一种PVA粉末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粉末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，目前用于工程领域的橡胶混凝土基本上其橡胶颗粒按等体积替代部分细骨料的体积不会超过10％，这是由于当橡胶的含量超过10％时，其强度就会出现一个明显的降低，导致橡胶混凝土在工程中始终无法得到大规模的应用。

pva(聚乙烯醇)粉末作为一种水溶性的高聚合物，性能介于塑料和橡胶之间，与水泥、橡胶等材料有良好的亲和力和结合性。并且，pva在加热溶解后回到室温时不会重新凝固，这就为利用pva改性橡胶混凝土提供了基础。

因此，可以利用pva粉末特性，改善橡胶的亲水性，从而使橡胶和混凝土颗粒结合良好，在一定程度提高大掺量橡胶混凝土的强度，并改善大掺量橡胶混凝土的综合性能。

技术实现要素：

本发明针对现有的大掺量橡胶混凝土的强度降低问题，提供一种pva粉末改性橡胶混凝土及其制备方法，利用pva粉末的特性改善橡胶混凝土的界面性质，提高大掺量橡胶混凝土的力学性能，从而改善大掺量橡胶混凝土的性能，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粉末改性橡胶混凝土，包括水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰、膨胀剂、pva粉末、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所述细骨料用量的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粉末的用量为所述水泥用量的0.15％～0.25％，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粉末、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粉末改性橡胶混凝土的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照pva粉末和水的用量，将pva粉末溶于水中，配成pva溶液；

步骤2，按照橡胶颗粒的用量，将橡胶颗粒放入步骤1得到的pva溶液中，并采用超声混合若干分钟；

步骤3，按配合比将水泥、细骨料、粗骨料、硅灰、膨胀剂和减水剂，以及步骤2得到的含有橡胶颗粒的pva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粉末改性橡胶混凝土。

进一步地，步骤1中，在配成pva溶液过程中，先将pva粉末放入容器中以75℃的温度加热5小时后使pva粉末溶解于水，pva粉末溶解后静置0.5小时制作成为pva溶液并密封保存。

本发明的有益效果是：本发明通过提供一种pva粉末改性橡胶混凝土及其制备方法，利用pva粉末的特性改善橡胶混凝土的界面性质，提高大掺量橡胶混凝土的力学性能，从而改善大掺量橡胶混凝土的性能，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粉末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粉末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粉末改性橡胶混凝土，由水泥、细骨料、粗骨料、橡胶颗粒、硅灰、膨胀剂、pva粉末、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所述细骨料用量的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粉末的用量为所述水泥用量的0.15％～0.25％，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粉末、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，质量指标均符合国家标准。

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。本发明所优先采用的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％。

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，本发明中选用的硅灰的平均粒径为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。所述膨胀剂采用硫铝酸钙类混凝土膨胀剂，为与水泥、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(聚乙烯醇)粉末作为一种水溶性的高聚合物，性能介于塑料和橡胶之间，与水泥、橡胶等材料有良好的亲和力和结合性。并且，pva在加热溶解后回到室温时不会重新凝固，这就为利用pva改性橡胶混凝土提供了基础。

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。

本发明pva粉末改性橡胶混凝土的制备方法为：

为了让pva粉末与橡胶颗粒充分接触，首先，按照pva粉末和水的用量，将pva粉末溶于水中，配成pva溶液后再拌合混凝土。为了保证pva粉末溶于水且不被分解，先将pva粉末放入容器中以75℃的温度加热5小时后使其溶解于水，溶解后静置0.5小时制作成为pva溶液并密封保存。

在制备pva粉末改性橡胶混凝土时，按照橡胶颗粒的用量，将橡胶颗粒放入pva溶液中，并将含有橡胶颗粒的pva溶液放入超声波设备中利用超声波分散15分钟～30分钟，使橡胶颗粒与pva溶液充分混合；然后，按配合比将所述水泥、细骨料、粗骨料、硅灰、膨胀剂和减水剂，以及上述得到的含有橡胶颗粒的pva溶液倒入搅拌锅中，搅拌后浇筑到模具中浇筑成型，养护28天，制备pva粉末改性橡胶混凝土。

所述pva溶液为将pva粉末放入容器中与水混合搅拌加热至75℃，连续加热5小时所得到的溶液，由于pva在高温下溶于水，所以当溶液冷却回室温的时候pva粉末不会析出，继续保持液态。因此可使用pva溶液浸泡橡胶颗粒，对橡胶颗粒表面进行改性。

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，pva粉末用量为0.6kg/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粉末、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粉末用量，成本最为低廉，相较于普通橡胶混凝土，其抗压强度提高15％，抗折强度提高10％。

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，pva粉末用量为0.90kg/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粉末、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粉末用量，成本较低，相较于普通橡胶混凝土，其抗压强度提高20％，抗折强度提高15％。

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180kg/m³混凝土，硅灰用量为10kg/m³混凝土，膨胀剂用量为20kg/m³混凝土，pva粉末用量为1.25kg/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粉末、水和减水剂混合制成表观密度为2300kg/m³的混凝土。该配合比具有较大的pva粉末用量，成本较高，相较于普通橡胶混凝土，其抗压强度提高25％，抗折强度提高20％。

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。由于橡胶和混凝土的界面原因尤其在大掺量橡胶混凝土的情况下，混凝土强度下降很快，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。当利用pva溶液对橡胶混凝土进行界面改性的时候发现，虽然在小掺量橡胶颗粒的条件下pva改性橡胶混凝土的强度没有提高，但在大掺量橡胶颗粒的条件下，pva改性橡胶混凝土的强度较普通橡胶混凝土的抗压强度(如图1)和抗折强度(如图2)都有大幅度提升。这说明了pva改性橡胶混凝土在橡胶颗粒大掺量的情况下能够有效的发挥pva对水泥和橡胶颗粒的亲和性，可以延缓大掺量橡胶混凝土强度下降趋势，提高大掺量橡胶混凝土的力学性能，从而改善大掺量橡胶混凝土的性能，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。

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。