一种PVA纤维改性橡胶混凝土及其制备方法与流程

本发明涉及混凝土，特别涉及一种pva纤维改性橡胶混凝土及其制备方法。

背景技术：

汽车工业的迅速发展使得废旧轮胎所带来的回收和处理问题日益突出。废旧轮胎是固体废弃物的一种，被称为“黑色污染”，其回收和处理技术一直是世界性难题，也是环境保护的难题。将废旧橡胶颗粒作为骨料用于水泥混凝土材料是一种资源节约、环境友好的利用途径，不但能够大量利用废旧橡胶，而且为解决混凝土固有的脆性问题提供了新的方法。与沥青混凝土相比，橡胶混凝土刚度、强度明显高于前者，并且疲劳寿命长、耐水性好、抗冻性和抗滑性优良、抗腐蚀性能强，稳定性也比较好，更适合于繁重交通的路面和机场跑道，具有更广的应用范围。与传统混凝土相比，橡胶混凝土具有重量轻、韧性高、能量吸收多、抗裂性优越、隔音、隔热、抗震能力强的特点。这些特点使橡胶混凝土可广泛应用于建筑工程领域。但是，目前所有的试验研究均表明，掺加橡胶粒子会显著降低水泥基材料的强度。如何实现水泥基材料的抗裂、增韧而又不致对强度有明显的负面影响成为在混凝土中应用橡胶粒子的技术关键。

技术实现要素：

本发明的目的是提高橡胶混凝土的抗弯变形能力和冲击韧性并在一定程度上提高其强度，提供一种pva纤维改性橡胶混凝土及其制备方法。本发明利用pva纤维的特性改善橡胶混凝土抗弯变形能力，提高橡胶混凝土的力学性能，从而改善橡胶混凝土的性能，可以在降低强度损失、提高韧性、防裂抗渗、提高耐久性等方面发挥作用，从而制成的高性能混凝土。

本发明所采用的技术方案是：一种pva纤维改性橡胶混凝土，包括水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰、膨胀剂、pva纤维、水和减水剂；所述水泥的用量为400kg/m³混凝土～500kg/m³混凝土，所述细骨料的用量为600kg/m³混凝土～800kg/m³混凝土，所述粗骨料的用量为800kg/m³混凝土～1000kg/m³混凝土，所述橡胶颗粒的用量为细骨料用量的10％～30％，所述硅灰的用量为所述水泥用量的0％～10％，所述膨胀剂的用量为所述水泥用量的0％～10％，所述pva纤维的用量为所述水泥用量的0.5％～2.0％，所述水的用量为所述水泥用量的30％～50％，所述减水剂的用量为所述水泥用量的0.5％～2.0％，将所述水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰、膨胀剂、pva纤维、水和减水剂混合制成表观密度为2300kg/m³～2400kg/m³的混凝土。

进一步地，所述水泥采用普通硅酸盐水泥。

进一步地所述细骨料为细度模数2.3～3.0的中砂。

进一步地所述粗骨料为5mm～30mm连续级配的碎石或河卵石。

进一步地所述橡胶颗粒最大粒径为2.5mm，平均粒径为1.05mm，密度为1120kg/m³，表观密度为1050kg/m³，吸水率小于10％。

进一步地所述硅灰的平均粒径为0.1μm～0.3μm。

进一步地所述膨胀剂采用能与水泥和水拌和后经水化反应生成钙矾石的硫铝酸钙类混凝土膨胀剂。

进一步地所述pva纤维的长度为5mm～20mm。

进一步地所述减水剂采用聚羧酸系减水剂。

本发明所采用的另一技术方案是：上述一种pva纤维改性橡胶混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照水和减水剂的用量，将水和减水剂配置成溶液；

步骤2，按照pva纤维的用量，将pva纤维放入步骤1得到的溶液中，并采用超声波分散若干分钟；

步骤3，按配合比将水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰和膨胀剂，以及步骤2分散后含有pva纤维的溶液倒入搅拌锅中，搅拌后浇筑到模具中浇筑成型，养护若干天后，得到pva纤维改性橡胶混凝土。

本发明的有益效果是：为提高橡胶混凝土的抗弯变形能力和冲击韧性并在一定程度上提高其强度，本发明提供一种pva纤维改性橡胶混凝土及其制备方法，本发明利用pva纤维的特性改善橡胶混凝土抗弯变形能力，提高橡胶混凝土的力学性能，从而改善橡胶混凝土的性能，可以在降低强度损失、提高韧性、防裂抗渗、提高耐久性等方面发挥作用，从而制成的高性能混凝土。

附图说明

图1是本发明中pva纤维改性橡胶混凝土和普通橡胶混凝土在不同橡胶掺量下的抗压强度变化图。

图2是本发明中pva纤维改性橡胶混凝土和普通橡胶混凝土在不同橡胶掺量下的抗折强度变化图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种pva纤维改性橡胶混凝土，是由水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰、膨胀剂、pva纤维、水和减水剂制成的。其中，所述水泥的用量为400kg/m³混凝土～500kg/m³混凝土，所述细骨料的用量为600kg/m³混凝土～800kg/m³混凝土，所述粗骨料的用量为800kg/m³混凝土～1000kg/m³混凝土，所述橡胶颗粒的用量为细骨料用量的10％～30％，所述硅灰的用量为所述水泥用量的0％～10％，所述膨胀剂的用量为所述水泥用量的0％～10％，所述pva纤维的用量为所述水泥用量的0.5％～2.0％，所述水的用量为所述水泥用量的30％～50％，所述减水剂的用量为所述水泥用量的0.5％～2.0％，将所述水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰、膨胀剂、pva纤维、水和减水剂混合制成表观密度为2300kg/m³～2400kg/m³的混凝土。

所述水泥采用普通硅酸盐水泥，质量指标均符合标准。

所述细骨料为细度模数2.3～3.0的中砂。

所述粗骨料为5mm～30mm连续级配的碎石或河卵石。

所述橡胶颗粒主要是通过各种废旧橡胶包括废橡胶、橡胶边角料、汽车垫带、汽车轮胎等废旧橡胶原料加工生产而来。本发明优先采用的橡胶颗粒最大粒径为2.5mm，平均粒径为1.05mm，密度为1120kg/m³，表观密度为1050kg/m³，吸水率小于10％。

硅灰作为“工业三废”之一，将其作为混凝土掺合料，不仅减少了水泥的使用量，有效缓解了世纪的能源问题、环境污染问题以及资源枯竭的问题，使混凝土更加具备绿色的特征，更加符合可持续发展的战略同时，发明中选用的所述硅灰的平均粒径为0.1μm～0.3μm，相比普通水泥要低两个数量级，这就使得本发明中选用的硅灰具有很高的火山灰活性，火山灰反应起到微填料的作用，并使得孔隙细化，从而使得硬化浆体结构致密，同时由于硅灰的二次水化作用，新的水化硅酸钙凝胶体堵塞在毛细孔中，使毛细孔变小且不连续，大幅度提高了橡胶混凝土的密实性、强度、抗渗、抗冻等性能，本发明中硅灰的添加使得本发明中橡胶混凝土的各龄期抗压强度相比常规橡胶混凝土提高5％～15％。

膨胀剂是指一种可以通过理化反应引起体积膨胀的材料，其体积膨胀可被应用于材料生产、无声爆破等多个领域。橡胶混凝土强度降低的一个主要原因是因为当橡胶掺入混凝土中时会引入大量的气泡。当掺入膨胀剂时，膨胀剂会在使混凝土内部发生一定膨胀，在里面会产生一定的预应力，让混凝土内部的气泡大量减少，大幅度提高了橡胶混凝土的密实性、强度、抗渗等性能。所述膨胀剂是指硫铝酸钙类混凝土膨胀剂，与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石的混凝土膨胀剂。本发明中膨胀剂的添加使得本发明中橡胶混凝土的各龄期抗压强度相比常规橡胶混凝土提高5％～10％。

pva纤维是指聚乙烯醇纤维，pva纤维是指以高聚合度的优质聚乙烯醇(pva)为原料，采用特定的先进技术加工而成的一种合成纤维，其主要特点是强度高模量高、耐磨、抗酸碱、耐候性好，与水泥、石膏等基材有良好的亲和力和结合性，且无毒、无污染、不损伤人体肌肤，对人体无害，是新一代高科技的绿色建材之一。所述pva纤维的长度为5mm～20mm。

所述减水剂优先采用聚羧酸系高性能减水剂，是一种具有更高减水率、更好坍落度保持性能、较少干燥收缩，且具有一定引气性能的减水剂。

上述pva纤维改性橡胶混凝土的制备方法为：为了让pva纤维在混凝土中均匀分布，使pva纤维发挥最大作用，首先，按照水和减水剂的用量，将水和减水剂在烧杯中配置成溶液；然后，将pva纤维放入水与减水剂形成的溶液中，再把烧杯放入超声波设备中利用超声波分散15分钟～30分钟，将pav纤维充分分散；最后，按配合比将水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰和膨胀剂，以及分散好的含有pva纤维的溶液倒入搅拌锅中，慢速搅拌后浇筑到模具中浇筑成型，养护28天，制备pva纤维改性橡胶混凝土。

实施例1

水泥的用量为400kg/m³混凝土，其细骨料的用量为800kg/m³混凝土，粗骨料的用量为1000kg/m³混凝土，橡胶颗粒的用量为80kg/m³混凝土，硅灰用量为0kg/m³混凝土，膨胀剂用量为0kg/m³混凝土，长度为6mm的pva纤维用量为3kg/m³混凝土、水的用量为120kg/m³混凝土，减水剂用量为2kg/m³混凝土，将水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰、膨胀剂、pva纤维、水和减水剂混合制成表观密度为2400kg/m³的混凝土。该配合比具有较低的pva纤维用量，成本最为低廉，相较于普通橡胶混凝土，其抗压强度提高10％，抗折强度提高100％。

实施例2

水泥的用量为450kg/m³混凝土，其细骨料的用量为700kg/m³混凝土，粗骨料的用量为900kg/m³混凝土，橡胶颗粒的用量为140kg/m³混凝土，硅灰用量为5kg/m³混凝土，膨胀剂用量为10kg/m³混凝土，长度为12mm的pva纤维用量为4.5kg/m³混凝土、水的用量为135kg/m³混凝土，减水剂用量为4.5kg/m³混凝土，将水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰、膨胀剂、pva纤维、水和减水剂混合制成表观密度为2350kg/m³的混凝土。该配合比具有适中的pva纤维用量，成本较低，相较于普通橡胶混凝土，其抗压强度提高15％，抗折强度提高120％。

实施例3

水泥的用量为500kg/m³混凝土，其细骨料的用量为600kg/m³混凝土，粗骨料的用量为800kg/m³混凝土，橡胶颗粒的用量为细骨料用量的25％，硅灰用量为10kg/m³混凝土，膨胀剂用量为20kg/m³混凝土，长度为18mm的pva纤维用量为6kg/m³混凝土、水的用量为200kg/m³混凝土，减水剂用量为8kg/m³混凝土，将水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰、膨胀剂、pva纤维、水和减水剂混合制成表观密度为2400kg/m³的混凝土。该配合比具有较大的pva纤维用量，成本较高，相较于普通橡胶混凝土，其抗压强度提高20％，抗折强度提高140％。

综上，普通橡胶混凝土由于橡胶颗粒本身不与混凝土中的任何物质发生化学反应，其主要作用为物理填充，使混凝土具有高韧性、耐冲磨、高阻尼等功能特性。但是由于橡胶颗粒与混凝土之间的界面缝隙问题，混凝土强度下降的很快，导致其高韧性、耐冲磨、高阻尼等功能特性无法得到充分利用。当在橡胶混凝土中掺一定量的pva纤维后，pva纤维在混凝土中无序的网状分布，纤维网在界面裂缝间的搭接可起到应力传输的桥梁作用，当材料受力时，橡胶和纤维均可以起到释放应力集中的作用，同时可以延缓裂缝的扩展，提高材料的抗压强度(如图1)及抗折强度(如图2)。这说明了当pva纤维掺入橡胶混凝土之中时，pva纤维在混凝土中的网状分布及其在界面裂缝间的搭接架桥可起到明显的阻裂作用，提高橡胶混凝土的力学性能，从而改善橡胶混凝土的性能，可以在降低强度损失、提高韧性、防裂抗渗、提高耐久性等方面发挥作用，从而制成的高性能橡胶混凝土。

本发明根据pva纤维具有高抗拉强度和高弹性模量的特点，将其与橡胶粒子复合改性混凝土材料，取得了显著提高材料的抗弯变形能力和冲击韧性的效果，而强度下降的趋势得到了有效减缓。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。