混凝土改性性能

混凝土改性性能（共7篇）

混凝土改性性能 篇1

摘要：应用材料复合改性原理, 以胶粉、消泡剂和硅粉为助剂组分, 制备了复合助剂改性混凝土, 并采用正交试验研究了其收缩性能。结果表明:在给定的水平范围内, 水胶比对复合助剂改性混凝土的收缩性能影响最大, 硅粉掺量次之, 消泡剂掺量第三, 胶粉掺量最小;胶粉对复合助剂改性混凝土7d之前的收缩有明显抑制作用, 7d以后抑制效应越来越小且与胶粉掺量无关;配比参数为水胶比0.40, 胶粉掺量4.0%, 硅粉掺量3.0%, 消泡剂掺量0.4%的复合助剂改性混凝土, 其收缩性能最优, 180d收缩率仅为261×10-6。

关键词：复合助剂改性混凝土,聚合物胶粉,消泡剂,硅粉,收缩

0 引言

混凝土的收缩如同强度一样, 也是混凝土的一项重要力学性能, 是因物理和化学作用而导致的混凝土体积缩小现象。收缩大小主要与原材料性质、配合比、养护方法等有关。过大以及不均匀的收缩将在制品和构件中产生内应力甚至出现裂缝, 影响混凝土的质量和耐久性[1]。聚合物改性混凝土是近年来逐渐应用在桥面和路面的一种新材料, 它是一种由多相组分组成的多孔体, 其胶凝材料硬化浆体中除了亚微观晶体外还分布着形态复杂的凝胶体和分散的自由水、毛细孔水、渗透水、吸附水和凝胶水, 因而聚合物改性混凝土的收缩性能与普通混凝土有很大不同, 而且受聚合物的类型及掺量影响很大[2]。目前关于聚合物改性混凝土收缩性质的研究相对较少, 有指导价值的认识和理论尤其缺乏。本研究应用材料复合改性原理, 选用聚合物胶粉、消泡剂和硅粉为改性助剂, 制备了复合助剂改性混凝土, 通过正交试验, 以收缩率作为收缩性能评价指标探讨水胶比、胶粉掺量、硅粉掺量以及消泡剂掺量等4个因素对混凝土收缩性能的影响规律, 对认识复合助剂改性混凝土的收缩性能有重要意义。

1 实验

1.1 原材料

水泥:宁夏赛马牌42.5R等级P.O水泥。细砂:细度模数2.0, 属细砂, 满足Ⅲ区级配, 含泥量2.4%, 泥块含量0.8%;碎石, 连续级配, 最大粒径16mm, 含泥量0.45%, 泥块含量0.3%, 压碎指标9.8%, 针片状含量7.3%。胶粉:可再分散醋酸乙烯-乙烯共聚物RE5044N, 德国瓦克公司出品。消泡剂:聚乙二醇基消泡剂P803, 德国瓦克公司出品。硅粉:挪威埃肯公司出品, 比表面积18000 m2/kg, SiO2含量为91.36%。减水剂:聚羧酸高效减水剂, 掺量一般为胶凝材料的2%~2.2%。

1.2 试验方案

采用四因子、三水平的正交试验方案L9 (34) , 各因子及其水平分布如表1所示。胶凝材料质量为水泥与硅粉质量之和。水胶比是水与胶凝材料的质量比, 胶粉掺量、硅粉掺量、消泡剂掺量分别是指胶粉、硅粉、消泡剂的质量占胶凝材料质量的百分比。经过多次预拌试验, 确定了正交试验的混凝土配合比, 列于表2。

1.3 试验方法

依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082-2009的收缩试验接触法进行测试, 采用100mm×100mm×515mm的棱柱体试件, 试件拆模后应立即送至温度为 (20±2) ℃、相对湿度为95%以上的标准养护室养护, 养护3d后取出试件并移入温度为 (20±2) ℃、相对湿度为 (60±5) %的恒温恒湿环境中立即测定试件初始长度, 此后按1d、3d、7d、14d、28d、45d、60d、90d、120d、150d、180d的时间间隔分别测定各组试件长度, 计算收缩值。

2 结果与讨论

2.1 收缩龄期的影响

不同收缩龄期各试件的收缩测试结果列于表3, 其收缩率与龄期的变化曲线如图1所示。

从图1可以看出, 各试件的收缩率随收缩龄期的变化趋势基本一致, 早期 (7d之前) 收缩较大, 后期 (7d之后) 收缩逐渐趋于平缓, 90d之后趋于稳定。各个收缩龄期中, F的收缩率最小, G的收缩率最大, 表明F组试件收缩最小, G组试件收缩最大。其它试件收缩介于二者之间。

2.2 4个因素的影响

表4是各试件的收缩率在不同龄期的正交分析表。

从表4中均值k可以看出, 在整个收缩龄期中, 水胶比0.45的均值k3值一直最大, 水胶比0.40的均值k2值始终最小, 水胶比0.35的均值k1居于中间, 即k2

从图1中还可以看出, 同一水胶比的各试件收缩率随着龄期的延长总体上呈先急后缓的递增趋势。水胶比对混凝土收缩的影响由早期的自收缩和干燥收缩共同作用决定, 在前期快速的水化作用之下, 混凝土内部的湿度会迅速降低, 单方用水量越小, 内部相对湿度降低得就越快, 同时低水胶比的混凝土结构比较致密, 平均孔径小, 由Kelvin公式可以得知, 孔径越小, 内部相对湿度降低越迅速[3];在收缩后期, 干燥收缩发挥主要作用, 水胶比大的混凝土孔隙率高, 对收缩起主要作用的50nm以下的毛细孔较多, 故在后期水胶比大的混凝土的收缩较大。但对于复合助剂改性混凝土来说, 由于凝胶的组成和形态与普通混凝土有很大不同, 水胶比越低, 混凝土收缩未必越小。从表4数据分析来看, 0.40的水胶比对减少混凝土收缩最为有利。

在收缩龄期7d之前, 收缩率均值随胶粉掺量的增加而明显降低;7d以后, 随着收缩龄期的延长, 掺与不掺胶粉的混凝土收缩率均值越来越接近, 表明胶粉对混凝土7d之前的收缩抑制效应明显, 7d以后抑制收缩效应越来越小且与胶粉掺量基本无关。同龄期下, 胶粉掺量为4.0%时的均值k2最小, 胶粉掺量为8.0%时的均值k3次之, 胶粉掺量为0时的均值k1最大, 即k2

在各试件的不同收缩龄期中, 硅粉掺量为6.0%的均值k3始终保持最大, 且数值远大于k2和k1;而硅粉掺量为0的均值k1最小, 硅粉掺量为3.0%的均值k2居于中间, 即k1

注:k1、k2、k3分别为各因素取水平1、水平2、水平3时收缩率的平均值;R为极差

收缩龄期7d以后, 消泡剂的极差R值都是很小的, 表明消泡剂掺量对混凝土收缩的影响很小。同时, 90d以后, 消泡剂的均值k2最小, 表明消泡剂掺量为0.4%时对减少混凝土收缩最有利。消泡剂掺量对混凝土的收缩性能的影响与水胶比、胶粉掺量和硅粉掺量有关。由于消泡剂在水泥混凝土未硬化状态下与适量的胶粉和硅粉共同作用, 会使其和易性、密实性和泌水性都得到不同程度的改善;这种作用还可以阻止或减少水分的蒸发和损失, 从而使水泥水化作用更完善[7]。同时, 适当掺量的消泡剂可以有效消除混凝土中的粗大气泡, 降低混凝土内部的孔隙率, 改善混凝土的孔结构和密实性[8], 从而有利于减小混凝土的收缩量。

为了便于观察收缩率的变化趋势, 绘制了各因素对不同龄期混凝土收缩率均值和极差影响的关系曲线 (图2-图6) 。

从图2收缩率极差曲线来看, 在整个收缩测试期间, 水胶比的极差都是最大的。60d之后, 各因素的极差大小顺序稳定, 即水胶比>硅粉掺量>消泡剂掺量>胶粉掺量, 这表明对于60d之后的复合助剂改性混凝土长期收缩, 水胶比的影响最大, 硅粉掺量次之, 消泡剂掺量第三, 胶粉掺量最小。

同时, 从图3-图6中最高曲线与最低曲线的竖向距离可以看出, 60d之后, 各因素的极差值基本都趋于稳定, 如水胶比的极差在110~117之间波动, 硅粉掺量的极差在46~50之间波动。这表明复合助剂改性混凝土在90d之后的收缩变形趋于平缓, 各因素对收缩性能的影响趋于稳定, 混凝土的体积已趋于稳定。

综上分析, 复合助剂改性混凝土收缩性能最优的配比参数为水胶比0.40, 胶粉掺量4.0%, 硅粉掺量3.0%, 消泡剂掺量0.4%。经试验验证, 最优配比参数的混凝土试件28d、90d和180d的收缩率分别为168×10-6、217×10-6和261×10-6, 收缩率很低, 与F组相当。

3 结论

(1) 在给定的水平范围内, 水胶比对复合助剂改性混凝土的收缩性能影响最大, 硅粉掺量次之, 消泡剂掺量第三, 胶粉掺量最小。

(2) 胶粉对复合助剂改性混凝土7d之前的收缩有明显抑制效应, 且随着其掺量的增加, 收缩率减小;7d以后抑制收缩效应越来越小, 且与胶粉掺量无关。

(3) 随着硅粉掺量的增加, 复合助剂混凝土的收缩增大。消泡剂掺量为0.4%时对减小混凝土收缩最有利。

(4) 配比参数为水胶比0.40, 胶粉掺量4.0%, 硅粉掺量3.0%, 消泡剂掺量0.4%的复合助剂改性混凝土, 收缩性能最优, 180d收缩率仅为261×10-6。

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混凝土改性性能 篇2

据世界环境卫生组织统计,世界废旧轮胎积存量已达30亿条,并以每年约10亿条令人惊诧的数字增长[1]。废旧轮胎处理加工成橡胶粉的生产工艺多种多样,有助剂法、摩擦法、切削法、冷冻法、爆炸法、螺旋挤出法、高压水冲击法等数十种之多,生产的橡胶粉表面形貌、粒径大小及分布各不相同,橡胶微粒物理化学性能也有所差异[2,3,4,5,6]。

目前,橡胶粉用于水泥路面混凝土的研究方兴未艾,橡胶微粒在改善混凝土韧性、提高混凝土阻尼系数、减轻混凝土自重、改善疲劳性能的同时有效地解决了“黑色污染”这一环境问题,节约资源,保护环境[7,8,9,10,11]。但是,不同工艺生产的橡胶粉性能有所差异,对混凝土性能的影响也不同,对橡胶微粒混凝土的广泛推广十分不利。本文采用3种工艺生产的6种橡胶粉,以等体积取代细集料(砂)的形式掺入路面水泥混凝土,研究了不同工艺生产的橡胶粉掺量为20%时混凝土性能的变化。

1 实验

1.1 原材料

实验采用北京泛洋华腾科技有限公司助剂法生产的40目、80目、200目橡胶粉,摩擦法生产的40目、80目橡胶粉,北京中体亚兴科贸有限公司切削法生产的无分级橡胶粉。橡胶粉的真密度约为900 kg/m3,倾注密度为319 kg/m3,橡胶烃含量大于56%,炭黑含量大于25%,灰分含量小于10%,含水量小于0.6%,纤维含量小于0.5%。助剂法、摩擦法生产的40目橡胶粉放大100倍的表面形貌分别见图1、图2。

水泥采用冀东水泥集团有限责任公司生产的P·O 42.5R水泥;根据JTG F30—2003《公路水泥混凝土路面施工技术规范》,粗集料采用最大公称直径19 mm的碎石,石粉含量小于0.5%;细集料采用中砂,细度模数2.5,含泥量1.8%[12]。

1.2 实验设计

实验方法参照JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土实验规程》进行,以配合比m(水泥)∶m(水)∶m(粗集料)∶m(细集料)=1∶0.45∶2.96∶1.53为基础,橡胶微粒以等体积取代细集料的形式掺入路面混凝土中,掺量为20%。编号FZ-40、FZ-80、FZ-200的分别代表助剂法生产的3种目数橡胶粉混凝土,编号FC-40、FC-80的分别代表摩擦法生产的2种目数橡胶粉混凝土,FW代表切削法生产的无分级胶粉混凝土。

在橡胶微粒混凝土成型过程中,若坍落度小于70 mm,则采用振动台成型,振动采取二次短振动,第一次振动在开动振动台5 s内即关闭,用馒刀抹面,除去多余混凝土料,第二次振动则是开启即关闭;若坍落度大于70 mm,则采用手工成型,将拌好的物料分2层加入,并伴随着捣棒插捣,每100 cm2不少于20下,另外用木槌敲打模具两端,每组不少于20下。在36~48 h内脱模,试块养护采用标准水养法。

2 实验结果及分析

2.1 橡胶粉对混凝土坍落度的影响

橡胶微粒作为一种有机高弹性材料添加到混凝土中,由于橡胶粉的亲水性差,在等体积取代混凝土中部分砂后,导致混凝土的坍落度发生变化,橡胶粉对混凝土坍落度的影响见图3。

由图3可见,助剂法生产的40目橡胶粉混凝土坍落度明显高于其它橡胶粉混凝土,这是因为助剂法橡胶粉生产过程中添加的极性助剂很难被完全回收,其表面残留的部分极性助剂致使混凝土的坍落度增大。由图3还可以看出,同种工艺生产的橡胶粉混凝土坍落度随胶粉粒径的减小而降低,这是由于随着胶粉粒径的减小,橡胶粉的比表面积增加,使得混凝土中集料的比表面积增加,导致混凝土坍落度降低。但是由于橡胶粉本身具有疏水性,200目橡胶粉混凝土的坍落度依然高于对比混凝土的坍落度(15 mm)。切削法生产的橡胶粉混凝土的坍落度与其余2种工艺生产的80目橡胶粉混凝土相近,此时加工工艺对坍落度的影响较小。

2.2 橡胶粉对混凝土表观密度的影响(见图4)

由图4可见,同种工艺生产的橡胶粉混凝土表观密度随橡胶粉粒径减小而降低,这主要是因为随着胶粉粒径的减小,在相同掺量下混凝土内部胶粉的含量增加,而胶粉的密度远小于砂的密度,从而导致表观密度降低。相同粒径时,摩擦法生产的橡胶粉混凝土的表观密度比助剂法的小,这主要是由于摩擦法生产的胶粉表面较为粗糙、毛刺多、比表面积大而导致的。对比图4的表观密度与图3的坍落度曲线可以发现,二者之间存在一定关系,坍落度高的混凝土更容易造成更多的橡胶粉上浮,导致混凝土内部橡胶粉相对减少,混凝土表观密度也随之增大,最大值与最小值差约30 kg/m3。

2.3 橡胶粉对混凝土抗压强度的影响(见图5)

由图5可见,掺加助剂法生产的40目橡胶粉混凝土强度最高,摩擦法生产的40目橡胶粉次之,摩擦法生产的80目橡胶粉混凝土强度最低。这主要是因为助剂法生产的橡胶粉表面残存的极性助剂增大了橡胶粉与水泥石之间的粘结强度,混凝土中最薄弱过渡区的强度提高,使得混凝土整体强度提高。对同种工艺生产橡胶粉来说,混凝土的抗压强度随橡胶粉粒径的减小而降低,这是由于随着橡胶粉粒径减小,在相同掺量时,橡胶粉单体个数越多,造成混凝土内部薄弱点越多,混凝土强度降低。对比不同工艺生产的相同粒径的混凝土抗压强度,助剂法生产的橡胶粉混凝土强度高于摩擦法,切削法生产的橡胶粉混凝土抗压强度介于其余2种工艺生产的40目与80目混凝土强度之间。

2.4 橡胶粉对混凝土劈裂强度的影响(见图6)

由图6可见,同种工艺生产的橡胶粉混凝土劈裂强度随橡胶粉粒径的减小而降低,这是由于橡胶粉与水泥石之间的粘结强度小,界面薄弱,随着橡胶粉粒径的减小,其比表面积增加,混凝土内部薄弱过渡区域增多,因此混凝土的劈裂强度随着橡胶粉粒径的减小而降低;相同粒径时,助剂法生产的橡胶粉混凝土劈裂强度略高于摩擦法,助剂法生产的40目橡胶粉混凝土劈裂强度最高,200目橡胶粉混凝土劈裂强度最低,切削法生产的橡胶粉混凝土劈裂强度介于其余2种工艺生产的80目橡胶粉之间。

2.5 橡胶粉对混凝土弯拉强度的影响(见图7)

由图7可见,摩擦法生产的40目橡胶粉混凝土弯拉强度最高,助剂法生产的200目橡胶粉混凝土弯拉强度最低,助剂法生产的40目橡胶粉与切削法生产的橡胶粉混凝土弯拉强度基本相当,2种工艺生产的80目橡胶粉混凝土弯拉强度基本相当。就同种工艺生产橡胶粉而言,混凝土弯拉强度随橡胶粉粒径减小而降低,主要原因是相同掺量时,粒径越小,混凝土内橡胶粉单体数量越多,薄弱点越多,更容易破坏。与抗压强度、劈裂强度曲线相比,弯拉强度变化趋势完全不同,尤其是摩擦法生产的40目橡胶粉混凝土,其抗压强度、劈裂强度均非最高,但弯拉强度明显高于其余各橡胶粉混凝土,说明橡胶粉掺入混凝土后,混凝土韧性明显变好,更有利混凝土的使用推广。

2.6 橡胶粉对混凝土压折比的影响

压折比是表示混凝土柔韧性的一个重要指标,压折比越小,柔韧性越好,抗开裂的效果越好。图8为不同种橡胶粉混凝土压折比变化情况。

由图8可见,摩擦法生产的40目橡胶粉混凝土柔性最好,助剂法生产的80目橡胶粉次之,助剂法生产的40目橡胶粉最差。摩擦法生产的40目橡胶粉混凝土的压折比比助剂法生产40目橡胶粉混凝土低很多,表明摩擦法生产的40目橡胶粉混凝土柔性远优于助剂法生产的40目橡胶粉混凝土,助剂法生产的80目橡胶粉混凝土柔性优于摩擦法生产的80目橡胶粉混凝土,切削法生产的橡胶粉柔性介于另2种工艺生产的80目橡胶粉混凝土之间。

3 结语

(1)橡胶粉掺入混凝土后,混凝土坍落度有所增大,工作性能得到改善,混凝土坍落度随橡胶粉粒径减小而减小,混凝土表观密度亦有相同变化趋势。

(2)助剂法生产的橡胶粉混凝土抗压强度、劈裂强度均大于摩擦法生产的橡胶粉混凝土,且抗压强度、劈裂强度随橡胶粉粒径减小而降低;摩擦法生产的40目橡胶粉混凝土弯拉强度优于其余各种橡胶粉混凝土,柔性最好;切削法生产的橡胶粉混凝土弯拉强度高于助剂法生产的40目橡胶粉混凝土。

(3)根据不同生产工艺生产的不同粒径的橡胶粉混凝土性能情况,摩擦法生产的40目橡胶粉用于路面混凝土最好。此外,由于该橡胶粉混凝土的压折比最小,可考虑将其用于外墙保温柔性砂浆中。

摘要：针对目前橡胶粉生产工艺多种多样,不同工艺生产的橡胶粉对混凝土性能影响不一的现象,采用助剂法、摩擦法和切削法3种工艺生产的6种橡胶粉,掺量20%等体积取代砂的条件下,研究了各种橡胶粉对混凝土性能的影响。研究结果表明,助剂法生产的40目橡胶粉混凝土的工作性能、抗压强度、劈裂强度最好,摩擦法生产的40目橡胶粉混凝土弯拉强度、柔性最好。

关键词：橡胶粉,路面水泥混凝土,坍落度,表观密度,强度,柔韧性

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混凝土改性性能 篇3

废旧轮胎打碎成橡胶粉代替部分骨料制备成的橡胶混凝土,从质量、韧性、变形等方面可大大改善普通混凝土的性能。 针对橡胶混凝土性能已进行了大量的研究,其中,耐久性更是得到国内外学者的广泛关注。 耐久性的研究主要集中在橡胶混凝土的抗冻、抗渗、抗磨及抗疲劳性能等方面,但对其作用机理的研究较少,且结论不统一。 陈波等[1]发现, 橡胶粉掺量为水泥质量的10%以下时,随着橡胶粉掺量的增大,混凝土的抗渗性能提高;橡胶粉掺量超过水泥质量的10%后, 随着橡胶粉掺量的增大, 混凝土的抗渗性能降低;胶粉的粒径对混凝土抗渗性能影响不大。 A. Benazzouk等[2]研究发现,橡胶颗粒的憎水性能够减少水压力的扩散,并认为橡胶集料可以提高混凝土的耐久性。 李光宇[3]通过试验发现,橡胶粉粒径越大、掺量越多,抗渗性能越好。 而另一些研究成果认为,60目以上的精细橡胶粉在提高混凝土耐久性方面的效果比较明显[4,5,6,7]。 由于市场价格太高,限制了橡胶粉在水泥混凝土材料方面的广泛应用,更多地用于再生胶、橡胶制品、汽车轮胎等。 8目以下的粗橡胶颗粒与水泥基体的相容性较差,主要用于塑胶跑道、草坪、橡胶砖等。 因此,8~40目之间的橡胶粉在改性混凝土方面有较广的空间。 本文主要选用16~40目橡胶粉,进行4种掺量的配比设计,开展橡胶混凝土的抗渗试验研究。

1试验原材料

水泥:徐州市某公司产P·O 42.5级普通硅酸盐水泥,其化学组成及物理力学性能见表1和表2。

%

细集料:普通河砂,Ⅱ区中砂,具体性能指标见表3。

粗集料:5~20mm连续级配石灰质碎石,各项指标符合标准要求,具体性能指标见表4。

水:普通饮用自来水。

外加剂:徐州产MN高效减水剂,外观为黄褐色固态粉末,溶于水使用,减水率15%~25%。

橡胶粉: 西安产精细胶粉, 细度分别为16目、 20目、40目;表观密度1.03g/cm3,各项性能见表5。

为保证胶粉取代集料后混凝土体积的稳定,试验采用绝对体积法进行配合比设计,掺入的废旧轮胎橡胶粉以RC16、RC20、RC40表示,掺入方法为四种掺合物分别以50L,75L,100L,125L等体积取代砂和石子,被取代的砂和石子保持原砂石体积比1: 1.97。 试验以C30混凝土为基准。

基准混凝土配合比: C0∶S0∶G0∶W0=400∶594∶1206∶ 200=1∶1.56∶3.33∶0.50。 以此为基础,考虑胶粉可能对混凝土产生的影响、胶粉改性混凝土的经济性及众多文献关于橡胶混凝土的探索,并经过3d和7d龄期的强度检验,确定各组混凝土配合比如表6。

2橡胶混凝土抗渗试验

2.1试验方法与步骤

采用JTG E 30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》[8]规定的水泥混凝土渗水高度试验方法进行橡胶混凝土的抗渗性试验。 试验设备使用HP-40型混凝土渗透仪,见图1。

注: 表中 RC0 表示参照组基准混凝土,RCX1-X2-X3 中: X1 表示掺入胶粉的粒径大小 ,分别为 16 目 、20 目 、40 目 ; X2 表示等体积取代混凝土中相应成分 ,GS 表示按砂石比;X3 表示胶粉取代集料的体积,分别 50、75、100 和 125L。

本试验主要目的是考察制备的橡胶混凝土的渗透性能相比于基准混凝土的变化情况。 试验水压控制在(0.8±0.05)MPa,同时开始记录时间(精确到分钟),24h后停止试验,取出试件。 试验过程中,水出现在试件顶部,渗水高度即为试件高度,同时立即停止试验,记录试验时间;如果水从试件周围渗出,说明密封不好,要重新密封。 当混凝土较为密实时,压力可改为1.0MPa或1.2MPa。

将顶部渗水的试件用压力机沿纵断面裂成两半,水痕清晰后(约过2~3min)用水笔描出,要求笔迹不宜太粗,该线就是试件的渗水轮廓;然后在劈裂面上覆玻璃板, 量测10条渗水高度线, 精确到1mm,以10个测点处渗水高度的算术平均值作为该试件的渗水高度;计算出同组所有6个试件的渗水高度,再取平均值作为该组试件的渗水高度。 如果同组中3个试件的最大渗水高度减去最小渗水高度的值不大于这3个数均值的30%,此时试件渗水高度均匀,允许先试验该3个试件,渗水高度是这3个试件的平均值。

根据试验所得的渗水高度大小,分析橡胶混凝土的抗渗性,并计算相对渗透系数。

式中:Sk为相对渗透系数,cm/h;Dm为平均渗水高度,cm;H为水压力,以水柱高度表示,cm;T为试验经历的时间,h;m为混凝土吸水率,取0.03。

2.2试验结果及分析

试件劈开后的渗水高度情况见图2。 试件的平均渗水高度见表7。

由图2可见,掺入橡胶粉,混凝土的抗渗性明显提高,掺入的橡胶粉粒径不同,劈开后截面水线的形状有所不同。 掺16目胶粉混凝土的截面水线呈凹形弧状,而基准混凝土、掺20、40目橡胶粉混凝土的截面水线的凹形弧状特征不明显。 另外,掺16目橡胶粉混凝土截面水线的凹形弧状特征随橡胶粉掺量的增加越来越不明显,而掺20目和40目橡胶粉混凝土截面水线的特征受掺量影响较小。

胶粉对混凝土渗水高度的影响见图3, 橡胶混凝土相对渗透系数情况见图4。

由图3和表7可以看出, 掺16目橡胶粉混凝土的渗水高度随橡胶粉掺量的增加呈先减小再增大最后又减小的趋势, 在橡胶粉掺量为75L、125L时得到渗水高度最大值和最小值, 分别为102mm、31mm。 掺20目橡胶粉混凝土的渗水高度随橡胶粉掺量增加先减小再略有增大而后逐渐减小,并在掺量为50L、75L时得到渗水高度最小值和最大值,分别为15mm、34mm。当掺量小于50L时,掺40目橡胶粉混凝土的渗水高度随橡胶粉掺量的逐渐增加迅速减小,并在掺量50L时得到最小值24mm, 而后随着掺量的增加略有增加,但变化不明显。 当混凝土中掺入的橡胶粉量相同时,掺入胶粉颗粒的粒径越小,渗水高度越低,表明混凝土内部结构越紧密,孔隙度越小,抗渗性能越好,但当掺入的橡胶粉量到125L时, 不同粒径胶粉制备的混凝土的渗水高度差别较小,表明橡胶粉的粒径影响渗水高度的效果不再明显。

由图4可见,掺16目橡胶粉的混凝土,掺量小于50L时,随橡胶粉掺量的减少,混凝土渗透系数逐渐降低;橡胶粉掺量大于50L后,随掺量的增加, 混凝土相对渗透系数逐渐降低。 掺20目和40目橡胶粉混凝土的相对渗透系数随橡胶粉掺量变化的波动不明显,且两种胶粉制备的混凝土相对渗透系数差别较小,最大相差不超过0.5×10-6cm/h。 若考虑基准混凝土情况,即不掺加橡胶粉的情况,橡胶混凝土的相对渗透系数将会出现大的变化。 掺16目橡胶粉时,渗透系数先降低后升高,再降低,掺20目和40目橡胶粉时,相对渗透系数先快速降低,而后随胶粉掺量的增加,相对渗透系数趋于平缓。 三种橡胶粉制备的混凝土,掺量达到125L时,相对渗透系数趋于一致。 但无论掺量多少,掺入胶粉的混凝土相对渗透系数都小于基准混凝土。

本试验还测定了28d抗压强度fRcu值, 为进一步分析与相对渗透系数的关系,根据表7中的数据对二者进行了回归分析,n=12,r>0.632,得到:

式(2)表明,对于制备的三种橡胶混凝土 ,其28d抗压强度与相对渗透系数呈负相关关系 , 即随着抗压强度的逐渐减小, 相对渗透系数逐渐增大。 因此, 橡胶粉的掺量应控制在100L以内, 掺量过多,会因水泥石与胶粉黏结薄弱增多而引起相对渗透系数的明显增大,造成抗渗性的降低。

3橡胶粉影响混凝土抗渗的机理研究

Nyame和Mehta[9,10]的研究结果表明 ,混凝土的渗透性与内部孔径分布有关,并很大程度上取决于混凝土内部孔径超过132nm的大孔。 因此,降低混凝土基体中大毛细管孔隙的体积可降低渗透性。

橡胶粉不参与混凝土的水化反应,主要以物理作用填充于混凝土内部[11]。 当橡胶粉掺量较少时,掺入的橡胶粉可以填充混凝土内部的有害孔隙,使混凝土更加密实,从而可以提高抗渗性。 混凝土中的橡胶粉是一种憎水性的高分子细骨料,混凝土内部的橡胶粉表面会形成一层憎水膜,从而加大水在混凝土内部的渗流阻力,大量存在于内部的胶粉还增加了孔隙间的曲折度, 阻止内部毛细孔形成连续、 贯通的网状结构体系,降低了渗透性的作用。 因此, 掺入16目、20目、40目橡胶粉可降低混凝土的渗水高度,提高抗渗性,且掺入的胶粉粒径越小,填充效果越好。 但随橡胶粉掺量的增加,橡胶混凝土抗压强度有明显下降,且橡胶粉掺量越多,混凝土内分布的软点也越多,胶粉与水泥石的包裹界面面积也越多,当界面孔隙遭到水压渗透时,可能导致橡胶混凝土相对渗透系数的激增。 因此,从抗渗角度考虑,胶粉掺量不易过多,宜控制在100L以内。

骨料的粒径及相互的级配关系影响着混凝土内部界面过渡区,从而决定着混凝土拌合物的泌水性。 橡胶粉粒径较大时,橡胶粉形状便不宜按球状考虑,大粒径胶粉表面存在平滑现象,影响水泥浆与胶粉的黏接效果,加上水化早期由于干缩、热收缩和外部荷载使水泥浆体和骨料之间产生应变而易于开裂。 尽管界面过渡区的裂缝非常小,无法用肉眼观测,但比水泥浆体基体的毛细管孔隙大。 所以,对于粒径相对较大的16目橡胶混凝土,内部颗粒的状态、分布都会影响混凝土的抗渗性能,这也是该混凝土渗透性能波动较大的原因之一。

4结论

(1)普通混凝土中掺入废橡胶颗粒可改善其渗透性。 胶粉粒径与掺量对橡胶混凝土渗水高度和相对渗透系数有影响, 胶粉掺量小于125L时,16目、 20目 、40目橡胶混凝的相对渗透系数都低于基准混凝土,但当橡胶颗粒掺量在125L或以上时,所有混凝土的相对渗透系数趋于一致。

(2)由于橡胶混凝土28d抗压强度随着橡胶粉掺量的增加而逐渐减小,胶粉掺量过多,会因水泥石与胶粉黏结薄弱增多问题引起相对渗透系数的明显增大,造成抗渗性的降低,因此,橡胶粉的掺量应控制在100L以内。

混凝土改性性能 篇4

所谓的温拌沥青, 是指通过往基质沥青中添加一定剂量的沥青添加剂以降低沥青粘度, 从而使得混合料能在低温下拌合施工的技术措施。与传统的热拌沥青混合料对比, 温拌混合料的施工温度要低30~50℃, 但路用性能却能基本保持不变。

温拌沥青因其施工温度低、减小环境污染、延长施工季节以及快速开放交通等优点, 近年来在我国发展迅速。

目前比较常用的实现温拌的方法主要有四种:①沥青-矿物法;②有机添加剂法;③温拌泡沫沥青混合料;④基于乳化平台的温拌技术。本次试验实现温拌的方法为基于乳化平台的温拌技术, 其作用原理为在混合料拌合过程中添加一种具有乳化、抗剥离、降粘等多种性能的化学添加剂, 使其在沥青胶结料内部形成起润滑作用的水膜结构, 从而降低沥青粘度。

本文拟采用当前比较常用的沥青改性剂:环氧树脂和丁苯乳液, 对温拌沥青进行改性, 从改性剂的掺量、混合料的配合比设计、混合料的路用性能等方面, 研究改性前后温拌沥青混合料的路用性能以及两种不同改性剂的改性效果。

2 温拌剂的改性效果分析

本实验采用70#基质沥青, 选用的温拌剂为Evotherm温拌剂, 添加量为m (Evotherm) :m (沥青) =1:9。通过沥青的三大性能实验 (针入度、软化点、延度) , 对温拌剂的改性效果进行分析研究。试验结果如表1所示。

从表1可以看出, 加入Evotherm温拌剂前后, 沥青的三大性能指标对比相差不大, 这就说明, Evotherm温拌剂的加入, 并不会改变基质沥青本身的性能。这是因为Evotherm温拌剂在常温下为水溶液, 加入沥青中经高温搅拌后水分已经大部分被蒸发, 其残留下来的活性成分并不影响沥青的性能。

3 两种不同的改性剂对温拌沥青的改性效果对比分析

通过往温拌沥青中掺入不同剂量的环氧树脂和丁苯乳液, 由沥青的针入度、软化点、延度试验, 确定环氧树脂的最佳掺量为8.0%, 丁苯乳液的最佳掺量为4.0%。

两种不同改性剂在最佳掺量时对温拌沥青改性试验结果如表2所示。

从表2可知, 加入最佳掺量的丁苯乳液和环氧树脂后, 温拌沥青的针入度和延度都降低, 软化点则大幅度提高, 这说明这两种改性剂的掺入, 都有效地改善沥青抗变形能力, 同时减小沥青的温度敏感性, 有利于避免沥青在高温下流淌和低温下脆裂。对比而言, 在针入度和延度方面, 环氧的改性效果优于丁苯, 但在软化点方面, 则是丁苯的改性效果更优。在改性剂的掺量都为最佳时, 考虑改性剂的掺量、改性的效果以及施工的难易, 采用丁苯乳液改性显然较有优势。

4 温拌改性沥青路用性能研究

为了尽量减少影响分析改性剂改性效果的因素, 本次试验采用相同的矿料级配, 同时试验采用先确定相同级配的热拌沥青混合料的最佳油石比, 然后按此油石比添加改性剂成型马歇尔试件的方法。

4.1 热拌沥青配合比设计

试验选用的集料物理力学性质均满足公路工程集料试验规程中的技术指标要求, 其合成级配如表3所示。

采用此级配, 按4.5%~6.0%, 间隔0.5%的油石比成型马歇尔试件, 由马歇尔设计方法确定沥青最佳油石比为5.1%。

4.2 温拌改性沥青混合料施工温度的确定

热拌沥青施工温度的确定, 是以原油粘温曲线中0.17Pa·S对应的温度为混合料的拌合温度, 0.28Pa·S对应的温度为混合料的碾压温度。按照此方法, 分别做温拌丁苯沥青和温拌环氧沥青的粘度试验, 最终由粘温曲线确定温拌丁苯沥青的拌合温度为163℃, 碾压温度为151℃, 温拌环氧沥青的拌合温度为168℃, 碾压温度为153℃。显然, 如果按照这一温度施工, 则失去了温拌的意义。研究认为, 这是因为粘温曲线确定的施工温度是针对未改性的石油沥青而言, 对于改性沥青这一方法并不适用。因此, 本试验拟通过控制空隙率的试验方法来确定最佳击实温度。

采用表3中的级配, 5.1%的油石比, 以125℃~150℃、间隔5℃取一个温度值击实成型马歇尔试件, 以击实温度为横坐标, 空隙率为纵坐标作温度-空隙率曲线, 取4.0%空隙率对应的温度为混合料的碾压温度。得出温拌丁苯沥青和温拌环氧沥青的碾压温度分别为146℃和142℃。

4.3 温拌改性沥青混合料的路用性能研究

按5.1%的油石比, 添加温拌剂, 分别掺入4.0%的丁苯乳液和8.0%的环氧树脂成型马歇尔试件和车辙试件, 分别测试温拌沥青混合料的水稳定性和抗高温变形能力。试验结果如表4、表5所示。

从表4、表5可以看出, 加入丁苯和环氧后, 有效地改善了混合料的稳定度和抗水侵害性。对比而言, 在稳定度方面, 环氧对混合料的改性效果优于丁苯, 尤其是温拌环氧沥青混合料浸水后马歇尔稳定度反而得到提高, 研究认为这是因为环氧树脂固化剂发挥作用需要较长的时间, 混合料的强度随着固化剂的固化作用的发挥而提高。而在动稳定度方面, 丁苯对混合料的改性效果则优于环氧, 加入环氧后, 混合料的抗车辙能力成倍提高, 而加入丁苯后混合料的抗车辙能力更是提高了近3倍, 有研究认为这是因为丁苯乳液在低温下时胶体因子损伤较小, 其改性因子作用得到发挥, 而在车辙试件养护时间内环氧固化剂的作用却未充分发挥。

5 结论

⑴Evotherm温拌剂能降低沥青混合料的拌合温度, 同时不会影响沥青本身的性能;

⑵加入丁苯和环氧改性后的沥青各项性能指标都明显优于未改性的沥青。在改性剂的掺量都为最佳时, 丁苯乳液的综合改性效果更优。

⑶粘温曲线确定的改性沥青的施工温度偏高, 采用变温击实方法确定温拌丁苯沥青混合料和温拌环氧沥青混合料的碾压温度分别为146℃和142℃。

⑷温拌改性沥青混合料施工温度比热拌改性沥青混合料低, 同等施工条件下温拌改性沥青混合料更易于压实, 有利于在施工中控制路面的平整度;虽然改性后混合料动稳定度比改性前提高了2~3倍, 但对于特殊路段如交叉口等来说仍然偏小, 因此, 提出将温拌改性沥青混合料用于除交叉口、长陡上坡路段等特殊路段外的路面的上面层。

参考文献

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[3]陶卓辉, 杜群乐, 黄文元.Evotherm温拌沥青混凝土工作原理及低温施工研究[J].公路交通科技, 2008, 25 (4) :116-117.

[4]王鹏, 黄卫东.采用DAT添加剂的温拌沥青拌合温度[J].长沙理工大学学报, 2010, 7 (2) :13-18.

[5]赵英会.温拌沥青混合料配合比设计方法[J].交通世界, 2010, (9) :257-259.

混凝土改性性能 篇5

1 试验

1.1 原材料

1) 聚合物乳液:美国陶氏固瑞特种乳液有限公司生产的SBR乳液, 物理性能见表1。

2) 水泥:采用冀东水泥厂生产的盾石牌42.5#普通硅酸盐水泥。

3) 集料:采用河砂及细碎石, 其中河砂的细度模数分别为2.8, 细碎石的最大粒径为1.5cm。

4) 消泡剂:选用海川公司生产的F111液体消泡剂。

1.2 方法

混凝土的性能试验按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》及GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定进行, 氯离子渗透性能按ASTMC 1202—97《混凝土氯离子渗透性能实验方法》进行。试件养护方法:在标准条件下水养7d, 然后放置于干空室至规定龄期。

2 结果与分析

2.1 不同聚灰比的修补混凝土性能对比

在实际修补工程中, 混凝土修补的深度多小于5cm, 如果混凝土在高荷载运行使用环境中, 配合比中还需掺入适量的钢纤维进行增强, 因此, 修补混凝土配比中砂率通常控制在50%~60%, 粗集料使用较小粒径的碎石。该试验配合比及新拌混凝土性能见表2, 混凝土力学性能对比试验结果见表3。

从表2中的结果可以看出, 随着SBR乳液的聚灰比的提高, 混凝土的水灰比有较大的降低, 当聚灰比为0.15时, 比空白混凝土水灰比下降了近一倍, 同时坍落度还大大地提高, 这说明SBR乳液对混凝土的减水效果明显, 混凝土的施工性能有了很大的改善。

从表3可知, SBR乳液改性修补混凝土和空白混凝土相比, 28d的抗压强度比空白混凝土中略微有所降低, 吸水率大大降低, 当聚灰比为0.15时, 抗折强度比空白试件提高了34.7%, 通过乳液改性后, 混凝土的韧性很大的增强, 在实际工程的修补中, 如果在重荷载的频繁冲击下, 混凝土的使用年限也能大大延长。

但随着聚合物掺量的提高, 改性混凝土的含气量有所提高, 容重有较大的降低, 而且明显要低于空白混凝土, 这表明随着聚合物乳液的掺量增加, 混凝土内部引入的气泡有明显增多, 当引气量增大到相当的程度时, 势必影响到混凝土的各项物理力学性能。因此, 在配制聚合物修补混凝土时, 不能简单地在混凝土中掺入聚合物乳液, 还应对乳液的种类、乳液质量等因素加以考虑。

2.2 不同批次的乳液对混凝土的容重的影响

聚合物乳液在合成过程中, 由于加入了表面活性剂, 因此, 乳液掺入混凝土后, 在搅拌过程中会产生大量的气泡, 使混凝土的含气量明显提高, 容重降低。此外, 乳液在合成过程中, 所使用的原材料会出现波动, 因此生产出乳液的物理性能也会有较大的波动。我们选用了B1、B2两批不同生产日期的SBR乳液进行试验, 试验结果见表4。很明显, 不同批次的SBR乳液的固体含量、pH值及粘度值均有很大的波动, 这对配制修补混凝土的稳定性将会产生影响。

通常, 可以在SBR乳液中加入一定量的消泡剂来抑制乳液中气泡的产生, 以降低修补混凝土的含气量, 但消泡剂的量应严格控制, 加量太小, 消泡的效果不好, 加量过高, 极易造成乳液严重分层。

因此, 在乳液实际使用中, 如何正确确定消泡剂的掺量就变得十分重要。为了减少混凝土试验的工作量, 我们在下面的试验中将采用水泥砂浆进行试验, 具体的试验方法是:在乳液中加入不同掺量的液体消泡剂, 并对配制改性水泥砂浆 (砂灰比为2.5, 聚灰比为0.15) 的容重进行比较, 在满足相同的砂浆流动度条件下来确定合理的消泡剂的掺量。试验结果见图1。

从图1可以看出, 改性水泥砂浆的容重随着消泡剂的掺量逐渐增加而增大, 这表明消泡剂能够较为有效地抑制砂浆内部产生气泡, 当容重略高于空白水泥砂浆的容重 (实测值为2 130kg/m3) 时, 提高消泡剂的掺量效果并不明显。从图中可以确定B1批次SBR乳液中的消泡剂的适宜掺量为0.3%左右, B2批次SBR乳液中的消泡剂的适宜掺量为0.06%左右。

此外, 试验中还发现如果消泡剂超量使用后, 改性砂浆的容重变化不大, 砂浆的需水量反而增加。因此, 在使用不同批次乳液时, 我们可以通过改性水泥砂浆的容重与消泡剂掺量的关系来确定乳液中消泡剂在水泥修补砂浆中的适宜加量。

下面试验中, 我们使用上述方法确定的消泡剂适宜掺量, 直接使用于聚合物修补混凝土中, 检验是否适用于聚合物改性修补混凝土的配制。

2.3 性能稳定的SBR乳液改性修补混凝土的配制

我们选择以上二个批次的SBR乳液, 并加入上述方法确定的合理掺量的消泡剂, 对SBR乳液改性修补混凝土的性能进行了对比。SBR乳液改性混凝土的拌合物性能及部分力学性能试验结果分别见表5及表6, 其中试验配制的混凝土的水泥用量为400kg/m3。

在B1批次的乳液中掺入0.3%的消泡剂后, 从表5中可以看出B1批次的乳液改性混凝土的含气量下降了1.8%, 容重与空白混凝土接近, 吸水率也降至2.2%, 抗压、抗折强度均有了较大的提高。而未加消泡剂的B1批次乳液改性混凝土的容重比空白混凝土要低14%左右, 混凝土的强度明显要低于掺入适量消泡剂的混凝土, 可见在SBR乳液改性混凝土中, 控制混凝土的容重是至关重要的。

在B2批次的乳液中加入0.06%的消泡剂后, 修补混凝土含气量降为4%, 其容重略高于空白混凝土, 此时混凝土的各项性能有了很大的改善, 15min后的坍落度损失也很小, 28d的抗压强度超过了40MPa, 56d后抗压强度还有24%的增长, 同时吸水率和空白混凝土相比降低了近4倍, 抗氯离子渗透性也降至1 500库仑以下, 56d后抗氯离子渗透性降为1 000库仑以下。

以上结果表明, SBR乳液中掺入适量消泡剂后, 能够大大减少混凝土内部的气孔, 提高了修补混凝土的致密性, 改善了混凝土的各项物理力学性能。而采用SBR乳液掺入水泥砂浆中的方法来确定乳液中的消泡剂的掺量是行之可效的, 可以作为修补混凝土中最佳消泡剂掺量选择的参考, 消泡的实际效果可以通过混凝土试验进行验证, 这样可以大大减少混凝土的试验量。

综上所述, 通过控制SBR乳液改性混凝土的容重, 有助于配制出性能优越的SBR乳液改性修补混凝土。

3 结论

a.使用SBR乳液来配制改性修补混凝土, 能够改善修补混凝土的施工性能, 较大提高混凝土的抗折强度;若直接简单掺入混凝土中, 会造成混凝土容重偏低, 修补混凝土的物理力学性能下降。

b.不同批次的SBR乳液的物理性能有较大的差异, 加入混凝土中易产生大量的气泡, 在使用前应加入适量的消泡剂。消泡剂的掺量可以通过测定不同消泡剂的掺量对改性水泥砂浆容重的影响作为参考。

c.SBR乳液修补混凝土中加入适量的消泡剂后, 混凝土的容重明显增加, 含气量降低, 抗折、抗压强度均有一定程度的提高, 抗氯离子渗透性降低。这是由于SBR乳液中掺入适量消泡剂后, 能够大大减少混凝土内部的气孔, 提高了修补混凝土的致密性, 改善了混凝土的各项物理力学性能。

参考文献

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[2]张纯禹.高性能修补材料[J].上海建材, 2002 (4) :27-28.

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[4]蒙井玉, 王化河.羧基丁苯聚合物水泥基材料的改性机理分析[J].重庆交通学院学报, 2004 (2) :44-45.

混凝土改性性能 篇6

随着塑料工业制品的飞速发展, 塑料制品在人们的生产和生活中越来越多的出现, 但是大量塑料制品的使用伴随着大量废旧塑料的产生。塑料难以降解, 这将对环境造成严重的污染并将危害人类的健康。因此, 将废旧塑料再利用是人们面临的一项课题。目前, 塑料废弃物的再利用技术可以分为两类[1]:一类是直接在再利用, 另一类是改性再利用。第二种方法越来越受到人们的关注[2]。本试验将三种不同掺量的再生ABS/PC塑料颗粒取代部分细骨料掺入普通混凝土当中, 然后对该改性混凝土试件进行立方体抗压强度试验, 轴心抗压强度试验, 抗折强度试验。研究了不同的再生塑料颗粒掺量对混凝土各项力学性能的影响。

2 试验概况

2.1 试验原材料

⑴水泥采用广州越堡水泥厂生产的P·O普通硅酸盐水泥, 强度等级为32.5R。

⑵水采用普通自来水。

⑶砂为普通河砂, 中砂, 连续级配, 表观密度为2.53g/cm3。

⑷粗骨料为花岗岩碎石, 粒径为10~20mm, 石质新鲜, 没有软弱颗粒。

⑸再生塑料采用ABS/PC塑料颗粒。形状为粒径1~2mm, 高度2~3mm的短柱型颗粒, 密度1.1g/cm3。如图1所示。

⑹外加剂为L-2萘系高效减水剂, 浓度为30%, 减水率达到20%。

2.2 试验配合比

所有试件均以C35普通混凝土为基准混凝土, 塑料颗粒作为骨料等体积替代了一部分细骨料, 替代的体积百分比为5%、10%、15%。减水剂材料用量为胶凝材料用量的2%, 配合比中所有其他要素没有改变。本试验采用的配合比如表1所示, 其中MCRP表示再生塑料改性混凝土, 数字表示塑料颗粒的体积替代掺量。

3 再生塑科颗粒改性混凝土力学性能试验研究

3.1 密度

再生塑料改性混凝土标准养护28d, 从养护地取出, 擦干净表面后, 拿到电子秤称取重量, 通过计算, 得到再生塑料改性混凝土的密度, 其变化如图2所示。

可以看出, 随着塑料颗粒掺量的增加, 改性混凝土的重量及密度均出现不同程度的降低。未掺塑料颗粒的混凝土重量为8.24kg, 密度为2441kg/m3。当掺量达到15%时, MCRP的重量为7.82kg, 密度为2317kg/m3。重量降幅为5.10%, 密度降幅为5.08%。这是由于塑料颗粒的密度小于砂的密度引起的, 砂的表观密度为2530kg/m3, 而塑料颗粒的密度仅为1100kg/m3。

3.2 立方体抗压强度

在混凝土的诸多强度指标中, 抗压强度是混凝土最基本及最重要的力学性能指标, 根据塑料颗粒掺量的不同, 本次试验共有4组, 每组包含3个试件。28d标准养护立方体抗压强度的试验结果如表2所示。

从表中可以看出, 随着再生塑料颗粒掺量的增加, MCRP的抗压强度先增加后减少, 掺量为5%时达到最大值55.5MPa。掺入再生塑料颗粒后的改性混凝土, 抗压强度均比普通混凝土高, 增幅为0.9%~19.6%, 当掺量为5%时达到最大值, 强度变化如图3所示。

混凝土立方体抗压强度与质量的比值为强质比, 强质比随掺量的变化如图4所示。从图中可以看出, 随着碎料颗粒掺量增加, 混凝土强质比先增加后降低, 但掺塑料后的强质比均比普通混凝土高, 最大为掺量5%时的6.87MPa/kg, 增大范围为6.0%~21.8%。

3.3 轴心抗压强度

为了与混凝土的实际工作状态一致, 常用棱柱体来反应混凝土的实际抗压强度。根据文献[3], 本次试验采用150mm×150mm×300mm的标准试件, 标准养护28天, 试验机为C888pn100 Matest, 试验结果如图5所示。

3.4 抗折强度

抗折试验采用抗折试验采用了100mm×100mm×400mm的非标准试件, 标准养护28天, 试验机为C888pn100 Matest, 测试方法参照参考文献[5], 试验结果曲线如图6所示。从图中可以看出, 掺入塑料改性的混凝土的抗折强度比普通混凝土的高, 强度增加1.9%~20.5%。掺量为5%时抗折强度最高, 为5.75MPa。

4 结论

⑴随着再生塑料颗粒掺量的增加, 改性混凝土的密度降低。这是由于再生ABS/PC塑料颗粒的密度小于砂的密度引起的。

⑵28天标准养护立方体抗压强度、强质比、轴心抗压强度以及抗折强度, 掺入塑料颗粒后强度均比普通混凝土高;随着再生塑料颗粒掺量的增加, 强度先增加后减少, 当强度为5%时达到最大值。

摘要：本试验将三种不同掺量 (5%, 10%, 15%) 的再生ABS/PC塑料颗粒作为一种添加成分取代部分细骨料掺入普通混凝土当中, 然后对该改性混凝土试件进行立方体抗压强度试验, 轴心抗压强度试验, 抗折强度试验。研究不同的再生塑料颗粒掺量对混凝土各项力学性能的影响。实验结果表明, 将再生塑料颗粒掺入普通混凝土当中, 能够改善混凝土的部分力学性能, 同时实现了对塑料废弃物的再利用。

关键词：再生塑料颗粒,改性混凝土,力学性能

参考文献

[1]张玉龙.废旧塑料回收制备与配方[M].北京:化学工业出版社, 2008.2:15-15

[2]过镇海.混凝土的强度和变形:试验基础和本构关系[M].北京:清华大学出版社, 1997

混凝土改性性能 篇7

今天我国桥梁设计使用年限一般为100年, 但是桥面混凝土的设计使用年限基本很低, 加上我国特殊原因, 如环境影响、维护方式、疲劳破坏以及超载破坏等, 使桥面混凝土的返修率一直居高不下, 造成了大量的资源浪费及交通拥堵问题。混凝土结构耐久性的损伤造成了巨大的经济损失, 其中原因复杂。但是钢筋锈蚀一直是其中最主要原因。在一般大气环境下, 碳化是钢筋锈蚀的前提条件。

混凝土的碳化过程是一个相对复杂的长期的过程, 即涉及到物理构造, 又涉及到化学反应, 水灰比、水泥的用量和品种、养护条件和养护时间、环境温度、相对湿度、二氧化碳浓度、混凝土结构孔隙率和密实度、外加剂和掺合料的用量及种类等等均会对混凝土的碳化性能起到影响。

注:表中各原材料以质量计, 百分比是指外加剂掺量占胶凝材料百分比。

混凝土的碳化速度取决于CO2的扩散速度和CO2与混凝土成分的化学反应。CO2的扩散收气体浓度、环境的温度湿度、混凝土密实度和混凝土含湿状态等因素影响;碳化反应则与混凝土中可碳化物质含量、水化产物的形态和环境温度湿度有关。这些因素可归结为混凝土自身内部因素和环境相关的外部因素。与水灰比、养护时间、养护条件、施工质量等相关的混凝土密实度越密实, 混凝土构件越不容易被碳化。水灰比则影响毛细孔的尺寸和可碳化物质含量, 水灰比越大碳化速度越快。水泥用量影响水泥石中可碳化物质含量, 用量越大, 混凝土中碱的成分越高, 越不容易被碳化。养护条件和养护时间影响水泥的水化程度, 标准养护时间越长, 混凝土越不容易被碳化。一般CO2的浓度的平方根与碳化速度成正比。相对湿度教高时, 水阻塞住了空气中CO2的扩散, 单单CO2浓度的提高并不能简单的提高混凝土的碳化速度。温度可以影响到气体的扩散速度、碳化反应和离子的迁移速度。碳化反应要以CO2和Ca (COH) 2的溶解为前提, 温度对于CO2、Ca (COH) 2和Ca CO3的溶解度也有很大影响。

本次试验设计通过聚合物EVA改性的方式, 使轻型桥面混凝土的密实度提高, 改善混凝土内部孔隙率, 降低混凝土的碳化性能影响, 增强混凝土的耐久性。

1 试验设计

1.1 试验原料

水泥:河北省张家口市张北县产, PO32.5级水泥, 指标符合国标GB1752-1999;

细骨料:标准砂4号, 细度模数3.2;标准砂6号, 细度模数2.9, 级配1:1.2;

粗骨料:天津市武清区旺泰建材厂产轻型陶粒, 粒径5~40mm, 三级级配1:1:1;

粉煤灰:张家口市热电厂Ⅱ级粉煤灰;

外加剂:山东济南鑫越化工主营k12十二烷基硫酸钠混凝土引泡剂、萘系高效减水剂、AL2 (OH) 3等。

2.2试验配合比

1.3 试验方法

《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GB/T50082-2009

混凝土试件制作以100*100*400mm棱柱体试块制作, 高宽比不小于3, 标准养护条件下养护28天, 试验前2天从标准养护室取出, 放入60℃烘箱烘烤48小时。经烘干才处理后的试件除留一个侧面外, 其它侧面全用石蜡密封。侧面用铅笔以10mm为单位画出测量碳化深度控制线及预设测量点。碳化3、7、14及28天破型以测定碳化深度。

2 试验结果及分析

聚合物EVA的掺入对于混凝土的碳化性能有很大的改善, 当P大于8%时, 碳化深度降低幅度较大, 频率最快。当P大于14%时, 虽然碳化深度进一步降低但是变化频率区域平缓。在3d时, 聚合物EVA为8%时, 碳化深度对比未经聚合物改性的普通混凝土, 碳化深度降低10%, 并且在P值最高点20%的时候达到最大, 碳化深度最低仅为2.7。14d碳化试验结果反应, 当P值为14%后, 虽然碳化深度仍旧降低, 但总体数值趋于稳定。当碳化试验进行到28d后, P值大于14%后, 碳化是深度保持一致, 基本不受聚合物的掺入量的影响。

结语

聚合物EVA的掺入对于混凝土的碳化性能起到了改善作用, 在碳化初期, 随聚合物的掺入量增大, 混凝土的碳化性能提高很快, 但是到14天后趋于平缓, 28天后, 混凝土的碳化性能不受超过14%掺入量的聚合物影响。所以, 聚合物的掺入量应保持在14%以内效果最优。

摘要：现今我国桥面混凝土设计落后, 设计使用年限短, 自重大, 易损坏反复修理造成大量经济浪费及交通拥堵问题为出发点, 进行新型聚合物改性轻型桥面混凝土的研究, 在节约经济成本前提下增大混凝土设计的使用年限, 降低返修率。试验结果证明, 聚合物EVA能够极大的改善混凝土的内部结构, 提高抗碳化能力, 进而增加了混凝土的耐久性能。

关键词：混凝土桥面,EVA,碳化性能

参考文献

[1]胡胜.混凝土碳化分析探讨[J].中华建筑报, 2011 (01) .

[2]鲁宏, 胡金成.浅谈混凝土碳化成因分析[J].建筑与发展, 2010 (05) .