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聚合物透水混凝土是一种新型的建筑材料,这种材料是在混凝土的基础上加以完善与改进,利用聚合物的相关性质来使混凝土的抗压强度及透水性能得到显著的加强。在对聚合物透水混凝土相关性能的研究过程中要不仅要对材料进行合理的选择,还要对研究方法加以完善,使其能够更简便更有效的体现出所研究的相关性能。聚合物透水混凝土的应用较为广泛,其中最为主要的就是应用于建筑施工中,对其进行优化有利于提高我国未来建筑的质量及稳定性。
1 原材料及试验方法
1.1原材料
聚合透水混凝土所需要的原材料有两种,骨料以及高分子树脂胶黏剂。本研究中所选用的骨料为级配不同的卵石,分别为.2.54~4.32mm.4.32~9.45mm,9.45~13.65mm三种卵石。所有使用的卵石均符合建筑质量管理规定的相关要求,其压碎值数、泥沙含有量等指标也符合相关标准,适用于建筑混施工中凝土的原材料。高分子树脂粘合剂是近些年被研究出并逐渐广泛应用于建筑材料中的一种新型材料,其种类较多,与其他胶黏剂相比高分子树脂粘合剂具有较多的优点,其能够在建筑中提高结构的稳定性,同时使得建筑的使用寿命在原有的基础上进行增加,最为重要的是一些高分子树脂胶黏剂还有具有环保的特性,为国家生态环境的平衡发展起到积极的影响意义。目前普遍得到使用的包括聚氨酯、环氧树脂等。不同种类的树脂在性能上具有较大差别,其中环氧树脂在粘合效果以及稳定性与安全性上具有较显著的优势,所以现阶段对其具有较多的研究。环氧树脂包括水性环氧树脂、无溶剂型环氧树脂两大类。
在本研究中将对无溶剂型聚氨酯胶黏剂、无溶剂型环氧树脂胶黏剂以及水性环氧树脂胶黏剂进行功能稳定性分析。所有高分子树脂胶黏剂的配比以及制作方法具有统一明确的规定与流程,所以其质量均达到研究所需标准。
1.2试验方法
在对聚合物透水混凝土进行抗压强度和透水性能分析时,所采用的试验方法大致分为两步,首先为试样的制备,然后进行相关性能的测试。在对试样的制备过程中,以厂家所提供的配比比例进行胶黏剂的制备,同时将所选择的骨料卵石放入搅拌锅中进行搅拌,达到一定程度后向锅中加入配置好的胶黏剂,并进行均匀的搅拌。将搅拌好的材料取出进行进一步的成型测试,能够成型的材料可以进行后续的自然养护,一般情况下7天以后就可以进行各项性能的测试工作。聚合物透水混凝土具有多种性能,本研究将对其抗压强度以及透水性能进行分析。在抗压强度性能测试中要注意聚合物透水混凝土在完全固化以后其抗压强度就不会发生变化,所以本研究中的抗压强度即为聚合物透水混凝土完全固化时的抗压强度。根据抗压强度的相关试验方法,同时按照参考标准进行抗压强度的对比,得到抗压强度结果。透水性能测试也要按照相关的测试流程以及专业的设备进行,测试试件要进行提前采用一定的模型制备,这样才能较好的保证测试结果的相关性与准确度。将测试后得到的透水性能结果与参考标准进行对照,来确定高分子聚合物透水混凝土的透水参数。
2试验结果与讨论
2.1 胶黏剂类型对聚合物透水混凝土强度及性能的影响
选择不同种类的胶黏剂对于聚合物透水混凝土的抗压强度具有较大的影响,这是由于不同胶黏剂的胶黏能力与稳定性存在较大差异。本研究中所选取的三种胶黏剂分别为无溶剂型聚氨酯胶黏剂、无溶剂型环氧树脂胶黏剂以及水性环氧树脂胶黏剂,从所得到的结果中可以发现在抗压强度性能上,这说明环氧树脂胶黏剂能够较好的加强聚合物透水混凝土的抗压强度。进一步分析可以的得到在环氧树脂胶黏剂中,环氧树脂具有高活性的环氧基、羟基以及酯键等重要的化学键。使用水性环氧树脂胶黏剂中水为环氧树脂提供了丰富的极性溶剂,这使得环氧树脂能够发挥出更好的流动性,进而其在对骨料的粘合中发挥出更为灵活的作用,同保证了聚合物透水性混凝土的抗压强度。无溶剂型环氧树脂胶黏剂缺少水溶剂,所以环氧树脂能够更好地发挥粘合的稳定性,进而使高聚物透水混凝土的抗压强度有所降提高。但是环氧树脂粘合剂还有一些缺点,由于其所含有的大多数化学键都为不可逆性,所以造成环氧树脂粘合剂的脆性较大,韧性有待进一步的加强。而在无溶剂聚氨酯胶黏剂中,其所含有的化学键为氨酯键,使高分子聚合之间能够形成可逆性强的氢键,这一作用使其韧性与耐候性显著增强,但是同时由于氢键的可逆性造成多聚物透水混凝土的抗压强度较小。在透水性能中可以得到水性环氧树脂胶黏剂>无溶剂型聚氨酯胶黏剂>无溶剂型环氧树脂胶黏剂,水性环氧树脂胶黏剂的溶剂水使其加大程度上加强的透水性能,所以使得聚合透水混凝土的透水效果最好。在无溶剂型聚氨酯胶黏剂中含有丰富的氢键,也使其透水性达到较高的水平。无溶剂型环氧树脂胶黏剂的透水性最差,所以导致聚合物透水混凝土的透水效果较差。
2.2胶骨比对聚合物透水混凝土强度及性能的影响
在聚合物透水混凝土中的.胶骨比是一项十分重要的内容,对于聚合物土水混凝土的抗压强度产生直接的影响作用。所谓的胶骨比就是胶黏剂与骨料的比例,所以本研究中就是指所选取的三种胶黏剂与卵石的比例j从结果中可以得到,随着胶骨比数值的减小,聚合物透水混凝土的抗压强度所呈现的趋势为先快速后缓慢的下降。三种树脂胶黏剂在聚合物透水混凝土中发挥着重要的粘连作用,其含量的降低势必造成骨料卵石粘连效果的降低,从而使得高聚物透水混凝土的抗压强度逐渐降低。先快速后缓慢的降低说明在树脂胶黏剂低于一定量时对于聚合物透水混凝土抗压强度的影响较差,此时其抗压强度接近于卵石本身的抗压强度。聚合物透水性混凝土的透水性能与抗压性强度相反,表现出的趋势为先缓慢后快速的上升。树脂胶黏剂的在逐渐减少的过程初期还能对卵石起到粘合作用,所以其透水性能上升的较为缓慢,但后期树脂胶黏剂的含量以及不能有效的使卵石进行粘连,所以导致聚合物透水混凝土的透水性能快速上升。
2.3骨料类型及颗粒级配对聚合物透水混凝土强度及性能的影响
骨料卵石的级配数对于聚合物透水混凝土的抗压强度以及透水性能也有着重要的影响作用,本研究中所选用的卵石级配数为2.54~4.32mm,4.32~9.45mm,9.45—13.65mm。从结果中可以看出聚合物透水混凝土的抗压强度随着骨料卵石级配数的增加呈现出的趋势为先上升后下降,这表明骨料卵石在2.54—4.32mm之间的级配数时其体表面积较大,导致一定量的树脂胶黏剂不能有效的将所有卵石进行粘连,使得到的聚合物透水混凝土的抗压强度较差。随着级配数的增加,卵石的体表面积逐渐降低,这时树脂胶黏剂能够较好的发挥粘连作用,提高聚合物透水混凝土的抗压强度。级配数较大所需要的树脂胶黏剂量较少,所以其抗压强度又逐渐下降。透水性能与抗压性能表现出的趋势相反,其原因与抗压强度变化相同。
3结语
想要使聚合物通欧水混凝土的抗压强度与透水性能进行改善,就要对胶黏剂类型、胶骨比以及骨料类型及颗粒级配进行较好的控制。在我国未来的发展中,聚合物透水混凝土将被更广泛的应用于各项施工工程中,其质量与稳定性也会进行显著的加强。
参考文献
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再生混凝土性能研究与评述论文
摘 要:为了有效减轻不断增加的废弃混凝土带来的环保压力,减少资源浪费,建议对废弃混凝土回收处理成再生骨料,部分或全部代替天然骨料来配置再生混凝土,使废弃混凝土变成土木工程领域的绿色资源。文章从再生骨料生产工艺、性能,再生混凝土物理性能、力学性能及其耐久性等方面介绍了再生混凝土技术在国内外的研究进展,主要从材料、结构、力学性能,耐久性方面分析了再生混凝土的基本特性及其研究存在的问题,指出了需进一步深入研究的方向,为再生混凝土技术在科研与工程应用中提供参考意见。
关键词:再生混凝土;再生骨料;力学性能;耐久性
1 再生混凝土简介及其研究的必要性
再生混凝土(Recycled Concrete),是指将废弃混凝土块经裂解、破碎、清洗与筛分后,制成混凝土骨料,部分或全部代替天然骨料配制而成新混凝土。它是再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)的简称。
近年来,我国建筑垃圾逐年上升,建筑垃圾数量已占到城市垃圾总量的30%~40%,其中主要是废弃混凝土,这些垃圾严重影响了城市生活环境,造成了很大的环境污染。目前国内处理这些废弃混凝土的方法有两种:一、运往郊外堆存。这会成为新的垃圾源,显然不可取;二、作为回填材料简单地使用。这会浪费资源,不符合我国建设资源节约型社会要求。据估计,发生的汶川特大地震,产生的建筑垃圾约3亿吨,地震所造成的建筑垃圾量远远超过中国每年建筑施工所产生的建筑垃圾的总和,地震所造成的建筑垃圾量十分庞大,如何对其进行资源化利用,是摆在我们面前的一个新的课题,也是一个挑战。再生混凝土技术是一个很好的解决方法,通过对废弃混凝土的再加工来恢复其原有性能,形成新的建材产品,从而既能对有限的资源进行再利用,又解决了部分环保问题。这既是发展绿色混凝土,实现建筑资源环境可持续发展的重要途径,也是建设资源节约型、环境友好型社会的具体体现。
2 再生骨料的生产工艺及性能
2.1 再生骨料的生产工艺
对废弃混凝土进行充分再利用的前提是要保证再生骨料生产工艺是经济可行的。再生骨料的生产需要解决一系列问题,包括对废弃混凝土块或钢筋混凝土块的回收、破碎与筛分等。简单的混凝土破碎及筛分工艺如图1所示。
2.2 再生骨料的性能
经过破碎处理的废弃混凝土,生产出的再生骨料含有30%左右的硬化水泥砂浆,这些水泥砂浆大多独立成块,只有少量附着在天然骨料的表面,导致了再生骨料密度小,吸水率高,粘结能力弱的特点。一般地,再生骨料棱角较多,表面比较粗糙。对废弃混凝土块进行再生破坏过程中,由于积累了损伤,会使再生骨料内部产生大量的微裂纹。研究表明,同天然骨料相比,再生骨料孔隙率较高,密度较小,吸水性增强和骨料强度较低。
3 再生混凝土物理性能及力学性能
3.1 再生混凝土物理性能
由于再生骨料的表观密度比天然骨料小,因此再生混凝土的密度比普通混凝土低。随着再生骨料掺量的增加,再生混凝土的密度有规律地减小,如果再生混凝土全部采用再生骨料,则其密度比普通混凝土相比,降低了7.5% 。再生混凝土有自重低的特点,这能降低结构自重,提高构件的抗震性能。同时,由于再生骨料孔隙较高,使得再生混凝土具有良好的保温性能。
3.2 再生混凝土的强度
再生混凝土的强度与基体混凝土(相对于再生混凝土而言,用来生产再生骨料的原始混凝土称为基体混凝土)的强度、再生骨料破碎工艺、再生骨料的替代率以及再生混凝土的配合比等密切相关。由于基体混凝土的强度等级、使用环境各不相同,裂解、破碎的'工艺及质量控制措施的差异,导致再生混凝土强度变化的规律性不明显,不同的研究者所得的结论也有所差异。Hansen的试验结果表明,随着基体混凝土强度的降低,再生混凝土的强度也下降。一般情况下,再生骨料混凝土的抗压强度基体混凝土或相同配比的普通混凝土的抗压强度更低,降低范围为0%-30%,平均降低15%。邢振贤等全部采用废弃混凝土再生骨料制作出再生混凝土,指出再生混凝土的抗弯强度约为基准混凝土强度的75%-90% 。和配合比相同的基准混凝土相比,抗压强度降低了9%,抗拉强度降低了7%。
应该注意的是,再生骨料表面包裹着水泥砂浆,使再生骨料与新的水泥砂浆之间弹性模量基本一样,界面结合可能得到一定的加强。以此同时,再生骨料表面的大量微裂缝会吸入新的水泥颗粒,使得接触区的水化更加完全,最终形成致密的界面结构。由于界面结合得到加强,一定程度的补偿了因再生骨料强度较低而导致的再生混凝土性能的劣化。
3.3 再生混凝土的弹性模量
由于再生骨料中有大量的老旧砂浆附着于原骨料颗粒上,导致再生混凝土的弹性模量通常较低,一般约为基体混凝土的70%-80%。再生混凝土弹性模量低,变形大,因此它的抗震性能和抵抗动荷载的能力较强。水灰比对再生混凝土的弹性模量影响较大,当水灰比由0.8降低到0.4时,再生混凝土的抗压弹性模量增加33.7%。
3.4 再生混凝土的干缩与徐变
再生混凝土的干缩量和徐变量比普通的混凝土增加了40%-80%。再生骨料的品质、基体混凝土的性能以及再生混凝土的配合比决定了干缩率的增大数值。Yamato等人研究表明,当天然骨料与再生骨料共同使用时,再生混凝土的干缩率会增加;水灰比增加时,再生混凝土的干缩率也会增加。
4 再生混凝土的耐久性
4.1 再生混凝土的抗渗性
与混凝土渗透性有关因素主要分为两类。
(1)混凝土拌和料的组分、拌和物配合比以及工艺参数,即拌和料的制备、成型和养护等;
(2)混凝土随时间而发生的变化,即在外部环境、结构应力、流体性能和渗透条件等因素作用下,混凝土内部发生的物理和化学变化。
由于再生骨料的孔隙率较大,因此再生混凝土的抗渗性比普通混凝土低。但是往再生混凝土里掺加粉煤灰之后,由于粉煤灰能使再生骨料的毛细孔道细化,因而很大地改善了再生混凝土的抗渗性。
4.2 再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性
再生混凝土的孔隙率及渗透性较高,它的抗硫酸盐侵蚀性比普通的混凝土差。同样的,往里面掺加粉煤灰,能够减少硫酸盐的渗透,使其抗硫酸盐侵蚀性有较大改善。
4.3 再生混凝土的抗裂性
与普通混凝土相比,再生混凝土极限伸长率增加了27.7%。再生混凝土弹性模量较低,拉压比较高,因此再生混凝土抗裂性比基体混凝土更好。
4.4 再生混凝土的抗冻融性
再生混凝土的抗冻融性比普通混凝土差。Yamato等人研究表明,再生骨料与天然骨料共同使用时或者减小水灰比可提高再生混凝土的抗冻融性。
5 结语
通过对再生混凝土的研究,我们得出以下结论与建议,希望能够引起行业或者有关部门的重视。
第一,再生混凝土技术可以从根本上解决废弃混凝土的出路问题,既能减轻废弃混凝土对环境的污染,又能节省天然骨料资源,具有显著的社会、经济和环境效益,是发展绿色混凝土的主要途径之一,符合我国可持续发展战略的要求。
第二,在工程应用研究中,不单要对如何提高再生混凝土的强度进行研究,而且还要对其耐久性如抗渗性、抗裂性等加强研究,来逐步提高再生混凝土的性能。
第三,同普通混凝土相比,再生混凝土的配合比设计和施工工艺均有许多不同之处,应区别对待。
第四,对再生混凝土进行合理设计,基本上能够达到普通混凝土的性能要求。为了更好地推广应用再生混凝土技术,我们还需要对其结构性能(抗弯,抗剪,抗冲切及抗震等)和设计方法多加强研究。
第五,再生混凝土与普通混凝土在原材料、配合比以及施工工艺等方面有重大差异,按照现行普通混凝土的标准、规程等显然是有许多不足之处的;另一方面,国内的水泥、骨料与国外使用的水泥、骨料在成分和性能上差别也较大,因而更不能直接使用国外的相关标准。因此,建议结合再生骨料分级情况,尽早制定出适合国内情祝的再生混凝土的有关标准和规程。
第六,通过对再生混凝土的经济性进行综合研究,在我国广泛推广应用再生混凝土,同样需要xx积极的产业政策扶持和国家的法律法规保障。
参考文献
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摘要:在水泥混凝土中掺入适量的橡胶粉制成橡胶水泥混凝土,它对改善混凝土的韧性、抗冲击性能,有效解决水泥混凝土的缺陷对机场道面产生的不利影响具有重大意义。本文系统阐述了橡胶水泥混凝土的性能。
关键词:橡胶水泥;混凝土;性能
自20世纪90年代起,美、英等发达国家为了解决日益增长的废旧橡胶轮胎的处理问题,将废旧轮胎磨碎制得橡胶粉,然后与水泥混凝土混合,制成“橡胶水泥混凝土”(RPCC)。它的性能介于普通混凝土(刚性)和沥青混凝土(柔性)之间,并集合了橡胶和水泥混凝土的特点。
1强度
国内外对橡胶水泥混凝土的研究大部分都涉及其强度,其基本―致的研究结论是,掺入橡胶集料后将导致水泥混凝土强度的降低,降低幅度与橡胶集料掺量、橡胶集料的种类以及橡胶集料是否改性有关系。橡胶水泥混凝土的密度和抗压强度均随橡胶掺量的增加而降低,橡胶粉种类对橡胶水泥混凝土抗压强度影响较大,但并非粒径越大,强度降低越多。在两种橡胶微粒体积替代量增加的情况下,废旧轮胎橡胶改性混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度均呈现下降的趋势,但破坏形式由脆性改为弹性。针对废轮胎颗粒掺加到水泥混凝土中会明显降低材料强度的问题,应用多种方法来改进橡胶水泥混凝土的力学性能。例如降低W/C、掺加硅灰、偶联剂预处理橡胶颗粒等。研究结果表明,降低W/C能够明显提高橡胶水泥混凝土的强度,橡胶颗粒表面用PVA和硅烷偶联剂处理能够显著增加抗压强度,如果多种方法联合使用效果更好。
2延性和抗冲击性能
现有研究结果均表明掺加橡胶集料可以明显改善或提高水泥混凝土的韧性。不同研究者研究橡胶集料对水泥混凝土韧性影响的指标各不相同,大致有脆性系数、抗弯强度、弹性模量、极限拉应变值等。但得出的结论相似,即橡胶集料掺量达到一定程度的混凝土断裂模式不同于普通混凝土的脆性断裂,而是呈塑性屈服破坏形态,反复加载至破坏循环多次都不会完全破碎,能量吸收能力比普通混凝土高,极限拉、压应变远远大于普通混凝土。
3收缩和抗裂
研究橡胶水泥混凝土收缩的文献比较少。不同橡胶粒掺量的混凝土1d―60d的干缩值均小于未掺加橡胶粒子的对比混凝土,说明掺加橡胶粒子可以明显降低水泥混凝土的干燥收缩。在水泥混凝土中掺入废橡胶粉、粉煤灰及外加剂等,进行优化组合,调整混凝土的内部结构,经过宏观和微观试验得出结论:水泥混凝土的抗裂韧性得到了提高,裂缝明显减少[3]。
①抗冻性。与普通混凝土相比,橡胶水泥混凝土的抗冻性有明显的.改善。影响橡胶水泥混凝土抗冻性的因素有粒径、橡胶粉掺量、表面粗糙度、密度、混凝土水胶比等。 S橡胶水泥混凝土抗冻性明显好于普通不掺引气剂的混凝土,而其表面剥落行为与掺引气剂的混凝土相似。胶粉的掺入提高了混凝土的抗冻性能,特别是提高了混凝土表面的抗冻能力,即可大幅度减小混凝土的质量损失率,且在掺量小于15%的前提下,掺量越多,粒径越小,质量损失率越小;胶粉的掺入对混凝土的相对动弹模量影响不大。
②抗疲劳性。橡胶粉混凝土的抗疲劳特性明显优于普通水泥混凝土。疲劳实验前,橡胶粉混凝土超声波声速和抗压强度均低于普通混凝土,疲劳实验后,橡胶粉混凝土超声波声速和强度的下降幅度都低于普通混凝土。
③抗渗性和耐磨性。橡胶粉混凝土的抗渗性能较普通混凝土有较大的提高,孙家瑛等[5]研究了聚合物基橡胶粉混凝土的耐磨性,橡胶粉混凝土的抗磨耗性能非常优越,并且橡胶粉掺量大小对聚合物基橡胶粉混凝土的耐磨性能几乎没有影响。通过水下刚球法试验得出橡胶混凝土耐磨性能非常优越,甚至优于硅粉混凝土的结论。
参考文献:
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[4]李悦.橡胶集料水泥砂浆和混凝土的性能研究[J].混凝土,2006,6:45-48.
[5]孙家瑛,高先芳,朱武达.橡胶混凝土研制及物理力学性能研究[J].混凝土,2001,(5):30-32.
★ 混凝土裂缝论文