无机惰性粉末在混凝土中的应用
【专利摘要】本发明公开了一种无机惰性粉末在混凝土中的应用，属于建筑材料领域，旨在解决废旧橡胶颗粒与水泥浆相容性粘接性差的问题，将无机惰性粉末材料与废旧橡胶颗粒混合，将得到的混合物通过物理方法使得无机惰性粉末材料嵌入废旧橡胶颗粒得到橡胶水泥基粉，将所述的橡胶水泥基粉和水泥浆混合制得混凝土,本方法中，通过全部嵌入或者部分嵌入的方式改变废旧橡胶颗粒与水泥浆的密度和相容性，使得橡胶水泥基粉和水泥浆能够充分的混合，不产生分层现象，用本方法制备的混凝土所制成的制品具有优异的抗压、抗折等力学性能。
【专利说明】
无机惰性粉末在混凝土中的应用
[0001] 本申请是原申请"一种用于水泥基材料的废旧橡胶粉处理方法"的分案申请，原申 请申请日：2014年2月14日，申请号：2014100517361。
技术领域
[0002] 本发明涉及建材领域，具体来讲是无机惰性粉末在混凝土中的应用。
【背景技术】
[0003] 近30年来，美国、加拿大、日本、韩国等发达国家已考虑将粉碎的废旧轮胎橡胶颗 粒应用于水泥基材料中，亚利桑那州大学的Zhu教授(现在是天津大学教授)通过研究发现， 拌合760cm3的水泥基材料至少可以利用5个废旧轮胎所产生的橡胶颗粒，并于2006年8月在 天津市武清区武香路二百户东口桥的修建过程中，世界上首次使用橡胶集料混凝土进行了 桥面铺装。在迄今7年的使用中，观察未发现铺装层产生裂纹以及开裂现象。针对观测结果， 分析应用于桥面铺装的橡胶集料混凝土的工程性和经济性。结果表明：桥面铺装是橡胶集 料混凝土有很好适用性和优势的应用之一，其耐久性得到初步验证，值得进一步研究推广， 因此橡胶水泥基材料可以在很大程度上缓解废旧轮胎堆积所造成的环境污染，具有很大的 环保、社会效益。
[0004] 不少的研究表明，废橡胶颗粒应用于水泥基材料后，水泥基材料的弹性增加可以 改善它的抗冲击、抗冻、抗裂、吸声、保温、隔热等性能，同时还具有防滑、消声、防盐雾腐蚀， 防地基翻碱等性能，但是由于废橡胶粉的憎水性，与水泥基材料的相容性差，易造成分层， 使其强度大幅下降，较大地限制了其应用。
[0005] 通过橡胶颗粒表面改性可以减缓水泥混凝土强度的降低，目前应用于水泥基材料 的橡胶颗粒表面改性方法主要有超声波水洗、臭氧或三氧化硫活化、NaOH溶液清洗等手段 使橡胶粉表面结合上亲水的极性基团，如羧基、磺酸基等。公开号为CN101638465A的中国发 明专利，公开了一种用于水泥基材料的橡胶颗粒表面改性方法，具体技术方案是:先将丙烯 酸配制成乙醇溶液，再将平均分子量为1000的聚乙二醇加入所述的丙烯酸-乙醇溶液中，撒 在橡胶颗粒表面，再将作为催化剂过硫酸钾配制成水溶液，撒在橡胶颗粒表面。在搅拌机中 充分搅拌数分钟，然后在8(rc~9(rc进行加热反应1小时，得到改性橡胶粉。虽然该专利技术 比较方便解决了废橡胶颗粒表面改性，但是实际施工中由于废橡胶粉密度远远小于水泥浆 密度，使得橡胶粉容易漂浮于混凝土表面，造成搅拌分层，不利于施工。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于:针对上述存在的问题，提供一种无机惰性粉末在混凝土中的 应用，通过无机惰性粉末对废旧橡胶颗粒进行改性，增强其与水泥浆的粘接性和相容性，增 大所制成制品的抗压、抗折等性能。
[0007] 本发明采用的技术方案如下： 本发明公开了无机惰性粉末在混凝土中的应用，利用无机惰性粉末对废旧橡胶颗粒进 行表面改性，包括如下步骤： 1) 将无机惰性粉末材料与废橡胶颗粒混合； 2) 将步骤1得到的混合物通过物理方法使得无机惰性粉末材料嵌入废橡胶粉。
[0008] 在本发明中，步骤1所述无机惰性粉末材料是指不易发生化学反应的无机材料的 粉末，包括但不限于硅藻土、粉煤灰、重晶石粉、铁矿粉、石英砂粉、石灰石粉、滑石粉、磷矿 粉、石棉矿粉、石墨粉、硅粉等;其粒径可以根据实际需要进行调整，在一个具体实例中，所 述无机惰性粉末材料和废橡胶颗粒粒径不小于10目，例如：10目、20目、30目、40目、50目和 60目等。
[0009] 在本发明中，所述无机惰性粉末材料与废橡胶颗粒可以按一定比例混合，在一个 具体的实例中，无机惰性粉末材料与废橡胶颗粒的重量比为3%_70%: 97%_30%。两者的比例 可以根据实际水泥浆配比的要求进行调整，当水泥浆密度较高时，无机惰性粉末材料与废 橡胶颗粒的混合物中废橡胶颗粒的含量比较高，当水泥浆密度较低时，无机惰性粉末材料 与废橡胶颗粒的混合物中无机惰性粉末材料的含量比较高。在本发明中，无机惰性粉末材 料在混合物中所占重量比例可以是5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%或70%，废橡胶颗粒在混 合物中所占重量比例可以是95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%或30%。
[0010] 本发明步骤2所述的物理方法可以是包括但不限于机械力碾压、螺旋挤压、高速剪 切、气流磨对撞、超声波共混处理等方法。通过物理的方法，使得所述无机惰性粉末材料中 的一种或多种嵌入到废橡胶粉中，这种嵌入可以是全部嵌入，也可以是部分嵌入。通过此方 法得到的橡胶粉混合物中有三种物质形态:a.无机惰性粉末材料未嵌入的橡胶粉，b.无机 惰性粉末材料嵌入橡胶粉形成复合体，c.无机惰性粉末材料单独存在颗粒。
[0011] 通过步骤1和2的处理，得到的无机惰性粉末材料与橡胶粉镶嵌的共混物称为橡胶 水泥基粉，其与水泥有良好的胶结，从而大幅度提高橡胶水泥基粉与水泥浆体界面粘胶强 度，同时由于无机惰性粉末嵌入橡胶粉里，增大了橡胶水泥基粉的密度使得橡胶粉不容易 向上离析分层，根据调节橡胶颗粒与无机惰性粉末材料比例所得到的橡胶水泥基粉均匀分 散在水泥混凝土中。
[0012] 本发明的有益效果在于： 1、 无机惰性粉末材料与橡胶颗粒可以根据应用需要以任意比例混合，根据水泥基的密 度制备相应密度的橡胶水泥基粉，以达到橡胶水泥基粉与水泥基的均匀混合，避免分层； 2、 通过物理方法让无机惰性粉末材料嵌入橡胶粉，能够显著增加橡胶水泥基粉与水泥 浆体粘合强度，同时增加橡胶水泥基粉密度，便于橡胶水泥基粉在混凝土中均匀分布。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的无机惰性粉末材料与橡胶粉共嵌单体的显微结构； 图2为本发明的橡胶水泥基粉的显微结构； 图3为本发明的橡胶水泥基粉和普通橡胶粉亲水性对比，图中左样杯中为橡胶水泥基 粉(60目），右样杯中为普通橡胶粉(60目）； 图4为本发明实施例1橡胶混凝土的抗折强度测试结果； 图5为本发明实施例1橡胶混凝土的抗压强度测试结果； 图6为本发明实施例2的原浆水泥石(左)与3%橡胶水泥石(右)破坏形态对比图； 图7为本发明实施例2的空白样水泥石(左)和6%橡胶水泥(右)的弹性模量对比图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0015] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0016] 具体实施例1:橡胶混凝土的制品 将18000g 40目废橡胶粉(90%)与2000g 40目硅藻土（ 10%)通过搅拌器搅拌5分钟，制备 成混合初料;混合初料通过碾挤机制成橡胶水泥基粉。按照JGJ55 - 2000和JTG F30 - 2003 试验方法制备橡胶混凝土模块。（见表1) 表1混凝土各烦材料用量
实施例1橡胶混凝土的抗折、抗压强度测试结果见图3和图4。
[0017] 从对比的抗折、抗压强度测试结果可以看到，在橡胶水泥基粉掺加比例为5%时，抗 折强度高于未加橡胶水泥基粉的水泥混凝土;在橡胶水泥基粉掺加比例为5%，10%和15%时， 抗压强度高于未加橡胶水泥基粉的水泥混凝土。这说明橡胶微粒与水泥浆之间的粘结很 好，当橡胶水泥构成的混凝土受力时，橡胶微粒受力时的各向异性分解了力；当橡胶水泥基 粉掺加比例较大时，柔性支撑点增多，强度降低。
[0018] 具体实施例2:弹性水泥浆石块的制品 将40 kg 40目废橡胶粉(80%)与10 kg 40目硅藻土 (20%)通过搅拌器搅拌5分钟，制备 成混合初料;混合初料通过碾挤机制成橡胶水泥基粉。按照重量比4%、6%和8%在水泥浆中添 加橡胶水泥基粉，制得橡胶水泥石。
[0019]
[0020]表3橡胶水泥体系综合力学性能 3
[0021] 通过水泥石机械性能分析可以发现，提高水泥石弹性的主要表现在泊松比的增 加、弹性模量的降低。通过对比不同加量的橡胶水泥基粉加量的水泥石弹性模量的动态测 试发现，常规水泥浆弹性模量仅为12.6GPa，而橡胶水泥基粉加量达到6%时，弹性模量提高 为17.3GPa，强度方面常规水泥浆强度为21MPa，而加量达到6%的橡胶粉混合物的水泥浆强 度提尚到31 MPa。
[0022] 具体实施例3泌页1井现场应用 基本情况介绍，井身结构：
[0023] 设计总替量37.7 m3,实际替量38 m3。
[0024]固井质量 固井质量基本情况介绍:封固层位:2588-3707m，实测人工井底:3644m。
[0025] 结论： (1) 橡胶水泥基粉改性后效果明显，能够作为油井水泥外加剂，能够改善水泥浆的弹 塑，但是对抗压强度一定的降低，但是能够明显提高抗折强度； (2) 通过实验表明，橡胶水泥基粉加量应该控制在3%-6%之间，超过85°C建议使用数量 为3~5%左右为宜； (3) 橡胶水泥基粉-水泥浆体系具有较好的膨胀性，且防气窜性能良好； (4) 泌页1井现场应用效果表明：橡胶水泥基粉能够有效的保证一、二界面的封固质量。
[0026] 综合评定：良好的力学性能，弹性和韧性明显改善;基本性能良好，满足水平井固 井需求，优良率:90%。
[0027] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。。
【主权项】
1. 无机惰性粉末在混凝土中的应用，其特征在于，将无机惰性粉末材料与废旧橡胶颗 粒混合，将得到的混合物通过物理方法使得无机惰性粉末材料嵌入废旧橡胶颗粒得到橡胶 水泥基粉，将所述的橡胶水泥基粉和水泥浆混合制得混凝土。2. 根据权利要求1所述的无机惰性粉末在混凝土中的应用，其特征在于，无机惰性粉末 材料选自硅藻土、粉煤灰、重晶石粉、铁矿粉、英砂粉、石灰石粉、滑石粉、磷矿粉、石棉矿 粉、石墨粉、硅粉中的一种或几种。3. 根据权利要求1之一所述的的无机惰性粉末在混凝土中的应用，其特征在于，所述 的物理方法选自机械力碾压、螺旋挤压、高速剪切、气流磨对撞、超声波共混处理等。4. 根据权利要求1-3之一所述的的无机惰性粉末在混凝土中的应用，其特征在于，无 机惰性粉末与废旧橡胶颗粒的混合物中无机惰性粉末的重量比为3%-70%。5. 根据权利要求1-3之一所述的的无机惰性粉末在混凝土中的应用，其特征在于，所述 的无机惰性粉末粒径不小于10目。6. 根据权利要求1-3之一所述的的无机惰性粉末在混凝土中的应用，其特征在于，所 述的废旧橡胶颗粒的粒径不小于10目。7. 根据权利要求1-3之一所述的的无机惰性粉末在混凝土中的应用，其特征在于，所 述无机惰性粉末为全部或部分嵌入到废旧橡胶颗粒中。
【文档编号】C04B18/22GK106007435SQ201610377264
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年2月14日
【发明人】杨蝉聪, 詹忠
【申请人】四川金摩尔环保新材料有限责任公司