橡胶颗粒（精选八篇）
橡胶颗粒 篇1
众所周知, 在土木工程施工过程中常遇到的膨胀土是一种高塑性黏土, 具有吸水后膨胀软化、失水后显著收缩开裂、反复胀缩变形以及超固结、裂隙发育等特性, 性质极其不稳定。其矿物成分以强亲水性次生黏土矿物蒙脱石和伊利石及其混层黏土矿物为主。一般土质细腻、粘性大, 呈硬塑状态, 斜交裂缝和光滑面发育, 部分裂隙间被灰白色或绿色黏土充填。膨胀土的这些性质造成了许多的岩土工程地质灾害, 对工程建设的危害极大, 造成了很大的经济损失。
本次研究从室内试验出发, 分别对膨胀土和橡胶颗粒改良膨胀土进行了相关试验, 包括物理性质试验、强度试验和胀缩特性试验。物理性质试验研究掺入橡胶颗粒进行改良对膨胀土物理性质的影响及其程度, 为强度和胀缩特性试验提供试验参数依据, 同时为实际工程应用可行性提供基础参数;强度试验是研究橡胶颗粒改良膨胀土的强度, 对比膨胀土的强度试验结果, 得到橡胶颗粒对膨胀土强度的改变, 为实际工程中的改良土体的强度研究提供数据参考;胀缩试验是为了对比膨胀土和改良土的胀缩特性指标, 以此分析橡胶颗粒改良膨胀土的合理性, 并判断掺入橡胶颗粒的最佳配比, 进一步为该方法的合理性提供依据和参考。
2 土体基本特性的变化
试验首先取膨胀土土样进行物理性质、强度和胀缩特性试验, 获得基本实验参数, 同时通过试验获得橡胶颗粒的级配曲线。由液塑限试验的试验结果可知, 与素土相比, 橡胶颗粒改良土的液限和塑性指数的值都增大, 可塑状态的含水量范围变大, 而其塑限降低。引起土体塑性指数的变大, 可能有几个方面的原因:土粒越细, 比表面积越大, 结合水的含量也就越高, 塑性指数相应的会变大;土中的黏土矿物的含量越高, 水化作用而增加的结合水的含量也会使得塑性指数增大;还有就是水中高价阳离子的含量越低, 土粒表面的反离子层也就越厚, 结合水的含量也会增大进而增大塑性指数。
根据土工试验规程, 选取不同橡胶颗粒质量分数改良土试样, 在100 kPa, 200 kPa, 300 kPa和400 kPa等不同的垂直压力下, 进行抗剪强度实验。
经实验结果分析可知, 膨胀土中掺入橡胶颗粒以后, 土体松散, 粘聚力降低, 抗剪强度降低。而对比橡胶颗粒质量分数不同的土样, 抗剪强度与橡胶颗粒质量分数大体成抛物线关系, 而整体差距较小。
从试验数据和试验中土样的制作过程可以看出, 掺入橡胶颗粒形成改良土后, 土粒间粘结能力减弱, 土体显得松散, 粘聚力不强;随着掺入橡胶颗粒质量分数的增加, 土体变得松散, 一定程度上减小内摩擦角, 而掺入的橡胶颗粒的凹凸和粗糙程度略微大于土粒, 当掺入橡胶颗粒进一步增多时, 会增大整个土体内颗粒之间的摩擦, 从而增大内摩擦角。这两者的共同作用影响着内摩擦角ϕ的大小。
总的来说, 改良土的抗剪强度还是小于膨胀土的, 这在实际的工程应用中还应加以考虑。同时在室内的直剪试验中, 土体裂隙、结构面的忽略对于试验的结果还是有一定影响的[1], 这也需要在实际工程应用中进一步的研究。
3 膨胀土涨缩特性的改良效果
改良土胀缩特性的研究是判断橡胶颗粒对于膨胀土改良的合理性及效果的有效标准。试验按照土工试验规程, 对比了素土与不同橡胶颗粒质量分数改良土的无荷膨胀率和收缩特性指标, 含水率为21%的素土与橡胶颗粒质量分数不同改良土的50 kPa有荷膨胀率, 以及含水率为25%的素土与橡胶颗粒质量分数不同的改良土的膨胀力。通过对比来比较分析橡胶颗粒对于膨胀土的胀缩特性的改良, 并推断出其最佳配比。
无荷膨胀率和收缩试验表明, 掺入橡胶颗粒后, 改良土的线膨胀率大大降低, 体缩率、收缩系数和缩限等收缩指标也有了一定程度的降低。在此认为掺加橡胶颗粒后, 一定程度上影响了黏土矿物成分和胶粒物质与水的结合紧密程度, 使得其失水更容易, 从而得到更小的缩限, 并且得到更小的收缩变形。
膨胀土素土与改良土的50 kPa有荷膨胀率试验也说明了相似的结果。含水率为21%时, 膨胀土的50 kPa有荷膨胀率很高, 掺入橡胶颗粒形成改良土后的50 kPa有荷膨胀率大幅降低;含水率为25%时, 膨胀土的50 kPa有荷膨胀率也较大, 改良土的有荷膨胀率同样有明显改善。50 kPa有荷膨胀率的降幅都较大, 可见掺入橡胶颗粒后, 对于膨胀土的膨胀性的改良效果明显。
对比相同质量分数、不同含水量的改良土的有荷膨胀率, 含水率25%的改良土的线膨胀率均小于含水率21%的膨胀土。这说明, 总体上起始含水率越低膨胀潜势越大的规律对于橡胶颗粒改良土还是适用的。
对比相同含水率、不同质量分数的改良土的50 kPa有荷膨胀率值可知, 掺加的橡胶颗粒的质量分数不同, 膨胀率减小的值不一样。含水率为21%时, 随着橡胶质量分数的增加而减小;而对于含水率为25%的改良土, 线膨胀率随着橡胶颗粒质量分数的增加而减小的速度慢一些。掺加橡胶颗粒的质量分数不同, 对膨胀土的改良效果也不同。
膨胀土的膨胀力是对膨胀土的膨胀特性的另一个指标, 试验对比了含水率为25%的素土和掺加不同质量分数橡胶颗粒的改良土的膨胀力。掺加橡胶颗粒后, 土样内的蒙脱石和伊利石等强亲水性矿物的含量会降低, 同时由于橡胶颗粒对土颗粒的包围作用, 阻碍了土颗粒与水的接触, 从而减小了膨胀土的膨胀性。对于其他机理有待进一步的研究。结合上述试验的试验结果, 可知橡胶颗粒对于膨胀土的改良效果明显。
4 结语
通过对比膨胀土与掺加不同质量分数的橡胶颗粒的改良土的物理性质指标、强度指标和胀缩特性指标, 可以得出以下结论:
1) 膨胀土中掺入橡胶颗粒后, 土体的最优含水率不变, 最大干密度减小;橡胶颗粒质量分数变化时, 改良土的液限和塑性指数的值随之变化。橡胶颗粒对于土的塑性指数有着一定的影响, 这也是影响膨胀土膨胀性的一部分原因。2) 掺入橡胶颗粒后, 土体变得松散, 粘聚力降低;而橡胶颗粒的摩擦性以及土体松散共同影响着内摩擦角的大小, 随着掺入橡胶颗粒质量分数的增加而先增大后降低。但是改良土的抗剪强度低于素土的抗剪强度, 这在实际的工程应用中应加以考虑。3) 改良土中的蒙脱石和伊利石等强亲水性矿物含量较素土低, 同时由于橡胶颗粒对于土颗粒的包围作用, 阻碍了其余水分的反应, 使得改良土的胀缩特性指标较素土都有不同程度的降低。而综合考虑各项试验指标, 可以得到膨胀土的改良效果是十分显著的。
摘要：以湖北荆州的膨胀土为试验材料, 通过室内试验, 对橡胶颗粒改良膨胀土的物理性质、胀缩特性、强度特性的效果作出相应评价, 证实了橡胶颗粒对膨胀土的改良效果, 为膨胀土的治理提供了一种新的方法。
关键词：橡胶颗粒,膨胀土,胀缩特性,抗剪强度
参考文献
[1]刘特洪.工程建设中的膨胀土问题[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.
[2]SOMPOTE YOUWAI, DENNES T BERGADO.Numerical analy-sis of reinforced wall using rubber tire chips-sand mixtures as back-fill material[J].Computers and Geotechnics, 2004, 31 (2) :101-114.
[3]FOOSE G J, BENSON C H, BOSSCHER P J.Sand with ShreddedWaste Tires[J].Geotechnical Testing Journal, 1996, 122 (9) :760-767.
[4]HASAN CETIN, MUSTAFA FENER, OSMAN GUNAYDIN.Geotechnical properties of tire-cohesive clayey soil mixtures as afill materical[Z].2006.
[5]JESUS HIGUERA SEDA, JOON C LEE, J ANTONIO H CAR-RARO.Beneficial use of waste tire rubber for swelling potentialmitigation in expansive soils[A].Geotechnical Special Publication[C].Reston:American Society of Civil Engineers, 2007:1-9.
[6]孙树林, 魏永耀, 张鑫.废弃轮胎胶粉改良膨胀土的抗剪强度研究[J].岩石力学与工程学报, 2009, 28 (S1) :3070-3075.
[7]曾庆国, 陆沿强.非饱和南宁膨胀土蠕变特性试验研究[J].山西建筑, 2009, 35 (4) :120-121.
橡胶颗粒 篇2
但印度尼西亚橡胶局Azis Pane称，他已将要面向外资企业开放的产业提案存档。工业部部长Saleh Husin称，准许外资企业进入生胶产业是正确的，因为印度尼西亚生胶产业还没有发展成熟。生胶产业会使用70万t生橡胶，外资企业进入到印度尼西亚的生胶产业会打破垄断现象。这样一来，橡胶粉产业将消耗掉520万t生橡胶，但是印度尼西亚生橡胶年产量只有280万t。外资企业应进驻印度尼西亚生胶下游产业。印度尼西亚贸易部部长Srie Agustina称，会尽快对此做出解决措施。
近日，印度尼西亚政府公布了一份投资清单，全国约有35个行业准备向外资企业开放，包括颗粒胶、冷藏业、制药业、公路建设、电影业、饮食业、体育中心建设项目等。印度尼西亚电子商务产业已经向外资企业开放。印尼总统Joko Jokowi Widodo会重新签署一份投资清单，已代替2014年签署的那份清单。此前，政府将橡胶制造业由中小型企业组成。
印度尼西亚投资协调委员会主席Franky Sibarani称，引进外资可以促进印尼经济加快发展。去年，印尼引进外资额达到1 370亿美元，较2014年增长45%。
（汪汇源摘译自www.thainr.com，2016-03-22）
橡胶颗粒 篇3
随着能源消耗的日益严重, 通过循环利用工业和生活废料作为回收填料生产轻质复合材料, 减少建筑使用中的能源消耗, 同时解决环境问题成为倍受关注的问题。目前采用的回收填料主要包括废玻璃、粉煤灰、钢渣、轻质碎砖、橡胶颗粒、轻质膨胀黏土骨料和聚苯乙烯泡沫[1]。其中, 使用回收橡胶废料或聚氨酯废弃物颗粒制成的复合建筑材料导热系数低、重量轻, 可同时缓解能源和环境问题。
近年来, 研究人员对废旧轮胎橡胶改良混凝土和砂浆已进行了广泛研究[2]。关于在水泥材料中使用轮胎橡胶颗粒的文献多侧重于使用轮胎橡胶作为混凝土骨料, 并仅对机械性能进行评估。研究结果表明, 橡胶改性混凝土具有较低的密度、增强的韧性和延展性、较高的耐冲击性、较高的抗拉强度和更有效的隔音性能[3,4]。
全世界范围内, 在环境、经济和技术方面均存在对结构轻质混凝土骨料的需求[1,5,6], 而在轻质混凝土骨料中加入聚合物的研究却比较少。多年来, 轻质混凝土骨料已被成功应用于建筑物的各结构中, 对轻质混凝土的应用来说, 结构的有效性比绝对强度级别更为重要[7], 对于同一强度而言, 降低密度将降低荷载、基础尺寸和建筑成本。
本研究通过掺入用废旧鞋底制成的橡胶颗粒 (Sole rubber, 简称SR) 及回收聚氨酯废弃物制成的废旧聚氨酯颗粒 (Polyurethane, 简称PU) 配制水泥砂浆, 并对改性砂浆的机械性能和导热性能进行了研究。
1 试验研究
1.1 原材料
选用根据JC/T 600-2010《石灰石硅酸盐水泥》生产的, 型号为CEM II/A-L 42.5R的石灰石硅酸盐水泥, 其石灰石含量约12%, 布莱恩细度0.42m2/g, 比重3.05kg/m3。骨料为石英砂 (0~5mm) 和再生聚氨酯颗粒 (0~12mm) 。水泥、石英砂、再生聚氨酯颗料的相对密度分别为2.64kg/m3、0.58kg/m3和0.50kg/m3, 级配见图1。
矿物掺合料使用石灰石粉, 布莱恩细度0.65m2/g, 比重2.65kg/m3。
在必要时将30%羧基丙烯酸酯水溶液作为减水剂加入混合物[8]。
1.2 砂浆配合比
表1列出了各砂浆配合比和通过流动稠度试验台得到的砂浆稠度值。水灰比和水泥砂比分别控制在0.60和1:3 (重量比) 。在混合物中掺入10%和30%集料体积比的废旧橡胶颗粒或废旧聚氨酯颗粒。然后, 通过掺入剂量为水泥重量20%的石灰石 (Limestone powder, LP) 代替石英砂作为填料以改善砂浆的机械性能, 分别做加入丙烯酸增塑剂 (Superplasticizing, SP) 及不加增塑剂试验。
表2列出了掺石灰石粉砂浆的配比及通过流动稠度试验台得到的新拌砂浆的稠度值。水灰比在掺入增塑剂和不掺入增塑剂时分别控制在0.60和0.42 (重量比) 。
1.3 试样配制和硬化
每种改性砂浆配制9个试样, 在钢模板中以40mm×40mm×160mm尺寸浇注成型。试样在20°C室内固化28d, 进行抗弯和抗压测试, 然后浇注直径200mm、厚20mm的平底圆柱试样用于导热性试验。
2 结果和讨论
表3列出了经过28d的湿固化后不同砂浆混合物的单位质量值。由表3可见, 不含石灰石粉末且添加了废旧颗粒的试样重量较轻, 以30%的集料体积比加入废旧聚氨酯颗粒及废旧橡胶颗粒时, 得到试样的单位质量分别比基准砂浆轻20%和14%。
2.1 抗压试验
在28d湿固化期内根据GB/T 11837-2009《混凝土管用混凝土抗压强度试验方法》进行混凝土抗压强度试验, 结果如图2和图3所示。
由图2可见, 与掺入废旧橡胶颗粒的改性砂浆相比, 掺入废旧聚氨酯颗粒对砂浆抗压强度的影响较小, 且单位重量更轻。如掺入30%PU改性砂浆的单位重量比未掺掺合料的砂浆轻20%, 但其28d抗压强度仍高于15MPa。
由图3可见, 同时掺入石灰石粉和增塑剂及10%废旧橡胶颗粒或废旧聚氨酯颗粒均能提高抗压性能, 并可增加混凝土表面光滑程度、减少开裂[9]。
2.2 抗弯试验
28d的固化期满后, 用T0558-2005型混凝土抗折装测量其抗弯强度, 相关试验结果见图4和图5。
对掺入废旧聚氨酯颗粒的砂浆而言, 图4和图5的试验结果与抗压强度试验结果基本一致。另外, 因为橡胶颗粒表面较光滑且孔隙度较低[9], 故掺入废旧橡胶颗粒砂浆的抗弯性能不如掺废旧聚氨酯颗粒的砂浆。
2.3 导热系数试验
根据GB/T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》, 对掺有废旧聚氨酯废颗粒的砂浆进行了导热系数试验, 结果见表4。
从表4可以看出, 含有10%和30%废旧聚氨酯颗粒砂浆的导热系数值分别比无掺入物砂浆低12%和20%。另外, 当在砂浆中掺入石灰石粉末时, 由于降低了砂浆的孔隙度, 砂浆的导热系数又升高至接近无掺入物的砂浆。
3 结论
(1) 掺入废旧橡胶颗粒可降低混凝土材料的单位重量并降低材料的导热系数。尤其是掺入30%体积比的废旧聚氨酯废颗粒砂浆, 其单位重量和导热系数均降低了20%左右, 但其抗压强度仍然高于15MPa (结构用混凝土的阈值) 。
(2) 掺入石灰石粉末即可增加混凝土材料的导热系数又可提高其抗压强度和抗弯强度, 如同时再掺入增塑剂和10%废旧聚氨酯颗粒, 可以得到与非改性水泥砂浆相同的导热性能。
摘要：研究了掺入废旧橡胶颗粒及废旧聚氨酯颗粒的改性水泥砂浆的机械性能和导热系数。以体积比0, 10%和30%的废旧橡胶颗粒及废旧聚氨酯颗粒代替石英砂配制出几种改性砂浆, 通过试验检测了橡胶颗粒及聚氨酯颗粒掺合物对新拌砂浆的质量、抗压强度、抗弯强度和导热性能的影响, 并通过掺加石灰石粉末作为填料得到最优化的改性砂浆配比。结果表明, 掺入橡胶颗粒及聚氨酯颗粒降低了材料的单位重量和导热系数, 同时增强了隔热性能。
关键词：水泥砂浆,橡胶颗粒,机械性能,导热系数
参考文献
[1]王宝民, 刘伟.国外掺废旧橡胶颗粒水泥混凝土研究进展[J].混凝土, 2010 (4) :54-56.
[2]李清海, 孙蓓, 史新亮.废旧橡胶微粒对水泥砂浆性能的影响研究[J].中国建材科技, 2009 (3) :82-84.
[3]何翔, 章正斐, 李兴平.含废胎橡胶颗粒砂浆的物理力学性能随水泥用量变化规律[J].城市建设, 2013, 29:15-19.
[4]胡鹏, 朱涵.掺橡胶细粒混凝土的渗透性与微观结构[J].混凝土与水泥制品, 2007 (2) :4-6.
[5]赵志远, 毕乾, 王立燕, 等.废橡胶颗粒改性水泥基材料的塑性开裂和抗冲击性能[J].混凝土与水泥制品, 2008 (4) :1-5.
[6]亢景付, 张平祖.废旧轮胎橡胶颗粒对水泥浆和砂浆抗裂性能的影响[J].天津大学学报, 2006, 39 (9) :1026-1030.
[7]刘日鑫, 侯文顺, 徐永红, 等.废橡胶颗粒对混凝土力学性能的影响[J].建筑材料学报, 2009 (3) :36-40.
[8]姜丽.废旧轮胎橡胶颗粒在抹面砂浆中的应用研究[D].包头:内蒙古科技大学, 2012:33-40.
橡胶颗粒 篇4
随着汽车工业的发展, 世界上每年大约产生废旧轮胎10亿多条。我国每年约产生废旧橡胶64万多吨, 其中50%以上为废旧轮胎[3-6]。随着我国节约型社会政策日趋明显, 旧路改造以及城市低噪音的环保路面快速增加, 橡胶颗粒沥青路面在我国的规模化应用为时不远[7,8,9]。本文对橡胶颗粒沥青路面在道路工程中的应用作了全面的总结, 旨在为我国橡胶颗粒沥青在道路上的综合利用提供参考[10]。
1 沥青路面自应力除冰雪技术的机理
汽车废旧橡胶经破碎后, 呈粒径大小不同的颗粒状, 具有良好的弹性, 针对这一特点, 在沥青混合料中添加了具有高弹特性的橡胶颗粒材料, 使得路表面冰层的受力状态和冰雪层与路面的结构状态发生了改变, 为抑制道路路面的积雪结冰问题提供了新的解决方案。
石料、橡胶颗粒及矿物纤维加入拌合锅中预先搅拌, 再加入沥青胶结料及矿粉, 得到的沥青混合料。此类沥青混合料由于橡胶颗粒的加入, 使得混合料局部具有弹性, 当外部荷载作用时, 橡胶颗粒大小不同造成了局部弹性大小不同, 进而使得路面冰层容易破裂, 甚至破碎, 从而达到除冰雪的目的。
2 国内外研究现状
2.1 国外研究现状
2.1.1 日本的物理类除冰雪路面。
日本从20世纪中期开始进行物理方法防冰冻路面的研究。最初是借鉴瑞典等国家的研究成果, 采用日本的沥青混合料进行室内试验研究:从1979年开始, 这种物理方法抗冰冻结路面得以广泛应用。
2.1.2 美国的物理类除冰雪路面。
美国在抑制冻结路面方面的研究主要集中在橡胶颗粒除冰雪沥青路面上, 也称为橡胶颗粒干法改性沥青路面, 以区别于橡胶颗粒湿法改性沥青路面。湿法改性沥青混合料在提高沥青混合料使用寿命、降低噪音等方面效果显著, 但不具有抑制冰雪功能。
2.2 国内研究现状
在我国, 对于橡胶颗粒沥青路面技术的研究很少。而研究主要集中于橡胶粉改性沥青及沥青混合料在道路路面工程中的应用技术。
中国对橡胶沥青混凝土的研究始于20世纪70年代末, 该技术与美国路面工程中的应用处在同一时期。当时的研究重点是要解决国产沥青高含蜡量的问题, 由交通部公路科研所主持的西部交通科技项目“废旧橡胶粉用于筑路的技术研究”, 对橡胶粉改性沥青混合料的路用性能开展了系统的研究, 并修筑了试验路和实体工程。
自1998年, 刘晓鸿硕士对橡胶颗粒沥青混合料的路用性能及除冰雪性能进行了研究, 验证了橡胶颗粒在沥青混合料中施工可行性和一定的除冰雪效果。2004年, 张金喜通过室内试验研究, 发现橡胶颗粒沥青混合料的沥青用量减小, 沥青路面的弹性会增加, 且具有良好路用性能和路面抑制冻结性能。2005年, 曹卫东、吕伟民等通过室内试验研究, 提出了密实断级配橡胶颗粒沥青混合料的设计方法, 铺筑的路面具有优良的路用性能。2006年, 重庆鹏方路面工程技术研究有限公司开展了有关弹性浇注式沥青混凝土、高变形橡胶沥青混凝土的研究, 成为完成本项目的主要研究内容的早期工作。长安大学韩森等人进行了橡胶颗粒除冰雪沥青路面的系统研究, 从抑制结冰、破冰与除雪等方面验证了橡胶颗粒沥青路面的优越除冰雪性能。2009年, 张洪伟通过研究掺加不同种类橡胶颗粒沥青混合料的体积参数, 探讨了橡胶颗粒级配与粒径对混合料性能的影响, 试验表明, 所选间断级配能为橡胶颗粒提供足够的变形空间, 保证了混合料的结构稳定性, 橡胶颗粒在一定的掺量范围内可以有效改善沥青混合料的路用性能。
我国在抑制冰雪沥青路面方面的研究起步较晚, 仅在低等级的路面上见到应用橡胶颗粒沥青路面, 纵观橡胶颗粒沥青路面在国内外近十几年的成功应用及研究进展, 我们可以预测除冰雪沥青路面在我国北方地区应用具有很大的潜力, 开展这方面的研究会产生显著的经济效益和社会效益。
3 结论与展望
由于冰雪对道路交通的产生的严重影响, 很多国家非常重视研发各种除冰雪方法。但是, 目前道路上传统的融雪化冰方法对于道路路面破坏严重且对环境影响很大, 同时也浪费了很大的财力, 因此寻求易于推广的环保、经济且有效的除冰雪技术的研究显得尤为迫切, 具有非常重要的现实意义。
将废旧轮胎橡胶颗粒沥青路面应用于抗冻结路面中, 不仅可以解决路面冰雪的安全性问题, 而且将废旧轮胎进行了有效的废物回收利用。因此具有重要的资源再利用和环保意义。将废旧轮胎变废为宝加以利用, 符合我国开展循环经济、走可持续经济发展的基本国策。
参考文献
[1]徐慧宁.流体加热道路融雪系统温、湿耦合融雪模型及仿真分析[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2011.6:3-4.[1]徐慧宁.流体加热道路融雪系统温、湿耦合融雪模型及仿真分析[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2011.6:3-4.
[2]M.C.Bignozzi, F.Sandrolini, Tyre rubber waste recycling in self-compacting concrete, Cement and Concrete Research36 (2006) 735-739.[2]M.C.Bignozzi, F.Sandrolini, Tyre rubber waste recycling in self-compacting concrete, Cement and Concrete Research36 (2006) 735-739.
[3]厉永举, 高一平.田保侠.日本扎幌城市道路抗冻结路面铺设方法[J].内蒙古公路与运输, 2001.4:16-18.[3]厉永举, 高一平.田保侠.日本扎幌城市道路抗冻结路面铺设方法[J].内蒙古公路与运输, 2001.4:16-18.
[4]祝争艳, 王大明, 周爱诚.目标规划在沥青路面预防性养护策略选择中的应用[J].森林工程, 2010, (01) :57-60.[4]祝争艳, 王大明, 周爱诚.目标规划在沥青路面预防性养护策略选择中的应用[J].森林工程, 2010, (01) :57-60.
[5]余爱华, 王大明, 赵曜.高速公路沿线土壤重金属污染特征与评价[J].森林工程, 2010, (04) :59-63.[5]余爱华, 王大明, 赵曜.高速公路沿线土壤重金属污染特征与评价[J].森林工程, 2010, (04) :59-63.
[6]王宏畅, 李国芬, 王元纲.基于神经网络的沥青路面基层裂缝应力强度因子预测模型[J].森林工程, 2010, (04) :67-71.[6]王宏畅, 李国芬, 王元纲.基于神经网络的沥青路面基层裂缝应力强度因子预测模型[J].森林工程, 2010, (04) :67-71.
[7]黄文元.张隐西.路面工程用橡胶沥青的反应机理与进程控制[J].公路交通科技, 2006.23 (11) :5-9.[7]黄文元.张隐西.路面工程用橡胶沥青的反应机理与进程控制[J].公路交通科技, 2006.23 (11) :5-9.
[8]曹晓岩, 康峰, 王莉.基于季冻区SMA改性沥青路面早期破损的研究[J].森林工程, 2010, (03) :41-43.[8]曹晓岩, 康峰, 王莉.基于季冻区SMA改性沥青路面早期破损的研究[J].森林工程, 2010, (03) :41-43.
[9]郑志龙, 袁美俊.基于车辙等效的轴载换算关系研究[J].森林工程, 2011, (01) :65-67.[9]郑志龙, 袁美俊.基于车辙等效的轴载换算关系研究[J].森林工程, 2011, (01) :65-67.
橡胶颗粒 篇5
关键词：道路工程,橡胶颗粒沥青混合料,劈裂试验,离散元方法,PFC2D,数值模拟
目前,沥青混合料的研究主要集中于从宏观角度探求其发生机理,但宏观现象的本质需要从细观机理上去解释,这是各种复杂沥青路面工程问题研究的关键切入点,也是未来沥青路面工程研究的发展趋势。Cundall与Strack[1]创立并发展起来的离散单元法可以较全面地给出从细观变化到宏观响应的各种信息,并能够有效地通过各种细观参数对宏观现象的影响进行延伸讨论,有益于从本质上揭示沥青混合料的宏观现象[2,3,4]。
橡胶颗粒沥青混合料是由沥青胶浆包裹的粗、细集料及橡胶颗粒的颗粒单元组成的多相复合材料,其工程性质相当复杂。橡胶颗粒沥青路面在行车荷载的作用下,集料颗粒与橡胶颗粒均具有独特的运行方式,且均呈现了非均匀、离散的力学特性。因此采用离散元方法进行橡胶颗粒沥青混合料的细观数值模拟更符合实际情况,为细观研究以离散性为重要特征的沥青混合料问题提供了很好的数值分析工具。
本研究借助PFC2D二维离散元软件进行混合料细观分析,构建的橡胶颗粒沥青混合料劈裂细观数值模型以裂缝数与劈裂强度为主要细观参数,与劈裂试验确定的宏观参数劈裂抗拉强度及劲度模量相互验证,以实现从细观与宏观两个角度研究橡胶颗粒沥青混合料的力学性能,为橡胶颗粒沥青混合料在我国的大规模应用奠定一定的理论基础。
1离散元方法
1.1方法的选择
国际著名的离散元软件开发公司依泰斯卡(Itasca)公司的Cundall教授在20世纪70年代初提出离散元方法(Discrete element method,DEM),其最早用于岩石力学问题的分析,在1979年该方法被Cundall与Strack应用于土体力学性质的研究。随着计算机性能的不断提高与数值分析方法的不断发展,研究人员开始着手将混合料内部结构检测技术与离散元方法联系起来,开始寻求从混合料细观角度研究其力学特性的新途径,分析混合料内部结构特征与外部力学响应机制之间的联系,以期根据沥青混合料的内部结构状况来对其力学机理进行解释。
1997年Chang K.G.[5]运用离散元方法模拟沥青混合料的力学特性,分析了不 同粘弹性 模型 (Maxwell,KelvinVoigt,Burger′s)在离散元方法中的适用程度,研究表明线弹的Burgers模型可以较好地模拟沥青混合料中沥青砂浆的力学性能,运用离散元程序对沥青混合料力学性能进行模拟, 其结果与试验结果具有较好的一致性。2001年Buttlar W. G.[6]通过数字图像技术获取沥青混合料的内部细观结构特征,运用微观离散元方法建立SMA沥青混合料的内部微观结构模型,并对其力学性能进行了初步模拟。
因此,对橡胶颗粒沥青混合料进行离散元仿真试验,具有试验成本低、可重复性强、试验条件较理想等优点,同时可以建立橡胶颗粒沥青混合料细观行为与宏观路面力学性能之间的联系。
1.2平行连接模型
PFC2D通过颗粒与颗粒及颗粒与墙体之间的接触点进行力的传递,描述接触点物理力学行为的模型包括接触模型、 滑动模型及连接模型,其中连接模型又分为接触连接模型与平行连接模型两种。平行连接模型可以模拟颗粒之间一定尺度内存在粘结材料的本构行为,为相互接触的颗粒间赋予平行连接属性,可以较好地模拟集料及 橡胶颗粒 的相互作 用。因此,劈裂细观模拟宜选择平行连接模型。
颗粒间的平行连接模型如图1所示,模型接触力和弯矩可以分解为法向分量和切向分量[1]:
式中:分别表示法线方向的力和力矩矢量;分别表示切向方向的力和力矩矢量。平行连接的接触力和弯矩在初始化过程中均设为零。在以后的每一时步迭代中,将对应的位移和转动增量引起的力和弯矩增量加入到当前值里。通过计算边缘处应力,可得到作用在粘结处的最大拉应力和最大剪应力,最终作用在颗粒圆筒上的力和弯矩表示为:
试验模型采用FISH语言将所有的颗粒统一生成,统一赋参数。给定颗粒半径 最小值、最大半径 与最小半 径的比值,用这两个指标控制颗粒的生成。
橡胶颗粒沥青混合料级配设计过程中,采用橡胶颗粒 (1~3mm)替换全部或部分集料(2.36~4.75mm),因此劈裂数值模拟将混合料中关键档的集料(2.36~4.75mm)分离出来,与橡胶颗粒分别生成圆盘试件进行劈裂试验,加载模型如图2所示,两种试验模型参数如表1所示。
2宏观力学性能研究
2.1原材料技术性质
本研究选用的橡胶颗粒、SBS改性沥青及矿料的技术指标及检测结果如表2-表4所示[7,8]。
2.2劈裂试验研究
选择4种橡胶颗粒掺量的混合料AC-16进行劈裂试验与单轴压缩试验研究,进行混合料力学强度规律分析,比较4种橡胶颗粒掺量混合料的宏观力学特征。
采用MTS-810材料试验仪进行橡胶颗粒沥青混合料劈裂试验(T0716-1993),测定4种橡胶颗粒掺量(0%、2%、3% 与4%)沥青混合料的劈裂抗拉强度与劲度模量,级配统一采用AC-16,试验温度为15 ℃,加载速率为50mm/min。试验过程通过程序进行控制,试验数据由计算机自动采集。不同橡胶颗粒掺量的混合料劈裂抗拉强度与劲度模量试验结果如图3、图4所示。混合料JAC-16随橡胶颗粒掺量的增加, 劈裂抗拉强度与劲度模量均呈递减趋势。
3劈裂试验数值模拟
利用PFC2D程序建立 橡胶颗粒 (1~3 mm)与集料 (2.36~4.75mm)模型,仿真橡胶颗粒沥青混合料劈裂试验。 随着试件加载的进行,两种模型均出现了裂缝,且随应变的增加,试件中裂缝的增加速度逐渐减慢并最终趋于稳定,说明此时已经形成恒定的剪切带。两种模型的裂缝分布如图5、图6所示。图5、图6中裂缝分布采用直线表示,线型越长表示裂缝越大。劈裂加载过程中橡胶颗粒产生了较多的裂缝,劈裂强度亦小于集料的劈裂强度。
两种模型的位移分布如图7、图8所示。
图7、图8中位移矢量采用箭头表示运动方向,线型越长表示位移越大。劈裂加载过程中橡胶颗粒发生的位移较小, 位移矢量沿直径向两侧移动,圆周边缘除加载处的位移相对较小,因此裂缝主要集中于直径方向。集料模型发生了较大的位移矢量,受加载外力的影响,位移矢量运行方向规则,且在加载端附近产生了位移涡流现象。
模型加载过程中,当劈裂数值模型中颗粒间的接触关系 (如断开)发生变化时,模型的宏观力学特性将受到影响,随着发生破坏的接触数量增多,该模型宏观力学特性经历了从峰前线性到峰后非线性的转化,即劈裂加载过程中数值模型内颗粒接触状态变化决定了模型的本构关系。离散元数值模拟中应力的获取方式是通过记录颗粒对墙体的作用力,加载过程中橡胶颗粒(图9(a))及集料颗粒(图9(b))的应力-应变关系如图9所示。
从图9中可见,随着加载过程的继续,应变与应力呈逐步增加的趋势,当二者达到某一峰值强度时,应变继续增加, 但应力已经不再增加了,橡胶颗粒与集料表现为屈服状态, 接着应力-应变曲线将发生明显变化,数值模拟结果与材料的屈服破坏过程较为吻合。劈裂模拟试验的结果如表5所示。
因此,离散单元法为对以离散性为重要特征的沥青混合料问题进行细观研究提供了很好的数值分析工具,它可以较全面地给出从细观变化到宏观响应的各种信息,并能够有效地通过各种细观参数对宏观现象的影响进行延伸讨论,有益于从本质上揭示沥青混合料的宏观现象。
4结论
(1)采用离散元理论能够从细观层次上建立劈裂数值模型,真实模拟橡胶颗粒沥青混合料的受力、开裂和破坏过程是可行的。
(2)混合料JAC-16随橡胶颗粒掺量的增加,劈裂抗拉强度与劲度模量均呈递减趋势。
(3)劈裂加载过程中橡胶颗粒发生的位移较小,位移矢量沿直径向两侧移动,圆周边缘除加载处的位移相对较小, 因此裂缝主要集中于直径方向。集料模型发生了较大的位移矢量,受加载外力的影响,位移矢量运行方向规则,且在加载端附近产生了位移涡流现象。
(4)劈裂模型加载过程中,当劈裂数值模型中颗粒间的接触关系发生断开变化时,模型的宏观 力学特性 将受到影 响,随着发生破坏的接触数量增多,该模型宏观力学特性经历了从峰前线性到峰后非线性的转化,即劈裂加载过程中数值模型内颗粒接触状态变化决定了模型的本构关系。
橡胶颗粒 篇6
橡胶混凝土是一种新型混凝土材料,与普通混凝土相比,具有较好的抗裂与耐久性能及较低的抗压强度[1]。为提高橡胶混凝土的抗压强度,需要对橡胶颗粒进行改性处理[2],在橡胶颗粒的改性处理方式上,无机改性剂Na OH溶液和硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570系列是研究者最常用的2种改性剂[3,4,5,6]。目前,生产橡胶颗粒的原材料来源比较复杂,有废旧汽车轮胎外胎、轮胎内胎及其它橡胶制品等。它们在组成成分、添加剂及生产工艺等各方面都有较大差别。在橡胶成分上,外胎的橡胶主要以天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶为主要成分,内胎多由丁丙橡胶和丁基橡胶制成[7]。由于橡胶成分的不同,使得外胎橡胶颗粒具有很强的弹性、强度和良好的耐热、耐磨和绝缘性能;内胎橡胶颗粒的弹性、强度、粘着性较差,但其透气率低,气密性优异,其化学稳定性、电绝缘性也很好。杂制品橡胶颗粒,由于其原材料来源比较混杂,化学成分也较为复杂,使得它与轮胎橡胶颗粒在性能上有所差异。因而,用改性剂处理橡胶颗粒时,由于橡胶颗粒品质不同,其改性效果也会有所不同,对此问题需要深入研究。为此,针对废旧汽车轮胎外胎橡胶颗粒(以下简称外胎橡胶颗粒)、废旧汽车轮胎内胎橡胶颗粒(以下简称内胎橡胶颗粒)和杂制品橡胶颗粒,研究用这3种橡胶颗粒配制的橡胶混凝土和改性橡胶混凝土的抗压强度,以探明橡胶颗粒品质对混凝土性能及改性剂改性效果的影响。
1 试验
以C30普通混凝土为基准混凝土,用外胎橡胶颗粒、内胎橡胶颗粒及杂制品橡胶颗粒,单独分别以10%和15%掺量等体积取代砂配制橡胶混凝土,并用Na OH和KH570改性剂处理上述橡胶颗粒后,配制相应的改性橡胶混凝土,研究不同品质橡胶颗粒及不同品质改性橡胶颗粒对混凝土抗压强度的影响规律。
1.1 试验材料
水泥:河南孟电集团生产的P·O42.5水泥;砂:河砂,细度模数2.65,表观密度2500 kg/m3;石:石灰岩碎石,5~20 mm连续级配,表观密度2732 kg/m3;废橡胶颗粒:外胎橡胶颗粒、内胎橡胶颗粒及杂制品橡胶颗粒均由河南新乡某橡胶厂生产,粒径为1~3 mm;Na OH溶液:天津市北辰方正试剂厂生产;KH570:南京品宁牌;水:农村井水。
1.2 橡胶颗粒改性处理方法
(1)无处理:橡胶颗粒不经过任何处理,直接使用。
(2)Na OH改性处理:分别以浓度为1%、5%、10%、15%、20%、25%的Na OH溶液浸泡橡胶颗粒24 h后,用清水冲洗,室外自然晾干备用。
(3)KH570改性处理:分别取橡胶颗粒质量0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的KH570,用适量的乙醇溶液稀释后充分润湿橡胶颗粒,晾干30 min备用。
1.3 混凝土配合比
C30基准混凝土、橡胶混凝土及改性橡胶混凝土的设计配合比见表1。
1.4 试件成型与养护
试件采用上述不同的橡胶颗粒、改性处理方式和掺量,制作标准立方体(150 mm×150 mm×150 mm)试件,每组3个,共219个试件。按照DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》中混凝土的成型和养护方法进行试验试件的制备,并在试件28d龄期时进行抗压强度测试。
2 试验结果与分析
2.1 橡胶颗粒品质对混凝土抗压强度的影响分析
基准混凝土和10%、15%掺量橡胶混凝土的抗压强度见表2。
由表2可见,未掺橡胶颗粒的基准混凝土抗压强度为30.9MPa;橡胶颗粒掺量为10%时,掺加外胎、内胎和杂制品橡胶颗粒的混凝土抗压强度较基准混凝土分别降低8.1%、7.8%、3.2%;橡胶颗粒掺量为15%时,掺加外胎、内胎和杂制品橡胶颗粒的混凝土抗压强度较基准混凝土分别降低17.2%、11.3%、13.6%。显然,掺加外胎橡胶颗粒的混凝土抗压强度下降幅度较大,而掺加内胎和杂制品橡胶颗粒的混凝土抗压强度下降幅度则较小。
分析认为,橡胶颗粒属有机材料,与无机水泥石的粘结性能较差,是导致橡胶混凝土抗压强度降低的一个重要原因,而橡胶颗粒中含有的硬脂酸锌可以改善橡胶的硬化度[8],品质较好的外胎橡胶颗粒的硬脂酸锌含量较大,内胎和杂制品次之。硬脂酸锌含量高,不利于橡胶颗粒与水泥石的粘结[9],硬脂酸锌含量低,情况正相反;另外,外胎橡胶颗粒表面光滑无明显孔隙(见图1),与水泥石粘结较差,而杂制品橡胶颗粒表面多孔隙,与水泥石粘结较好。
2.2 橡胶颗粒品质对改性效果的影响分析
2.2.1 Na OH溶液改性
经不同浓度Na OH溶液改性后,掺加外胎、内胎橡胶颗粒的混凝土抗压强度和含气量分别见图2~图4。
由图2可见,橡胶颗粒掺量为10%时,经Na OH溶液改性后,掺加外胎、内胎橡胶颗粒的混凝土抗压强度有所提高,前者提高幅度较大,当Na OH浓度为1%时,混凝土抗压强度最高,较未改性混凝土提高了20%,随着Na OH浓度继续增大,改性效果变差;掺加杂制品橡胶颗粒的混凝土抗压强度不增反降,Na OH浓度越高,改性效果越差。
由图3可见,与橡胶颗粒掺量为10%掺量时相似,15%掺量的橡胶颗粒经Na OH溶液改性后,掺加外胎橡胶颗粒混凝土的抗压强度有所提高,当Na OH浓度为1%时,混凝土抗压强度最高,较未改性混凝土提高了12%;随着Na OH浓度继续增大,改性效果变差;掺加内胎、杂制品橡胶颗粒混凝土的抗压强度有所降低,Na OH浓度增大,改性效果变差,其中杂制品橡胶颗粒的改性效果最差。
宏观上,不同品质橡胶颗粒的改性效果与其含气量变化有关,由图4可见,掺加外胎和内胎橡胶颗粒的混凝土拌合物的含气量增幅较小,掺加杂制品橡胶颗粒的混凝土拌合物的含气量增幅较大。本质上,不同品质橡胶颗粒的改性效果与橡胶颗粒性能(弹性、强度等)有关:由于轮胎对不同部位的橡胶性能要求不同,外胎橡胶颗粒性能较好,在混凝土中能吸收更多的能量,成分上含有较高的硬脂酸锌,内胎和杂制品橡胶颗粒性能较差,硬脂酸锌含量相对较低。因此,经Na OH溶液改性后,Na OH溶液可以从外胎橡胶颗粒表面中溶解析出更多的硬脂酸锌,增大橡胶颗粒表面的粗糙度[9],有利于橡胶颗粒与水泥石的粘结,提高橡胶混凝土的强度。但同时橡胶颗粒表面粗糙度的增加,又会增强橡胶颗粒的引气作用,降低橡胶混凝土的强度。然而,最终改性橡胶混凝土强度是提高还是降低取决于上述2种作用的博弈,图2、图3中改性外胎橡胶混凝土强度提高较多,说明Na OH溶液对外胎橡胶颗改性的正面作用较大。
2.2.2 KH570改性
经KH570改性后,掺加外胎、内胎橡胶颗粒的混凝土抗压强度和含气量分别见图5~图7。
由图5可见,10%掺量的橡胶颗粒经KH570改性后,掺加外胎、内胎橡胶颗粒混凝土的抗压强度均有所提高,二者相差不大,KH570用量为橡胶颗粒质量的0.5%时,混凝土的抗压强度最高,前者较未改性混凝土提高了17%,后者较未改性混凝土提高了16%;掺加杂制品橡胶颗粒混凝土的抗压强度有所下降,但随KH570用量的变化不明显。
由图6可见,15%掺量的橡胶颗粒经KH570改性后,掺加外胎、内胎橡胶颗粒混凝土的抗压强度有所提高,KH570用量为0.5%时,混凝土的抗压强度最高,前者较未改性混凝土提高了15%,后者较未改性混凝土提高了5%;掺加杂制品橡胶颗粒混凝土的抗压强度有所降低,KH570用量越大,改性效果越差。
KH570一方面能够在橡胶颗粒与水泥石之间形成稳定的化学键[10],增强二者的粘结强度,提高橡胶混凝土的强度;另一方面也会增大橡胶混凝土的含气量(见图7),降低其强度。同样,对外胎橡胶混凝土来讲,KH570改性的正面作用较大,这也是KH570改性外胎橡胶混凝土强度提高的原因。
3 结语
(1)橡胶颗粒改性前,掺加外胎橡胶颗粒混凝土的抗压强度较小,而掺加杂制品橡胶颗粒混凝土的抗压强度较大;橡胶颗粒改性后,掺加外胎橡胶颗粒混凝土的抗压强度明显提高,而掺加杂制品橡胶颗粒混凝土的抗压强度明显下降;掺加内胎橡胶颗粒混凝土的抗压强度介于二者之间。
(2)3种橡胶颗粒相比,外胎橡胶颗粒的改性效果最好:与未改性相比,橡胶颗粒掺量为10%时,橡胶混凝土的抗压强度最大增幅分别为20%(对应Na OH浓度1%)和17%(对应KH570用量0.5%);橡胶颗粒掺量为15%时,橡胶混凝土的抗压强度最大增幅分别为12%(对应Na OH浓度1%)和15%(对应KH570用量0.5%)。
(3)橡胶颗粒的改性效果与改性剂的浓度或用量有关,对外胎橡胶颗粒而言,Na OH改性溶液的较优浓度为1%~20%,KH570的较优用量为0.5%~1.5%。
参考文献
[1]曹宏亮,史长城,王大辉.橡胶混凝土配制方法试验研究[J].新型建筑材料,2011(1):13-18.
[2]张昊,张小亮,乐金朝.废旧轮胎橡胶改性混凝土材料性能试验研究[J].浙江水利水电专科学校学报,2008(3):39-41.
[3]Segre N,Joekes L.Use of tire rubber particles as addition to cement paste[J].Cement and Concrete Research,2000,30(9):1421-1425.
[4]韩兆兴.橡胶集料混凝土物理力学性能研究[D].北京:北京工业大学,2009.
[5]代灿灿,李宗坤,冯凌云,等.橡胶混凝土改性剂的配制研究[J].混凝土,2014(9):68-71.
[6]刘日鑫,徐开胜,高炜斌,等.胶粉对混凝土韧塑性的影响研究[J].新型建筑材料,2009(1):24-26.
[7]赵姜维.我国汽车轮胎用合成橡胶生产现状及发展趋势[J].北京汽车,2012(2):5-8.
[8]张玉龙,孙敏.橡胶品种与性能手册[M].北京:化学工业出版社,2012.
[9]Segre N,Paulo J,Monteiro M,et al.Surface characterization of recycled tire rubber to be used in cement paste matrix[J].Colloid and Interface Science,2002,248:521-523.
橡胶颗粒 篇7
一、橡胶颗粒沥青混合料的路用性能及设计施工特点
1. 橡胶颗粒沥青混合料的路用性能。
随着橡胶颗粒的掺入, 沥青混合料的弹性在较大温度范围内得到了提高, 在较高的使用温度下, 具有较大的弹性阶段的工作能力, 剩余变形积累较少, 而在负温度下有较大的变形能力, 因而高低温性能均得到了提高。而且, 橡胶颗粒的掺入还降低了混合料的温度敏感性, 使混合料最大温度收缩应变率的温度范围逐渐向低温方向发展, 掺加橡胶颗粒的沥青混合料的断裂温度有所降低, 断裂应力有所提高, 高温和低温性能总体优于其他沥青混合料。
由于橡胶颗粒可以提高路面的整体柔性, 使路面的弹性变形能力增强, 特别适用于铺筑防冻路面, 因此橡胶颗粒沥青混合料路面即使在低温下仍具有一定的弹性, 车辆行驶时车轮即可破坏路面上的冰层, 从而起到抑制路面结冰的作用, 增大轮胎与路面之间的滑动阻力。因此橡胶颗粒沥青混合料路面可以防湿滑、碎冰雪, 提高了安全系数和路面的服务品质。另外还可以增加雨天路面的抗滑能力, 减轻溅水, 雨天行驶视线清晰, 增强了路面抗滑防眩能力, 并且与标志线颜色对比强烈, 增强了夜间行车的可视性, 提高夜间行车的安全性。
此外, 橡胶颗粒沥青混合料路面还有降低路面噪音的功效。研究表明, 与传统的沥青路面相比, 橡胶颗粒沥青混合料路面噪音的降低在3d B以上。
2. 橡胶颗粒沥青混合料设计施工特点。
(1) 橡胶粉的选择。橡胶粉宜选用常温研磨粉碎的斜交轮胎橡胶粉。在保证易于碾压成型, 同时满足使用性能要求的前提下, 可尽量选用较粗的橡胶粉。无论是干拌法施工还是湿拌法施工, 路用橡胶颗粒宜在20~40目以内。
(2) 橡胶粉的掺量。橡胶颗粒沥青混合料中橡胶颗粒的掺量可根据实际使用的技术要求确定。一般来说, 橡胶颗粒的掺量越高, 相应的路用性能越好, 但同时橡胶颗粒沥青混合料的黏度增大, 施工的和易性降低, 因此橡胶颗粒的掺量有一定的合理范围, 一般为矿料总质量的2%~4% (外掺) 。
(3) 外掺剂的适用。为进一步改善橡胶颗粒沥青混合料的技术性能, 在加工过程中可掺加一定比例的含天然胶量较高的橡胶类材料, 或某些轻质油分。
(4) 配合比设计。应遵循现行规范关于沥青混合料的理论配合比设计、目标配合比设计、生产配合比设计以及混合料的试生产和试验路的铺设等配合比设计。宜采用马歇尔击实实验方法, 在有条件的地区也可使用旋转压实的实验方法。需要注意的是, 与普通AC型沥青混凝土相比较, 流值的大小并不能代表橡胶颗粒沥青混合料的抗变形能力, 车辙实验可以表征这种混合料的高温稳定性。
(5) 施工工艺技术要求。对于橡胶颗粒沥青混合料而言, 沥青及石料的加热温度应较普通沥青混合料有所提高;沥青加热温度一般在175~180℃, 具体加热温度可根据沥青品种而定;石料的加热温度可以控制在180~190℃。
采用干拌法工艺时, 宜将热的石料与橡胶颗粒先进行拌和, 然后再加入沥青和矿粉进行拌和。
橡胶颗粒沥青混合料的压实层最大厚度不宜大于100mm, 应使用性能良好的轧路机, 对碾压的基本要求是保证摊铺层达到规定的压实度和平整度。沥青混合料的压实应按初压、复压、终压三个阶段进行。轧路机应以慢而均匀的速度碾压。
碾压按紧跟、慢压、高频、低幅的原则进行, 应严格控制压实温度。橡胶沥青混凝土碾压温度的高低与橡胶沥青的黏度有关, 黏度越大, 碾压温度越高。橡胶沥青混凝土的初压温度一般不低于155℃, 复压温度不宜低于135℃, 终压的结束温度不宜低于90℃。
二、橡胶沥青混合料应用分析
在废旧轮胎回收利用的多种方式中, 由于橡胶沥青和橡胶粉沥青混合料技术应用效果显著, 对废旧轮胎的利用率较高, 并且对环境二次污染较小, 该技术的应用研究一直是废旧轮胎再生利用关注的焦点。
橡胶粉是一种高弹性有机高分子材料, 其基本的性质与石料具有明显差异, 它的添加改变了沥青混合料内部的组成结构和黏结接触状态, 这就从根本上改变了混合料的受力状态 (剪切应力和拉、压应力) , 同时也给混合料的级配组成设计、拌和成型等带来了一系列新的问题。因此, 有必要对橡胶颗粒沥青混合料的作用机理、橡胶颗粒本身的技术标准及橡胶颗粒沥青混合料配合比设计方法、路用性能及施工工艺进行系统的研究, 从而为橡胶颗粒沥青混合料的推广应用奠定基础, 并可以更科学、合理、经济地解决废旧橡胶轮胎的再生利用问题, 缓解环境压力、减少环境污染、水土流失和节约资源。
三、结论
在积雪寒冷地区和路面容易冻结的山间道路, 尤其是有一定纵坡的路段, 为了确保车辆的行驶要求, 需采用具有抑制冻结功能的路面, 其中使路面具有弹性, 通过车轮行驶荷载将路面结冰层破碎、融解, 进而防止路面冻结的路面称作物理式冻结抑制路面。掺入橡胶粉的沥青路面就是这种物理式冻结抑制路面。另外, 橡胶颗粒沥青混合料由于掺加了具有高弹特性的废旧轮胎橡胶粉, 使路面的韧性增强, 低温抗裂性能和高温抗车辙性能提高, 行车舒适性得到改善, 而且路面对噪声的吸收能力提高, 交通噪声明显降低;路面的耐磨性能增强;所铺筑的路面具有较高的抗滑性, 而且即使在非常潮湿的情况下, 其抗滑性能也很好。
橡胶颗粒 篇8
关键词：橡胶颗粒,再生混凝土,立方体抗压强度,轴心抗压强度,纳米材料
0前言
再生混凝土是将废弃混凝土破碎、筛分、清洗、分级后得到的再生骨料与一定比例的水泥、水、砂石、外加剂及外掺料配制而成的新型混凝土。二战后, 欧洲和日本等国开始重视废弃混凝土的回收再利用, 并多次制订了废弃混凝土的再生利用政策和法规, 对已有的废弃混凝土进行利用。日本非常注重建筑垃圾的再生利用, 将建筑垃圾中的废弃混凝土经过破碎、筛分、高温除尘等得到再生粗骨料和再生细骨料, 使废弃混凝土得到了100%的利用。德国也制订了相关法规, 规定再生骨料的各项指标必须满足天然骨料标准的相关要求, 对再生骨料的使用较严格, 此类举措使再生骨料的生产和使用更加规范[1]。
目前, 再生混凝土所使用的再生骨料大部分为再生粗骨料, 再生细骨料使用的较少。之所以不采用再生细骨料是因为再生细骨料为水泥浆粉末包裹着细砂, 吸水率较高, 使水泥用量较高, 并不经济, 因此, 一般的试验研究和工程实际中基本不使用再生细骨料。再生粗骨料在混凝土中可以替代一部分甚至完全替代天然粗骨料, 但由于再生粗骨料的不稳定性和不可预测性, 在工程实际中很少采用再生粗骨料100%替代天然粗骨料, 只是在试验研究方面采用再生粗骨料100%替代天然粗骨料作为对照组, 来分析替代率为100%时混凝土的力学性能变化。
此外, 随着汽车行业的发展, 废弃轮胎的数量日益增多, 目前所回收的废弃轮胎大部分作为燃料燃烧, 因此带来严重的环境问题[2]。而将橡胶颗粒作为外掺料加入到混凝土中, 不仅可以提高混凝土的抗氯离子性能, 还能改善混凝土的抗裂性能和延性, 在不污染环境的前提下改善混凝土的性能[3]。
本试验所采用的再生粗骨料替代率为30%, 配合比中的变量为橡胶颗粒的用量。
1 试验设计
1.1 原材料
水泥采用P·O 42.5级水泥;天然粗骨料采用山西产碎石, 粒径为5~25mm, 连续级配;再生粗骨料为废弃混凝土经破碎、筛分和清洗所得, 粒径5~25mm, 连续级配;砂为普通混凝土用砂;橡胶颗粒为回收加工后所得废弃橡胶颗粒, 其最大粒径分别为2mm、4mm、6mm和8mm四种;减水剂为高效聚羧酸减水剂, 减水率38%;纳米材料选用纳米Si O2, 详细指标见表1。
1.2 配合比设计
本试验所用混凝土配合比见表2, 水灰比0.33, 再生粗骨料替代天然粗骨料的取代率为30%, 橡胶颗粒的掺量分别为0、3%、5%、7%和10%, 纳米Si O2的掺量为1.2%, 不掺橡胶颗粒的掺量的再生混凝土作为本试验的对照组。再生混凝土中掺入橡胶颗粒为替代混凝土中细骨料的用量, 即砂的用量。试验所用试件均为标准模具和标准试件, 立方体抗压强度试件尺寸为150mm×150mm×150mm, 轴心抗压强度试件尺寸为150mm×300mm×300mm。再生混凝土强度离散性较大, 因此采用6个试件为一组, 最终取有效试件数据的平均值作为最终试验结果。
kg/m3
1.3 试验方法
将原材料按配合比分别放入搅拌机内, 搅拌180s后入模成型, 经振动台振捣密实后在室内置放24h拆模, 随即放入恒温恒湿养护室 (20℃±1℃, 湿度≥90%) 养护至指定龄期 (14d、28d、56d) 后进行试验。试验仪器为液压伺服万能试验机, 最大量程为2000k N, 加载速度和试验方法参照文献[4]。
2 试验结果及分析
再生混凝土强度与橡胶颗粒掺量的关系见图1、图2、图3和图4。
2.1 立方体抗压强度
从图1和图3可见, 再生混凝土立方体抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加而减小, 且混凝土立方体抗压强度随龄期的增长而增长。当混凝土中掺入纳米材料后, 混凝土立方体抗压强度增长幅度较大。具体试验结果见表3。
由表3可计算得到混凝土中不掺入纳米材料时, 28d立方体抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加分别降低了7.73%、31.96%、49.87%和54.12%;当混凝土中纳米材料的掺量为1.2%时, 28d立方体抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加分别降低2.82%、23.65%、41.41%和46.35%。
图1不同龄期再生混凝土立方体抗压强度和橡胶颗料掺量的关系 (纳米Si O2掺量为0)
图2不同龄期再生混凝土轴心抗压强度和橡胶颗料掺量的关系 (纳米Si O2掺量为0)
图3不同龄期再生混凝土立方体抗压强度和橡胶颗料掺量的关系 (纳米Si O2掺量为1.2%)
图4不同龄期再生混凝土轴心抗压强度和橡胶颗料掺量的关系 (纳米Si O2掺量为1.2%)
2.2 轴心抗压强度
从图2和图4可见, 加入橡胶颗粒后, 混凝土的轴心抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加而减小, 且轴心抗压强度随着龄期的增长而增长。当混凝土中掺入纳米材料后, 轴心抗压强度增长幅度较大。由此可见, 轴心抗压强度变化同立方体抗压强度变化情况相同。轴心抗压强度试验结果见表4。
由表4中计算得到当混凝土中不掺入纳米材料时, 28d轴心抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加而分别降低了6.19%、31.55%、49.34%和52.73%;当混凝土中纳米材料的掺量为1.2%时, 28d轴心抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加分别降低3.89%、25.49%、39.82%和43.36%。
2.3 橡胶颗粒掺量对混凝土强度的影响
由表3和表4中可知, 混凝土的强度随橡胶颗粒掺量的增加而降低。当纳米材料掺量为0, 橡胶颗粒掺量为3%时, 立方体抗压强度和轴心抗压强度分别降低7.73%和6.19%;当橡胶颗粒掺量继续增加时, 立方体抗压强度和轴心抗压强度急剧下降, 立方体抗压强度和轴心抗压强度最高分别降低54.12%和52.73%。当混凝土中加入纳米材料时, 强度下降趋势与不掺纳米材料相同, 也是在橡胶颗粒掺量为3%时, 强度下降最少。因此, 再生混凝土中橡胶颗粒的最佳掺量为3%。
再生混凝土中掺入橡胶颗粒后强度下降的最主要原因可能是由于橡胶颗粒的憎水性, 憎水性使其与水泥等胶凝材料不能很好地粘结, 致使和混凝土的结合较脆弱。另一个原因可能是橡胶颗粒的高孔隙率使其在混凝土内部造成中空状态, 导致混凝土强度较低。第三个原因可能是橡胶颗粒的弹性模量相对较低, 掺入到混凝土中导致混凝土强度大幅度降低[5]。
2.4 纳米材料对混凝土强度的影响
目前, 混凝土中用增加强度的纳米材料有纳米Si O2和纳米Ca CO3。在混凝土中掺入纳米Ca CO3和掺入一定量的硅灰效果相同, 但纳米Ca CO3价格较高且制造工艺复杂, 而硅灰是冶金加工时产生的一种废弃物, 硅灰扩散到大气中会造成污染, 加入混凝土中不仅可减少对大气的污染还可提高混凝土强度并增加混凝土的流动性, 因此混凝土中常掺加一定量的硅灰。大量试验证明, 在混凝土中掺入纳米Si O2和一定量的硅灰时, 混凝土强度增长明显。本试验掺入1.2%的纳米Si O2, 以此分析其对混凝土强度的影响。
由表3和表4可知, 掺入1.2%的纳米材料的再生混凝土中, 橡胶颗粒掺量分别为0、3%、5%、7%和10%时, 28d立方体抗压强度可分别提高9.54%、15.36%、22.92%、28.02%和28.09%;28d轴心抗压强度可分别提高10.32%、13.02%、20.08%、31.04和32.19%。
在混凝土中掺入适量的纳米Si O2可使其强度有一定幅度的提高, 并且当纳米材料掺量相同时, 混凝土强度随再生混凝土中橡胶颗粒掺量的增加而增加, 增长幅度也随橡胶颗粒掺量的增加而增加。原因可能是掺入纳米材料改善了混凝土的微观结构, 使混凝土的密实度增加, 填充了混凝土中的微小气孔。由试验结果可知, 随着橡胶颗粒掺量的增加, 混凝土密实度变小, 内部孔隙率增加。而在混凝土中加入纳米材料后, 纳米材料填充了部分橡胶颗粒在混凝土内所产生的微小气孔, 混凝土内孔隙率越高纳米材料改善混凝土强度的效果越明显。
2.5 不同龄期对混凝土强度的影响
由表3和表4可知, 当混凝土中橡胶颗粒的掺量为0时, 28d和56d龄期强度增长明显, 纳米Si O2掺量为0时, 14d立方体抗压强度分别增长45.05%和49.91%, 轴心抗压强度分别增长44.2%和50.9%;纳米Si O2掺量为1.2%时, 立方体抗压强度分别增长33.86%和39.37%, 轴心抗压强度分别提高了31.4%和37.56%。而当混凝土中橡胶颗粒掺量为3%、5%、7%和10%时, 28d和56d龄期较14d龄期增长效果较不掺入橡胶颗粒时低, 而当橡胶颗粒掺量为3%时, 28d和56d强度增长效果最好, 纳米Si O2掺量为0时, 立方体抗压强度分别提高37.69%和42.69%, 轴心抗压强度分别提高37.71%和43.34%;纳米Si O2掺量为1.2%时, 立方体抗压强度分别提高35.41%和38.03%, 轴心抗压强度分别提高31.8%和39.08%。
橡胶颗粒再生混凝土不同龄期强度变化和普通混凝土一致, 随着时间的推移, 混凝土内部发生的化学反应和物理反应更加充分, 使得混凝土的微观结构更加稳定、密实, 从而可以提高混凝土的力学性能。掺入纳米材料后, 混凝土28d和56d龄期下的立方体抗压强度和轴心抗压强度增长幅度没有不掺入纳米材料的混凝土增长幅度大。这是因为混凝土中掺入纳米材料后可以提高混凝土的早期强度, 并且增长幅度较大, 掺入纳米材料后的混凝土14d龄期下的立方体抗压强度较不掺入纳米材料的混凝土强度提高18.69%、17.31%、16.43%、19.14%和23.25%;轴心抗压强度提高21.06%、18.09%、22.78%、22.91%和25.53%。可见混凝土中掺入纳米材料后, 提高混凝土的早强效果明显, 而后期增长幅度较小, 且同龄期下混凝土的强度较不掺入纳米材料的混凝土强度高。
3 立方体和轴心抗压强度的关系
从以往的研究可知, 普通混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度满足以下关系:
式中, fck为轴心抗压强度;fcu为立方体抗压强度。
再生混凝土中橡胶颗粒掺量为3%、纳米材料掺量为0时, 轴心抗压强度和立方体抗压强度之比分别为0.671、0.67和0.674 (14d、28d和56d) ;再生混凝土中橡胶颗粒掺量为3%、纳米材料掺量为1.2%时, 轴心抗压强度和立方体抗压强度之比分别为0.675、0.657和0.681 (14d、28d和56d) 。由此发现, 普通混凝土的轴心抗压强度和立方体抗压强度之比的关系同样满足掺入橡胶颗粒后的再生混凝土。根据以上试验结果, 通过回归修正后得到再生混凝土中橡胶颗粒掺量为3%、纳米材料掺量为0时, 轴心抗压强度和立方体抗压强度关系式为:
式中, fck′和fcu′分别代表再生混凝土的轴心抗压强度和立方体抗压强度。
通过回归修正, 得到再生混凝土中橡胶颗粒掺量为3%、纳米材料掺量为1.2%时, 轴心抗压强度和立方体抗压强度关系式为:
式中, fck″和fcu″分别代表再生混凝土的轴心抗压强度和立方体抗压强度。
从上述系数可知, 当再生混凝土中掺入一定量纳米材料后, 轴心抗压强度的增长幅度和立方体抗压强度接近, 因此, 再生混凝土中加入适量纳米材料对这两种抗压强度有较好的相关性。
4 结论
(1) 再生混凝土强度随橡胶颗粒掺量的增加而降低, 当橡胶颗粒掺量为10%时, 立方体抗压强度和轴心抗压强度最高分别降低54.12%和52.73%;当橡胶颗粒掺量为3%时, 混凝土立方体抗压强度和轴心抗压强度减小最少, 分别只降低了7.73%和6.19%, 即3%为橡胶颗粒的最佳掺量。
(2) 当再生混凝土中掺入1.2%的纳米材料后, 28d立方体抗压强度相比不掺入纳米材料的再生混凝土最高提高28.09%, 轴心抗压强度最高提高32.19%。
(3) 橡胶颗粒再生混凝土强度在不同龄期的变化关系和普通混凝土一致, 随着时间的推移, 混凝土强度也跟着提高, 并且前期增长速度较快, 后期增长效果不明显。
(4) 橡胶颗粒再生混凝土的轴心抗压强度和立方体抗压强度的关系与普通混凝土的基本一致, 普通混凝土的两者之比为0.76, 而掺入纳米材料的橡胶颗粒再生混凝土的两者之比为0.734, 掺入1.2%的纳米材料的橡胶颗粒再生混凝土的两者之比为0.752。即在橡胶颗粒再生混凝土中掺入适量的纳米材料对混凝土的轴心抗压强度和立方体抗压强度相关性有较好的影响。
参考文献
[1]梁济丰, 武卫, 李赞成.再生混凝土二次再生利用研究[J].混凝土, 2011 (2) :45-47.
[2]李悦, 韩兆兴, 王敏, 等.掺废橡胶微粒的再生混凝土物理力学性能[J].北京工业大学学报, 2009 (6) :35-37.
[3]Eldin Neil N., Senouci Ahmed B.Rubber-tire particles as concrete aggregate[J].Journal of Materials in Civil Engineering, 1993, 5 (4) :478-496.
[4]中华人民共和国建设部.GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.