膠粒改性陶?；炷亮W(xué)性能試驗研究

1、3膠粒改性陶?；炷亮W(xué)性能試驗研究王全鳳 何 政（華僑大學(xué)土木工程學(xué)院，泉州，362021）摘要采用兩種改性方案配制膠粒陶?；炷?，試驗研究規(guī)定齡期下改性陶?；炷恋目拐邸⒖箟汉团芽估瓘姸?，并分析不同的養(yǎng)護環(huán)境對它的力學(xué)性能影響.試驗結(jié)果表明，對膠粒進行改性處理后，能顯著改善膠粒與水泥基材料的粘結(jié)性能，提高膠粒陶?；炷恋牧W(xué)性能；在不同的養(yǎng)護條件下，膠粒陶粒混凝土力學(xué)性能的整體變化規(guī)律是一致的，養(yǎng)護條件對膠粒陶?；炷亮W(xué)性能的影響不是很大關(guān)鍵詞制鞋業(yè)廢物，膠粒陶?；炷?，力學(xué)性能3建設(shè)部2004年科研攻關(guān)項目（No. 04222144）資助.0引言制鞋業(yè)廢棄物大量無序堆放 、焚燒已經(jīng)

2、嚴(yán)重惡 化了環(huán)境，急待資源化、無害化利用.利用鞋業(yè)固體 廢棄物膠粒部分取代輕質(zhì)陶粒 保溫混凝土中的輕 砂，可以提高陶粒保溫混凝土的性能，為建筑節(jié)能提供新型的保溫材料.更重要的是使用的膠粒不會產(chǎn) 生二次污染，能最大限度地回收利用制鞋業(yè)的有機 固體廢棄物.膠粒的摻入會降低混凝土的力學(xué)性能，故需對膠粒進行改性處理.為提高膠粒混凝土的力 學(xué)性能，很多學(xué)者進行了膠粒的改性研究1 4 .國內(nèi)武漢工業(yè)大學(xué)5 曾對橡膠混凝土的抗沖擊性能進 行過探討，東南大學(xué)6 分析了加壓成型對抗壓和抗 彎性能的影響.用膠粒改性混凝土的研究始于20世紀(jì)80年代末期，均為針對某些具體問題的專題研 究，缺乏系統(tǒng)的理論性的研究成果，

3、未見來源于制鞋 業(yè)廢棄物的報道.制鞋業(yè)廢膠粒加入混凝土對其力 學(xué)性能的影響多大？本文提出的兩種改性方案成型混凝土試件，通過試驗分別研究其力學(xué)性能.通過現(xiàn) 有混凝土技術(shù)可以使其滿足各種工程設(shè)計要求.如果設(shè)計得當(dāng)，膠粒改性陶粒混凝土具有優(yōu)越的工程 性能和經(jīng)濟效益1膠粒對混凝土力學(xué)性能的影響規(guī)律混凝土的力學(xué)性能主要包括抗彎強度、抗壓強度、劈裂抗拉強度.其中混凝土的抗壓強度最受重 視，常用來作為評定混凝土質(zhì)量的指標(biāo).一般來說，混凝土可以看成是由骨料、界面過渡區(qū)和水泥石三 個重要環(huán)節(jié)組成.混凝土的強度主要取決于三方面 的強度，即骨料的強度，水泥石的強度及界面的粘結(jié)強度；而界面的粘結(jié)強度又包括三方面：即粗

4、骨料與 水泥石的粘結(jié)強度、細(xì)骨料與水泥石的粘結(jié)強度及 水泥水化產(chǎn)物之間的粘結(jié)強度.大量研究結(jié)果表明： 水泥石與集料的界面區(qū)域是混凝土中的薄弱區(qū)域 改善界面區(qū)域的組成、結(jié)構(gòu)與性能是改善和提高混 凝土性能的重要途徑7 .提高混凝土強度和性能的 方法主要是選擇適宜的骨料，提高水泥石的性能以及改善界面結(jié)構(gòu).當(dāng)混凝土受到外力作用或產(chǎn)生變 形時，界面常常處于力學(xué)上最不利的位置，從而成為混凝土中最薄弱的環(huán)節(jié).集料和砂漿的彈性模量相 差越大，混凝土的集料破壞作用越強.本文通過測量其抗彎、抗壓和劈裂抗拉強度，進一步比較確定本文 提出的兩種改性方案的優(yōu)劣，并分析不同的養(yǎng)護環(huán)境對膠粒改性陶粒保溫混凝土的力學(xué)性能影響

5、.2 試驗方案本文采用 100 mm X100 mm X525 mm的棱柱 體標(biāo)準(zhǔn)試件（骨料最大粒徑不超過30 mm的混凝土），共4組，每組18個試件，具體配合比見表 1 .試 件帶模養(yǎng)護1 day （簡寫d），拆模后放入溫度為20 3 C，相對濕度為90 %以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室養(yǎng)護.試件 在7 d齡期時（從攪拌加水時算起）從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室取 出，并分別移至水中、室外屋頂和50 C恒溫箱中，此 后分別測量28 d、90 d齡期的力學(xué)性能.試件（J Z）為基準(zhǔn)混凝土試件，試件（2）為未改 性膠粒混凝土試件，試件（3）為用偶聯(lián)劑 A +硅灰 裹漿+減水劑改性處理的膠?；炷猎嚰?，試件（4）為用偶聯(lián)劑A +

6、礦粉裹漿+減水劑改性處理的 膠?；炷猎嚰?專 輯王全鳳等：膠粒改性陶?；炷亮W(xué)性能試驗研究163(1)表1膠?；炷僚浜媳炔牧?/ kg m - 3J Z234水泥410410410410陶砂423.6296.5296.5296.5膠粒094 . 294.294 . 2陶粒447.6447.6447.6447.6水減水劑偶230230204.7204.7聯(lián)劑A硅002 . 052.05灰000 . 470.47礦粉0018 . 84000018 . 842. 1 抗彎強度試驗方法試件在試驗前應(yīng)先擦拭干凈，測量截面尺寸并檢查其外觀.試件不得有明顯缺損，在跨中1/ 3梁長 的受拉區(qū)內(nèi)，不得有表

7、面直徑超過 7 mm、深度超過 2 mm的孔洞.試件承壓面和支承面的不平度不應(yīng)大 于試件邊長的0 . 05 % ;承壓面和支撐面與相鄰面的 不垂直度，不應(yīng)大于1.如圖1所示,將試件在試驗 機的支座上放穩(wěn)對中，承壓面應(yīng)選擇試件成型的側(cè) 面.當(dāng)加壓頭與試件將接觸時，調(diào)整加壓頭和支座，使接觸均衡.開動試驗機，每秒應(yīng)力增量為0 . 0220 . 05 N/ mm ，以此速度連續(xù)而均勻地加荷，直到破壞.圖1 抗彎試驗圖當(dāng)折斷面位于兩個集中荷載之間時，抗彎強度按照下式計算BL2 bh 式中f z為混凝土抗彎強度（M Pa） ； p為破壞荷載 （N） ; L為跨度（mm） ; b為試件截面寬度（mm） ;

8、h為 試件截面高度（mm）.混凝土抗彎強度計算至 0 . 01 M Pa .取三個試件 測值的算術(shù)平均值作為該組試件的抗彎強度值.三個測值中的最大值或最小值中如有一個與中間值的 差值超過中間值的 15 % ,則把最大及最小值一并舍 除,取中間值作為該組的抗彎強度值.如有兩個測值與中間值的差均超過中間值的15 % ,則該組試驗結(jié)果無效.2.2 抗壓強度試驗方法試件從養(yǎng)護地點取出后，先擦拭干凈，測量尺寸,并檢查其外觀.試件尺寸測量，精確至1 mm ,并 據(jù)此計算試件的承壓面積A .試件承壓面的不平度，不應(yīng)大于試件邊長的 0 . 05 % ,承壓面與相鄰面的不 垂直度不應(yīng)大于 1 .將試件直立放置在

9、試驗機的下壓板上，試件的軸心應(yīng)與壓力機上壓板中心對準(zhǔn)，如圖2所示.開動試驗機，連續(xù)均勻地加荷，速率取 每秒0 . 30 . 5 M Pa .當(dāng)試件接近破壞而開始迅速 變形時，停止調(diào)整試驗機油門，直至試件破壞.圖2 抗壓試驗圖混凝土立方體抗壓強度計算公式Pf cu = A（2）式中f cu為混凝土軸心抗壓強度 （M Pa） ; P為破壞荷 載（N） ； A為試件承壓面積（mm2 ）.混凝土立方體抗壓強度計算至0. 1 M Pa ,取三個試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強度 值.數(shù)據(jù)處理同上.2.3 劈裂強度試驗方法試件從養(yǎng)護地點取出后先擦拭干凈，測量尺寸，檢查外觀，并在試件中部劃線定出劈裂

10、面的位置.劈裂面應(yīng)與試件成型時的頂面垂直.試件尺寸測量，精 確至1 mm ,并據(jù)此計算試件的劈裂面面積 A .將試 件放在壓力試驗機下壓板的中心位置 .如圖3示,在上、下壓板與試件之間墊以圓弧墊條及墊層各一條 墊條方向 應(yīng)與成型時的頂面垂直.以每秒0. 02 - 0 . 05 N/ mm 2的速度連續(xù)而均勻地加荷.當(dāng)試件接1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 近破壞時，應(yīng)停止調(diào)整油門，直至試件破壞圖3 劈裂試驗圖混凝土的劈裂抗拉強度按下式計算f pi = 2 = 0.

11、 637 -AnA式中f pi 混凝土劈裂抗拉強度（M Pa） ; P 破壞荷載（N） ; A 試件劈裂面面積（mm2 ）混凝土劈裂抗拉強度計算至0 . 1 M Pa ,取三個試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的劈裂抗拉強度值.數(shù)據(jù)處理同上.3 試驗結(jié)果及分析四種膠粒陶粒混凝土在不同養(yǎng)護條件下各齡期力學(xué)性能見表2所示:表2膠?；炷亮W(xué)性能/ M Pa抗彎強度抗壓強度齡期28d90 d28 d90 d28 d90 dJ Z （室外）2 .432.7220 . 721.21 .361.952 （室外）1 .832.36 - 0 . 132 10 . 814 .9 - 0 .295 1 .021.4

12、1 - 0 . 277 3 （室外）2 .442.88 (0.220)14 . 917.6 (0. 182)1 .872.01 (0. 426)4 （室外）J Z （50 度）1 .922.82 (0.195)14 . 615.8 (0. 060)1 .131.57 (0. 113)2 (50 度)2 .924 . 3823 . 425 . 51.62 . 383 (50 度)2 .463.05 - 0 . 304 9. 2214 .5 - 0 . 431 .141.55 - 0 . 349 4 (50 度)2 .894.00 (0.311)15 . 918.9 (0. 301)1 .982.

13、26 (0. 458)J Z （水中）2 .743.62 (0. 187 )17 . 819.0 (0. 307)1 .661.84 (0. 187)2 （水中）2 .863 . 7122 . 623.91 .191.933 （水中）2 .123.04 - 0 .1818. 7613 .6 - 0.43 0 .721 .08 - 0 . 44 4 （水中）3.33.76 (0. 237 )13 . 516 .5 (0. 213 )1 .812.14 (0. 981)2 .883.37 (0. 109 )14 . 715 .9 (0. 169 )1 .351 .61 (0.491 )劈裂強度本次

14、試驗試件截面為 100 mm X100 mm的非 標(biāo)準(zhǔn)試件，各強度值均乘以尺寸換算系數(shù)0. 85.表中方括號數(shù)字為試件 對基準(zhǔn)混凝土試件（J Z） 90d 強度的相對比值；圓括號數(shù)字分別為試件 和試 件對試件 90d強度的相對比值；“ + ”代表提高， -”代表減小.3. 1在室外屋頂上養(yǎng)護時，混凝土力學(xué)性能分析從表2可以看出：在室外屋頂上養(yǎng)護時，（1）未改性膠?；炷猎嚰?0d抗彎強 度、抗壓強度和劈裂抗拉強度較基準(zhǔn)混凝土試件 （J Z）分別降低了 13.2 %、29.5 % 和 27.7 % ;（2）用偶聯(lián)劑A +硅灰裹漿+減水劑改性處理的膠?；炷猎嚰男孕Ч詈?，試件的90d 抗彎強

15、度、抗壓強度和劈裂抗拉強度較試件分別提高了 22 %、18.2 %和42.6 %.另外所測力學(xué)性能 中除抗壓強度外，抗彎強度、劈裂抗拉強度均比JZ試件有所提咼；（3）用偶聯(lián)劑A +礦粉裹漿+減水劑改性處理的膠?；炷猎嚰男孕Ч缘陀谠嚰?，其90 d抗彎強度、抗壓強度和劈裂抗拉強度較試件分別提高了 19 . 5 %、6. 0 % 和 11. 3 %.3.2 在恒溫50 C條件下養(yǎng)護，混凝土力學(xué)性能分 析從表2可以看出：在恒溫50 C條件下養(yǎng)護時，(1) 未改性膠?；炷猎嚰?0d抗彎強度、抗壓強度和劈裂抗拉強度較基準(zhǔn)混凝土試件(J Z)分別降低了 30 . 4 %、43 % 和 34. 9

16、% ;(2) 對于偶聯(lián)劑A +硅灰裹漿+減水劑改性處 理的膠粒混凝土試件 ，其90 d抗彎強度、抗壓強度 和劈裂抗拉強度較試件 分別提高了 31 . 1 %、30 . 1 %和45.8 % ,改性效果較好；(3) 對于偶聯(lián)劑A +礦粉裹漿+減水劑改性處 理的膠粒混凝土試件 ，其90 d抗彎強度、抗壓強度 和劈裂抗拉強度較試件 分別提高了 18 . 7 %、30 . 7 %和18.7 %.相對于試件 來說，抗壓強度又略 有提咼.3. 3 在水中養(yǎng)護，混凝土的力學(xué)性能分析從表2可以看出：在水中養(yǎng)護時，(1) 未改性膠?；炷猎嚰?0d抗彎強度、抗壓強度和劈裂抗拉強度較基準(zhǔn)混凝土試件 (J Z)分

17、別降低了 18 . 1 %、43 % 和 44 % ；(2) 對于偶聯(lián)劑A +硅灰裹漿+減水劑改性處 理的膠?；炷猎嚰?，其90 d抗彎強度、抗壓強度 和劈裂抗拉強度較試件 分別提高了 23 . 7 %、21 .3 % 和 98.1 % ;(3) 對于偶聯(lián)劑A +礦粉裹漿+減水劑改性處 理的膠粒混凝土試件 ，其90 d抗彎強度、抗壓強度 和劈裂抗拉強度較試件 分別提高了 10 . 9 %、16 .9 % 和 49.1 %.3. 4試驗分析(1) 膠粒未改性時，膠粒與水泥基材料的界面區(qū)域僅靠分子間的范德華力作用，一直未形成有效的粘結(jié)力.同時，膠粒為彈性體材料,其強度遠低于 水泥石強度.因此，隨

18、著膠粒的摻入，混凝土中軟弱 點增加，故力學(xué)性能也減小.(2) 膠粒改性后，由于偶聯(lián)劑、礦物外加劑的作用，使膠粒與水泥基材料界面區(qū)域有了很大的改善，其作用的機理為：1)聚合物的空間三維連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相當(dāng)于“微纖維”，從而增強水泥漿體基體的抗折 強度，抵抗了裂紋擴展；2)聚合物中大量的表面活 性物質(zhì)增強了膠粒砂漿中膠粒表面的濕潤作用，而這種濕潤作用讓形成的聚合物膜較好地粘附在膠粒 表面，改善了膠粒與水泥基體之間的粘結(jié)能力，從而有效地防止了微裂縫的起裂與擴展聚合物與水泥發(fā)生一定程度的化學(xué)反應(yīng)，增強了聚合物與水泥之間的結(jié)合，從而提高了抗折強度.故試件 、的 抗彎、抗壓、劈裂抗拉強度較試件均有所提高.同時

19、，由于膠粒這種彈性體的存在，故改性后的試件、抗壓強度依然低于試件JZ ,但抗彎、劈裂抗拉強度在不同的養(yǎng)護條件下較試件J Z有不同的趨勢,這也從另一方面說明了外加劑對膠粒與水泥基材料 界面的改性作用.(3) 雖然養(yǎng)護條件的不同，但是膠?；炷亮W(xué)性能的整體變化規(guī)律是一致的.另外，對不同養(yǎng)護條件下、同種試件、同一齡期、同種強度的數(shù)值進行 比較可以看出：在90d內(nèi)，強度值總體規(guī)律是在恒溫 50 C條件下養(yǎng)護 在水中養(yǎng)護 在室外屋頂養(yǎng)護，但是相差不大.這也說明了養(yǎng)護條件對膠?；炷?土力學(xué)性能的影響不是很大.4 結(jié)論(1) 對膠粒進行改性處理后，能顯著改善膠粒 與水泥基材料的粘結(jié)性能，提高膠粒陶粒混凝土

20、的 力學(xué)性能，其中偶聯(lián)劑A +硅灰裹漿+減水劑改性 處理的方案較優(yōu).(2) 在不同的養(yǎng)護條件下，膠粒陶?；炷亮W(xué)性能的整體變化規(guī)律是一致的，養(yǎng)護條件對膠粒陶?；炷亮W(xué)性能的影響不是很大.參考文獻1 Eldi n N N , Seno uci A B . Rubber 2tire p articles a s co n2crete aggregate s. A SC E Jour nal of Material s in Civil Engineering , 1993,5 (4): 478 4962 Fat t uhi N I , Clar k N A . Cemen2based mate

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23、NCRETE MOD IFIED B Y RUBBERPA RTICL E COM E F ROM SHO E WASTESWa ng Qua nf eng He Zheng(Colle ge of Ci vi l En g ineeri n g , H uaqi ao U ni versit y , Q ua nz hou , 362021 )Abstract The ce ramsit e co ncret e mo dified by r ub ber p article wa s co mpo unde d acco rdi ng to t wo mo di2 ficatio n met hods , t he speci mens of t he concret e were t est ed fo r f l ex ural st re ngt h , co mp re ssive st re ngt h and sp