废砂浆粉（精选4篇）
废砂浆粉 篇1
1 引言
在城镇一体化、拉动内需等政策的鼓励下, 我国建筑业发展十分迅速, 旧城拆迁、棚户区改造、基础设施建设等产生了大量的建筑垃圾。而废弃混凝土是建筑垃圾的主要组成部分。随着大量混凝土建筑达到使用年限, 预计到2020年我国将产生20亿t的废弃混凝土[1]。这些废弃混凝土如果不及时处理和利用, 必将给环境和资源带来不利影响。在建筑垃圾资源化利用方面, 我国利用技术和产能都较为落后, 利用率远低于日本和欧美等发达国家[2]。
目前, 国内外对废弃混凝土块的资源化利用已经取得了阶段性成果, 但受废弃混凝土成分复杂性以及骨料与硬化水泥砂浆分离技术的限制, 国内外的研究[3,4,5]主要集中在破碎后用作再生集料, 关于废弃混凝土中主要成分水泥砂浆的相关研究较少。研究表明[6], 对废混凝土进行500℃~600℃低温处理后粉磨能够很好地分离出砂浆部分。
一般建筑垃圾粉料由于活性较低而不直接进行利用, 为了更好地利用这些粉料, 会采取相应的措施来改善它的活性。Farage M.C.R.和Alonso C.[7]等提出水泥石经过热处理后处于一种不稳定状态, 并能够表现出再水化性能。因此含有部分水泥石的废砂浆也应具有一定潜在活性, 如果通过物理方法激发活性并重新添加到水泥或混凝土中用作混合材料, 可以减少水泥用量, 改善生态环境和解决自然资源短缺问题, 为废弃混凝土的全组分利用提供新的思路。
2 试验原材料及方法
2.1 原材料
a.废砂浆粉:建筑垃圾中的废弃混凝土来源不确定, 原材料、配合比及龄期等也不确定, 因而物理性质和化学成分不确定, 若作为研究对象其结果也就有不确定性。为了避免原料不确定性对研究结果的影响, 本实验废砂浆采用PO42.5R水泥和普通河砂拌和加水配制, 水化一年后的小试块作为废砂浆原料。小试块尺寸为20 mm×60 mm×120 mm, 砂灰比取2:1, 与C30混凝土中细骨料与水泥的比例大致相当, 使用的河砂符合建筑用砂标准, 砂粒大小集中于0.3 mm~4.75 mm之间。废砂浆块配合比以及化学成分见表1, 表2所示。
b.水泥:采用广州石井牌42.5R普通硅酸盐水泥;c.砂:厦门艾思欧标准砂。
2.2试验方法
a.球磨实验
每次称取试样5 kg, 倒入球磨机中, 粉磨时间分别为50 min。每次粉磨完后将磨体内清理干净, 重新加料粉磨。粉磨完后经过0.9 mm方孔筛预处理, 根据GB/T1345-2005水泥细度检测标准, 采用负压筛析仪通过80μm方孔筛测得筛余率。
b.净浆实验
流动度参照国家标准GB/T2419-2005, 利用水泥胶砂流动度测定仪测得流动度。
c.水泥胶砂实验
制备方法参照国家标准GB/T17671-2005《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》
d.低温煅烧热处理
将废砂浆块按实验需求量分为五份, 分别在300℃、450℃、600℃、750℃和900℃下进行煅烧, 设定电炉的升温速率为10℃∕min, 达到目标温度Tx后保温2h, 得到经热处理后的废砂浆块, 分别标号T3、T4、T6、T7、T9, 未经热处理的试样为对比样品T0。
3 结果与分析
3.1 热处理后表观变化
经300℃、450℃、600℃、750℃、900℃不同温度热处理的废砂浆块表观图分别如图1中的a、b、c、d、e所示。进行表观观察发现, 不同温度下的废砂浆块表面都显得干燥, 且表面水泥石和砂粒都出现部分脱落的情况, 证明了经热处理后的砂浆块表面凝胶组分都发生一定的破坏。经750℃煅烧后出现断裂, 900℃的砂浆已难以成块。这表明随着热处理温度的提高, 废砂浆块热分解越充分, 强度降低越明显, 越容易被球磨粉碎。热处理后的废砂浆块由于游离水和化合水脱水变得更加干燥, 结构也应变得更为疏松。图1f为废砂浆块在600℃煅烧热处理后经球磨机粉磨50 min的粉末, 颜色呈深红色, 证明内部化学结构发生了充分的物理化学变化。
3.2 热处理后细度和流动度变化
为了测定经热处理后对废砂浆粉细度及混合水泥胶砂流动度的影响, 对经过上述不同温度煅烧的废砂浆块再进行球磨50 min后得到5份废砂浆粉试样, 分别测定各试样的0.08 mm筛余率和掺30%废砂浆粉的混合水泥胶砂流动度, 所得实验数据结果如图2、图3所示。
由图2、图3中可以看出, 经过低温煅烧后再球磨粉碎的废砂浆粉筛余率和胶砂流动度随着煅烧温度升高而显著降低。这表明: (1) 经过热处理后的废砂浆块更易于球磨粉碎, 因为煅烧后水泥石脱水比较完全, Si O2晶体结构遭到一定程度破坏, 水泥砂浆呈疏松的网状多孔结构, 质点间的结合强度大大削弱, 所以相同球磨时间下磨得更细。 (2) 经过热处理后的混合水泥胶砂流动度有所下降。因为细度变小对应着比表面积增大, 标准稠度需水量增大, 这也导致了胶砂流动度的降低。这也跟热处理后废砂浆的化学成分发生了转变有关:一方面砂浆经过高温后变得非常干燥、内部孔隙增多, 加入的水须先充满这些孔隙, 导致吸水率增大;另一方面热处理脱水后的脱水相能再次水化而消耗一部分水, 因此利用废砂浆粉作混合材时, 需要考虑提高用水量或者增加减水剂的剂量才能满足流动度和和易性的要求。
3.3 热处理后的质量损失
通过测定不同温度下废砂浆块的质量损失, 有利于研究废砂浆在各温度区间下结构脱水的变化情况。实验结果见表3所示。
由表3可知, 随着热处理温度的升高, 质量损失率呈逐渐增大的趋势, 但相邻温度区间质量损失率不同, 说明不同煅烧热处理温度下的废砂浆脱水强烈程度不同。其中, 0℃~300℃、300℃~450℃、450℃~600℃温度区间质量损失率均大于1%, 证明废砂浆主要于这些温度区间内发生脱水反应, 其中450℃~600℃温度区间质量损失率最大, 脱水程度最为剧烈, 水化物发生了充分热分解反应并脱去大量的结合水, 结构解体充分, 这符合前面的表观观察情况和这一温度下丧失了绝大部分强度的特征。
3.4 热处理后的胶砂强度
分别测定各煅烧温度作用下掺30%废砂浆粉的混合水泥胶砂3 d、28 d抗压抗折强度, 实验数据结果见表4、图4和图5所示。
由图可以看出, 当煅烧温度低于900℃时, 热处理后的废砂浆粉混合水泥胶砂强度提高明显, 胶砂3 d、28 d抗压抗折强度均高于未经热处理的对比试样T0, 表明低温煅烧热处理的方法非常有利于激发废砂浆的活性。其中T6的3 d抗压强度达到了31.58 MPa, 3 d抗压活性指数达到89%, 早期活性效果较好;胶砂相应28d强度也得到了良好的增长;T3胶砂强度增长较小;T4胶砂抗压强度增长较快, 达到了41.27 MPa;T6活性激发效果最好, 抗压、抗折强度分别增长到42.29MPa、7.37 MPa, 相对于T0分别高了3.01 MPa、0.57MPa, 活性分别达到了82%和91%。750℃、900℃热处理后的强度开始下降, 证明热处理温度过高时会降低废砂浆粉的活性。因此, 废砂浆最佳热处理煅烧温度为600℃。根据矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥各龄期的强度要求 (GB175-2007) , 煅烧后掺30%废砂浆粉的混合水泥胶砂达到了32.5等级的强度要求。
4 结论
a.低温煅烧热处理后, 废砂浆块的结构组成发生了脱水, 且化学组成发生了显著变化, 温度越高其结构强度降低越快。
b.经过煅烧热处理后的废砂浆块易于磨细, 0.08 mm筛余率下降较快, 当热处理温度为600℃时, 筛余率达到了1.4%。掺30%废砂浆粉混合水泥胶砂的流动度随着温度的升高有所降低。
c.经过各温度煅烧的废砂浆块质量有所下降, 不同温度区间对应着不同水化物的脱水分解, 600℃煅烧时废砂浆块质量下降较大, 结构脱水较为充分。
d.不同煅烧温度的废砂浆粉混合水泥胶砂强度不一样。600℃时, 废砂浆粉活性激发效果最好, 抗压强度达到42.29 MPa。因此, 600℃是分离废砂浆组分和激发其活性的最佳温度。
摘要：研究了不同煅烧温度对废砂浆块易磨性、流动度、质量损失的影响, 以及废砂浆粉的活性激发效果。实验表明, 废砂浆粉筛余率和胶砂流动度随着煅烧温度的升高而显著降低。经600℃热处理, 掺30%废砂浆粉混合水泥的28 d强度增长了3.01 MPa, 结合分离废弃混凝土中砂浆组分的最佳温度在500℃600℃, 确定了600℃是分离和激发废砂浆活性的最佳温度。
关键词：废砂浆粉,煅烧,粉磨性能,强度,活性
参考文献
[1]黄颖霞, 李旭平.废砖再生骨料配制小型混凝土空心砌块研究[J].丽水学院学报, 2010, 32 (2) :34-37.
[2]张温哲.谈施工现场绿色施工管理[J].中小企业管理与科技 (中旬刊) , 2014 (01) :50-51.
[3]胡曙光, 何永佳.利用废弃混凝土制备再生胶凝材料[J].硅酸盐学报, 2007 (05) :593-599.
[4]Evangelista L., De B.J., Mechanical be havior of concrete made with fine recycled concrete aggregates[J].Cam Concr Comp, 2007, 29 (5) :397.
[5]AMNON Katz.Properities of concrete made with recycled aggregate from par tial ly hydrated old concrete[J].Cem Concr Res, 2003, 33 (5) :703-711.
[6]陶珍东.废弃混凝土机械力化学活化再利用研究[D].山东大学, 2004.
[7]Farage M.C.R., Sercombe J., Galle C.Rehydration and Microstructure or Ce ment Paste After Heating at Tem peratures up to 300℃[J].Cem Conerres, 2003.33 (7) :1047-1056.
废砂浆粉 篇2
关键词：废橡胶粉,地聚物砂浆,等体积取代,路用性能
地聚物是法国Davidovits J[1]教授在研究古建筑中提出的,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1.5亿条,每年对废轮胎的回收只有45%,传统处理方法是堆放和掩埋,对环境和人类健康产生损害,因此对废弃轮胎再生利用的研究迫在眉睫[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Shuaib Ahmad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,并对其性能进行研究。
1 实验
1.1 原材料
(1)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。
%
(2)碱性激发剂:重庆井口化工厂生产的工业水玻璃,其模数为2.47,化学成分见表2;Na OH,分析纯。
%
(3)水泥:重庆拉法基水泥厂生产的P·O 42.5R水泥。
(4)集料:特细砂,表观密度约为2.69 g/cm3。
(5)橡胶粉:重庆茂林工贸公司生产,细度分别为30目、40目、80目,密度约为1 g/cm3。
1.2 实验方法
通过课题组前期的大量实验,选择模数调为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m(胶凝材料)∶m(水)∶m(激发剂)∶m(砂)=1∶0.6∶0.75∶2.5。将细度为30目、40目、80目的橡胶粉作为细集料等体积取代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Na OH磨细直接加入胶凝材料及砂的混合物中,先进行干搅拌1 min,再加入水玻璃,进行充分搅拌,无需进行陈化[6]。
(1)砂浆抗压、抗折强度按GB/T 1346—2001《水泥胶砂强度检验方法》进行测试,试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm。
(2)砂浆粘接抗拉强度按DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行测试。
(3)耐磨试验按JC/T 421—91《水泥胶砂耐磨性试验方法》进行,试模为100 mm×100 mm×30 mm,养护龄期28 d。
(4)动弹模量、共振频率采用DT-10W动弹仪(天津建材仪器厂)测试,试件尺寸为100 mm×100 mm×300 mm,养护龄期28 d。
(5)对不同龄期的试块进行SEM测试,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 结果与讨论
2.1 橡胶粉细度及掺量确定
图1为橡胶粉细度对砂浆抗折、抗压强度及折压比的试验结果,其中橡胶粉等体积取代砂15%。
由图1可以看出,随着橡胶粉的掺入,不同龄期的砂浆其抗压、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。橡胶粉细度对砂浆抗折强度影响较大,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材料,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40目橡胶粉改性砂浆强度要高于30目;但颗粒太小,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 d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。
图2为40目橡胶粉不同体积取代量取代细集料对砂浆抗压、抗折强度及折压比的影响。
由图2可以看出,橡胶粉取代砂之后,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 d的抗折强度及抗压强度分别由7.45 MPa和40.00 MPa下降到6.55 MPa和30.84 MPa;取代量30%时抗折及抗压强度分别为5.10 MPa和23.19 MPa,为基准砂浆的68.45%和58.0%;取代量50%时,抗折及抗压强度分别为3.90MPa和19.16 MPa,为基准砂浆的52.35%和47.90%。强度下降的原因是随着橡胶粉掺量增加,导致砂浆内部结构的不连续性增多。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2还可以看出,改性砂浆的折压比有所增大,表明改性后砂浆韧性得以提高,并在取代量为15%及30%时折压比较大,因此选择这2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(见图3)
由图3可以看出,随着橡胶粉取代量的增大,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相对砂与浆体间而言较弱,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的耐磨性不好,造成砂浆整体耐磨性较差。当胶粉掺量为15%时,磨耗量达4 kg/m2。
2.2.2 拉伸粘结强度(见图4)
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3.5 MPa,远高于地面自流平砂浆大于1 MPa的要求。15%取代量的改性砂浆粘结强度与基准砂浆相当,而橡胶粉30%取代量时拉伸强度可达到6 MPa,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
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5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2~3 GPa,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 d龄期基准砂浆和15%橡胶粉取代量改性砂浆的SEM图。
由图6、图7可以看出,基础砂浆中有部分2μm宽的微裂纹;而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和扩展的作用,同时可看出橡胶颗粒与地聚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。
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 d抗折强度可达6.55 MPa,抗压强度可达30 MPa,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
[1]Davidovits J.Synthetic mineral polymer compound of the silicoa-luminates family and preparation process.US Pat 4472199.1984,(9):18.
[2]中国环保产业协会、中国橡胶工业协会联合调查组.关于废旧橡胶综合利用和环境保护情况调查研究报告[J].中国橡胶,2006,22(17):4-9.
[3]严捍东,麻秀星,陈秀峰,等.废橡胶粉对混合砂浆性能的影响[J].环境工程学报,2008(3):418-423.
[4]文兴.道路铺筑材料——橡胶沥青[J].现代橡胶技术2,006,32(4):31.
[5]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(2):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,2008.
[7]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:武汉理工大学,2007.
[9](乌)P.V克里文科.碱胶凝材料[M].乌克兰基辅结构与建筑工业大学胶凝材料研究所,1997.
[10]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.
废砂浆粉 篇3
我国从20世纪80年代开始研制废旧轮胎橡胶粉改性沥青,以沥青作为橡胶粉的分散剂,将高掺量的硫化橡胶粉与沥青在高温条件下混溶制成改性沥青。橡胶粉的掺入改善了沥青的高低温性能、弹性及抗老化性能,提高了沥青的路用性能指标。另一方面,橡胶粉大量用于公路工程中,可以有效解决大规模废旧轮胎带来的固体废弃物污染问题,且废胶粉改性沥青相对其它改性沥青成本低廉,可降低筑路成本,具有显著的环保效益和社会经济效益[1]。废胎橡胶粉橡胶沥青应用的具体方案、技术开发等还处于原创性研究、探索之中。特别是关于橡胶粉改性沥青流变性能的研究还较少,充分了解废胶粉改性沥青的微观结构及流变性能,可以为合理应用废胶粉改性沥青提供理论支持和技术保障。
1 实验
1.1 改性沥青的制备
基质沥青采用滨州70#沥青,改性剂为30目废轮胎橡胶粉,掺量为18%。采用FM300型高剪切分散乳化机制备改性沥青,其主要技术性质见表1。制备方法采用研磨共混方法,即利用高剪切分散乳化机使改性剂溶解分散于沥青中,其加工温度为180℃。
1.2 改性沥青的微观形态
采用日本紫台Hitachi S-3400NⅡ型扫描电子显微镜(SEM)观测胶粉改性沥青的微观形态。将基质沥青和改性沥青样品涂片,然后在扫描电镜下进行观察、拍照,放大倍数为500~100 000倍。
1.3 动态力学性能
采用Physical MCR101型动态剪切流变仪测试样品的动态力学性能。分别在-20~80℃下进行频率扫描,角频率范围为0.01~100 rad/s。
2 结果分析
2.1 微观形态观察结果
基质沥青和改性沥青的扫描图像见图1。从图1可以直观地看出,基质沥青十分均质,接近于均相结构;而废胶粉改性沥青的表面绝大部分已被沥青中的轻组分所溶胀,少量轻质组分深入了胶粉内部,胶粉颗粒通过凝胶膜连接,形成一个黏度很大的半固态连续相的体系。同时也以看出,经过与沥青的混合,废胶粉颗粒体积减小,这是由于在加速搅拌和高速剪切的过程中发生解聚和脱硫[2,3],胶粉颗粒会分裂,分子变小,所以改性后的沥青表观不再均质,可以明显地看到橡胶颗粒在沥青中分散得十分均匀,在高放大倍数下可以观察到废胶粉颗粒表面被沥青均匀地包裹,沥青表面形态模糊。由于橡胶粉不能溶解于沥青中,只能以弹性微粒形式填充在沥青中,因此,橡胶粉改性沥青在本质上为非均相,是一种不均匀体系。
2.2 DSR试验结果分析
动态剪切流变试验(DSR)能够较好地模拟交通条件,反映沥青胶浆高低温变形特性。
2.2.1 动态模量及相位角的变化规律(见图2)
由图2可知,废胶粉改性沥青胶浆的复数模量随着试验频率的增加而逐渐增大,随着温度的升高逐渐减小,沥青逐步转变为粘流态。相位角随频率增加逐渐减小,随温度升高逐渐增大;且在双对数坐标下不同温度的沥青胶浆复数模量及相位角随角频率的增加具有相似的变化曲线。储存模量G'与损失模量G〃随温度的升高逐渐减小,随着荷载作用角频率的增加逐渐增大。温度低于0℃时,储存模量G'大于损失模量G〃,这能很好的体现出低温时沥青的弹性性能。随着角频率降低,沥青的损失模量与储存模量的差距逐渐减小,表明随角频率降低,沥青的粘性成分逐渐增加。当温度达到10℃时,随着角频率的减小,损失模量G〃大于储存模量G';温度高于20℃时,损失模量均大于储存模量,从不同温度、不同角频率下储存模量和损失模量的变化规律,可以很明显地看出沥青粘弹性能的变化。
2.2.2 复数模量主曲线及移位因子拟合
根据试验结果,采用时间温度换算法则[4],通过水平位移叠加合成参考温度为低温0℃及高温50℃宽频率范围内的主曲线,这样得到的主曲线频率范围远远超过了实测的频率范围。研究表明,剪切频率可以和路面交通量建立相互关联,当剪切频率在0.01~100 Hz时,可以模拟路面正常交通,高频模拟重交通,低频模拟轻交通[5],因此,由图3和图4得到的频率主曲线可以涵盖路面整个交通状况。
1955年,由化学家M.L.Wiliams、R.T.Lanbel和J.D.Ferry共同提出以他们名字第1字母组合命名的WLF方程:
式中:T0——参考温度,℃;
T——试验温度,℃;
C1、C2——材料常数,随不同材料和参考温度而改变。
WLF方程在材料粘弹性力学性能的温度相关性研究中被广泛应用。
根据不同温度下角频率扫描曲线的移位因子,采用Origin软件对移位因子进行WLF方程拟合,结果见图5和图6。
从图5和图6移位因子曲线可以看出,当温度在30~80℃时WLF方程的拟合效果较好,当温度在-20~30℃时WLF方程的拟合效果较差。这表明WLF方程较适用于高温时沥青的移位因子,当温度较低时,采用二次多项式拟合可达到更好的拟合效果。
3 结论
(1)废胶粉在基质沥青中分散均匀,能很好地吸附沥青,形成稳定的非均相结构。
(2)废胶粉改性沥青胶浆的复数模量随着试验角频率的增加而逐渐增大,随着温度的升高逐渐减小,沥青逐步转变为粘流态。
(3)温度低于0℃时,储存模量大于损失模量,体现出低温时沥青的弹性性能,随着角频率降低,损失模量与储存模量的差距逐渐减小,表明沥青的粘性成分逐渐增加。当温度达到10℃时,随着频率的减小,损失模量大于储存模量;温度高于20℃时,损失模量均大于储存模量。
(4)采用Origin软件对移位因子进行WLF方程拟合,高温[(30~80)℃]时WLF方程拟合效果较好,温度较低[(-20~30)℃]时采用二次多项式拟合能达到更好的拟合效果。
参考文献
[1]郭朝阳,何兆益,曹阳.废胎胶粉改性沥青改性机理研究[J].中外公路,2008,28(2):172-176.
[2]龚敬统,林高伟.废胶粉-SBS复合改性沥青改性机理分析[J].物流工程与管理,2009,31(8):152-153.
[3]张登良.改性沥青机理及应用[J].石油沥青,2003,17(2):36-38.
[4]张肖宁.沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用[M].北京:人民交通出版社,2006:72-76.
废黄河冲积平原粉喷桩施工工艺 篇4
1 工程概况
某城区快速主干道立交桥桥头接线地基土拟采用粉体喷搅法进行加固处理,以改善其承载性状和增加其抗液化能力。设计加固深度为17 m,桩间距1.0 m,按规范要求必须进行全桩复搅。
该施工段地处废黄河冲积平原,工程区域内地势平坦,地表下140余米为巨厚的第四系沉积层。加固区土体为以冲积成因为主的黄泛冲积物,自地表向下依次为:
①层:亚黏土,黄～灰黄色,可塑～软塑,平均层厚4.8 m。
②层:淤泥质黏土,灰色,流塑状,高压缩性,单孔最大厚度16.5 m,平均约13.5 m。
②-1层:亚黏土夹层,混粉砂,夹密实粉土,灰～黄灰色,可塑状,局部硬可塑。厚度约2 m～3 m,该夹层位于淤泥质黏土中、上部,埋深距地表8 m～11 m。
③层黏土,硬可塑,未揭穿。
按设计要求,粉喷桩具体施工参数应按试桩结果确定,此外还要求90 d龄期的无侧限抗压强度大于1.2 MPa。
②-1层亚黏土层(混砂夹粉土)室内配比试验为:425硅酸盐水泥加固,掺入比14%,保温箱内湿润养护,20 d龄期的抗压强度为1.83 MPa。
2 试桩及存在的问题
按常规施工工艺,机具钻进至设计孔深后提升喷灰到停灰面,然后下沉复搅,但当复搅至8 m～11 m深度时,钻机发出异常声响,钻具无法钻进,复搅要求难以完成,采用此法共试桩19根,因喷粉量不足,施工质量得不到有关部门的认可。
3 原因分析及解决方法
根据实际情况并结合试验资料分析认为:由于②-1层土含砂并夹粉土且粘粒含量较少,喷灰后随水泥固化作用迅速产生,该层土的强度提高很快,加上该层土有一定的厚度,因而造成复搅时钻具的无法穿透,致使全桩复搅的要求难以实现。所以,为满足设计要求,就必须根据该土层的特定情况进行工艺调整。
根据区域勘察资料,②-1层土具有一定的强度,且排水性能较好。这样在覆载作用下,其固结时间较短,结合施工情况可以认为,由于该夹层土在一次喷灰搅拌后就能达到很高的强度(钻进困难),那么作为处理软土措施的全桩复搅的重点就应该放在该层土的上、下两部分软土中,因而分段喷灰、分段复搅的工艺在本区应该是有效且可行的方案。
4 分段喷桩、分段复搅工艺
分段喷桩、分段复搅的原则是先对硬夹层下伏软土进行全长度处理,然后再对其上的土层进行施工。具体步骤为:钻进至设定标高,对下层软土喷灰,进行局部全长复搅(仅限于硬夹层以下软层),然后提升喷灰穿越硬夹层及其上覆土层直至停灰面,之后再行实施最大深度的复搅。施工中为确保桩底喷灰量,在钻进到桩底高程上部1.0 m～1.5 m处提前喷灰钻进,并要求第二次喷灰与前一次喷灰有不少于1.0 m的重叠长度,整个工艺流程见图1。
采用上述工艺共试桩160根,机械基本进入正常运转状态,单桩喷灰总量920 kg。
5施工经验
1)实践证明分段喷灰,分段复搅工艺符合本区地基土的实际情况,能满足设计部门提出的全桩复搅的处理要求。下部软土采取提前喷灰措施可确保桩底部灰量。2)采用上述施工工艺后,桩体喷灰量明显增加,工程成本有所增加。其主要原因除有工效降低的因素外,还在于提前喷灰和二次喷灰要求彼此间有不小于1 m的重叠长度。3)试桩过程中曾多次发生“堵灰”现象,一般均发生在第二次喷灰阶段。这是由于下部软土层喷灰复搅后,桩底气压进一步增大而上部覆盖厚度又达10余米,这样气流溢出就较为困难;同时,提升喷灰的管道压力又不宜过大,因而造成“堵灰”现象,并使得工效大大降低。4)采用分段喷灰,分段复搅工艺施工共完成粉喷桩5 000余根,总9万多延米,检测证明运用该工艺成桩的桩身强度及其完整性完全符合设计要求。
参考文献
[1]《地基处理手册》编委会.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.
[2]TB 10113-96,粉体喷桩搅法加固软弱土层技术规范[S].