdecreased,whichmeansreducingnoiseinsomeextent.Keywords:recycledrubberpower,geopolymermortar,equivalentvolumedisplacement,pavementapplicationproperty-