一种钢管约束改性级配橡胶混凝土柱及建造方法

1.本发明涉及绿色建筑材料及结构工程领域，具体涉及一种钢管约束改性级配橡胶混凝土柱及建造方法。


背景技术：

2.当前，随着我国城镇化的不断推进，对混凝土的需求也将持续增加。混凝土作为目前使用量最大的建筑材料，有报道全世界每年的消耗量已超过了175亿吨。制备如此大体积的混凝土，将消耗大量的天然粗骨料与细骨料。而目前，天然细骨料主要以河砂为主，河砂的过度开采将带来严重的地质灾害。同样，随着全球交通运输业的繁荣发展，也导致了全球每年废旧轮胎的报废数量正以亿条为单位持续增长。大量的废旧轮胎的产生给环境带来的压力无疑的不可接受的，但其处理方式还主要以集中堆积为主，通过再处理、烧热供能等方式进行处理的占比小。过多的废旧轮胎堆积，不仅占用大量耕地，而且还将带来严重的环境污染。部分学者提出将废旧轮胎研磨得到不同粒径的橡胶粉，采用橡胶粉对天然骨料进行部分或全部取代，将对于缓解废旧轮胎过多以及天然骨料短缺的问题起到促进作用。
3.当前，由于橡胶混凝土自身弹性模量低、橡胶与水泥浆体之间的界面粘结性能差以及收缩大等缺点，使得橡胶混凝土结构的使用范围仅限于非主体结构中使用。而目前现有研究中，关于橡胶粉的取代方式破坏了含橡胶粉的细骨料级配的连续与完整，必将导致橡胶粉取代天然细骨料后混凝土力学性能劣化严重、收缩较大。


技术实现要素：

4.为了克服上述问题，本发明提供了一种钢管约束改性级配橡胶混凝土柱及其建造方法，采用钢管对改性级配橡胶混凝土提供侧向约束。该柱在兼顾承载力的同时具有较强的延性和耗能能力，并且采用绿色混凝土材料具有显著的环境效益。
5.本发明的目的采用以下技术方案来实现：
6.第一方面，本发明提供一种钢管约束改性级配橡胶混凝土柱，包括改性级配橡胶混凝土和不同截面形状的钢管，改性级配橡胶混凝土填充于钢管内，钢管对其提供侧向约束并作为其永久模板。
7.优选地，所述钢管截面形状为圆形、方形、椭圆形中的至少一种，以满足不同工程条件的需求。
8.优选地，所述钢管的截面形状为矩形、圆形、椭圆形、l型以及t型中的至少一种，厚度小于40mm。
9.优选地，所述改性级配橡胶混凝土，指的是采用naoh溶液对橡胶粉进行表面预处理，以提高橡胶粉与水泥浆体之间的粘结性能，改善橡胶混凝土的力学和耐久性能。
10.优选地，所述级配橡胶粉是指优化橡胶粉的取代方式，保证橡胶粉取代天然细骨料以后，混凝土内含橡胶粉的细骨料级配的连续与完整。
11.优选地，所述优化橡胶粉的取代方式，是指采用特定粒径或者部分连续粒径的橡
胶粉取代同等粒径的或是部分连续粒径的天然细骨料，不破坏原有级配。
12.本发明提供一种钢管约束改性级配橡胶混凝土柱的建造方法，包括以下步骤：
13.步骤1：随机选取3份天然细骨料试样进行筛分实验，并统计各筛孔剩余百分率，随后将三次实验结果进行平均化处理，得到天然细骨料的级配曲线；
14.步骤2：将天然细骨料按照0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm进行筛分备用；
15.步骤3：将自然风干的改性橡胶粉进行筛分，按照0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm筛分备用；
16.步骤4：选择步骤3中特定粒径区间的橡胶粉取代步骤2中对应粒径区间的天然细骨料，之后按照步骤1中已确定的天然细骨料的级配曲线，补全其余粒径区间天然细骨料，得到包含橡胶骨料的级配细骨料；
17.步骤5：按量称取水泥，与含橡胶集料的级配细骨料混合后，加入强制式搅拌机搅拌均匀，随后依次加入按量称取的粗骨料、水、减水剂，搅拌均匀即可；
18.步骤6：将制备得到的改性级配橡胶粉混凝土立即倒入钢管中，采用振捣棒对钢管内混凝土进行充分振捣，定期养护，即完成建造。
19.优选地，所述naoh溶液的浓度为1mol/l，在氢氧化钠溶液中的浸泡时间为1小时。
20.优选地，所述步骤2中，天然细骨料采用天然河砂，粒径介于0.15-4.75mm之间，细度模数为2.6-2.8。
21.优选地，所述步骤3中，橡胶粉为废旧轮胎研磨而成，粒径范围介于0.15-4.75mm之间。
22.优选地，所述步骤5中，水泥为p.o 42.5等级的普通硅酸盐水泥。
23.优选地，所述步骤5中，天然粗骨料为碎石，粒径介于5-20mm之间，级配良好。
24.优选地，所述步骤5中，减水剂为聚羧酸高效减水剂。
25.优选地，所述步骤5中，水采用符合国家标准的自来水。
26.本发明的有益效果为：
27.(1)本发明中使用的改性级配橡胶混凝土，通过引入橡胶粉表面改性技术，提高了橡胶粉与水泥浆体之间的粘结性能，显著改善了橡胶混凝土的力学性能。同时优化了橡胶粉取代天然细骨料的取代方式，使得内部孔径分布更加均匀，混凝土内含橡胶粉的细骨料的级配完整连续，进一步改善了橡胶混凝土的力学性能，控制其收缩性能。
28.(2)本发明中采用钢管约束改性级配橡胶混凝土，多措并举进一步提高了改性级配橡胶混凝土的力学性能，制备的钢管约束改性级配橡胶混凝土柱具有较高承载力，同时兼顾较高的抗冲击和抗震能力。也将有利推动橡胶混凝土在主要承重结构使用的可能，将有力的缓解当前过量的废旧轮胎堆积给环境和人类健康带来的威胁。同时，钢管还能够作为橡胶粉混凝土的永久模板，极大的简化的施工工艺流程，加快了建造速度。并且，将改性级配橡胶混凝土约束在钢管内，能够避免橡胶在高温后产生有毒气体的挥发，保护人民健康。
附图说明
29.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限
制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
30.图1为本发明实施例1的一种钢管约束改性级配橡胶混凝土的结构示意图；
31.图2为本发明实施例2的一种钢管约束改性级配橡胶混凝土的结构示意图；
32.图3为本发明实施例3的一种钢管约束改性级配橡胶混凝土的结构示意图；
33.图4为本发明实施例4的一种钢管约束改性级配橡胶混凝土的结构示意图；
34.图5为本发明实施例5的一种钢管约束改性级配橡胶混凝土的结构示意图；
具体实施方式
35.结合以下实施例对本发明作进一步描述。
36.实施例1：
37.一种钢管约束改性级配橡胶混凝土柱及其制造方法，如图1所示，制备包括如下步骤：
38.步骤1：随机选取3份天然细骨料试样进行筛分实验，并统计各筛孔剩余百分率，随后将三次实验结果进行平均化处理，得到天然细骨料的级配曲线；
39.步骤2：将天然细骨料按照0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm进行筛分备用；
40.步骤3：将自然风干的改性橡胶粉进行筛分，按照0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm筛分备用；
41.步骤4：选择步骤3中特定粒径区间的橡胶粉取代步骤2中对应粒径区间的天然细骨料，之后按照步骤1中已确定的天然细骨料的级配曲线，补全其余粒径区间天然细骨料，得到包含橡胶骨料的级配细骨料；
42.步骤5：按量称取水泥，与含橡胶集料的级配细骨料混合后，加入强制式搅拌机搅拌均匀，随后依次加入按量称取的粗骨料、水、减水剂，搅拌均匀即可；
43.步骤6：将制备得到的改性级配橡胶粉混凝土立即倒入2-方钢管中，采用振捣棒对方钢管内混凝土进行充分振捣，定期养护，即完成建造。
44.实施例2：
45.一种钢管改性级配橡胶混凝土柱及其制造方法，制备过程与实例1均相同，唯一不同的地方在于采用3-圆钢管，如图2所示。
46.实施例3：
47.一种钢管改性级配橡胶混凝土柱及其制造方法，制备过程与实例1均相同，唯一不同的地方在于采用4-椭圆钢管，如图3所示。
48.实施例4：
49.一种钢管改性级配橡胶混凝土柱及其制造方法，制备过程与实例1均相同，唯一不同的地方在于采用5-t形钢管，如图4所示。
50.实施例5：
51.一种钢管改性级配橡胶混凝土柱及其制造方法，制备过程与实例1均相同，唯一不同的地方在于采用6-l形钢管，如图5所示。
52.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保
护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。