一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法

本发明涉及一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，属于水泥基材料界面性能试验方法研究领域。

背景技术：

1、废旧轮胎是一种固体废弃物。随着汽车工业的快速发展，我国废旧轮胎产生量增长迅速，每年约为3亿多条，折合重量已突破1000万吨。废旧轮胎数量逐年增长，造成了严重的黑色污染，因此，为了解决废旧轮胎环境污染问题、探寻其再生循环利用的有效途径，将废旧轮胎橡胶回收用于建筑材料进行了广泛的研究。

2、橡胶混凝土是在普通混凝土基体中掺入橡胶集料的一类新型水泥基复合材料。将废轮胎橡胶颗粒作为部分集料的替代掺入普通水泥混凝土中，既减少了废轮胎固体废弃物，又能改善普通水泥混凝土的相关性能。然而常规橡胶混凝土内部界面粘结性能较差，抗压强度等性能会随橡胶掺量增加而急剧下降。因此，进行橡胶集料的表面改性被证实是提高橡胶集料与水泥基体界面粘结性能的有效方法。

3、目前国内外虽然研究了多种橡胶颗粒表面改性方法来改善橡胶混凝土性能，但其形成机理缺乏专题研究，且用于橡胶改性的化学试剂和溶液极易对生态环境和人体造成很大伤害，缺少新方法的探索。因此，本发明创造性地提出一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微表面性能提升机理评价方法，可有效弥补现行试验方法的不足，处理方式清洁、对环境无污染。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，研究其改性作用机理，评价其改性效果。

2、一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，包括以下步骤：

3、步骤1，制备安全且环保的改性溶液-聚乙烯醇(pva)溶液、聚乙二醇-200(peg)溶液和羟丙基甲基纤维素(hy)溶液；

4、步骤2，用筛网去除杂质，筛选符合级配要求的废轮胎橡胶细集料；

5、步骤3，将改性溶液与废轮胎橡胶细集料混合搅拌5min后使其充分浸润，搅拌完成后分别在20℃、50℃、80℃条件下分别进行30min、60min、120min的微表面共混共聚接枝反应；

6、步骤4，采用红外光谱试验、接触角试验、环境扫描电镜(esem)和能量色散x射线光谱(edx)技术评价分析经不同溶液微表面改性后的废轮胎橡胶细集料的微表面物理化学特征，评价其与水泥石间微界面粘结性能提升机理。

7、优选的，所述浓度为6％的聚乙烯醇(pva)溶液、浓度为0.6％的羟丙基甲基纤维素(hy)溶液和浓度为99％的聚乙二醇-200(peg)溶液，在此浓度下的改性溶液流动性良好，可与废轮胎橡胶细集料反应完全。

8、优选的，所述筛网孔径范围为1.88mm～4.75mm，可进一步筛选出级配要求的废轮胎橡胶细集料。

9、优选的，所述用磁力搅拌仪将废轮胎橡胶细集料与改性溶液充分混合搅拌5min后，分别置于烘箱内进行改性试验，烘箱温度设置为20℃、50℃、80℃，加热时间分别为30min、60min、120min，验证不同温度及时间条件下对界面改性效果的影响。

10、优选的，采用红外光谱试验对改性前后的废轮胎橡胶集料表面的羟基官能团红外峰值(-oh，红外吸收峰范围：3000-3650cm-1)进行定性分析，验证分析改性溶液在废轮胎橡胶细集料表面引入大量羟基官能团。

11、优选的，采用接触角试验测定改性前后的废轮胎橡胶集料表面接触角大小，根据接触角小于90°，判断改性前后废轮胎橡胶细集料表面亲疏水差异，进一步验证分析改性溶液对废轮胎橡胶细集料表面亲水性能的改善。

12、优选的，所述采用环境扫描电镜(esem)对改性前后的废轮胎橡胶集料微表面形貌进行表征分析，采用能量色散x射线光谱(edx)技术分析改性前后的化学元素c和o含量，验证改性后的废轮胎橡胶集料微表面形貌更致密，o元素含量更多，分布更加均匀。

13、进一步的，所述综合分析羟基官能团红外峰值变化、表面接触角大小、微表面形貌变化以及c、o元素含量变化分布情况，评价三种改性溶液对废轮胎橡胶细集料微表面改性效果，确定最佳改性方式及反应条件，揭示改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理。

14、相比现有技术，本发明的有益效果为：

15、1.本发明提出一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，可以有效评价不同界面改性方式对橡胶细集料微表面特性的影响，揭示改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间界面性能提升机理。

16、2.本发明所用的材料获取简单，聚乙烯醇(pva)溶液、聚乙二醇-200(peg)溶液和羟丙基甲基纤维素(hy)溶液价格较低、操作简便，经济环保，可减少对环境影响。

17、3.本发明可有效改性废轮胎橡胶细集料表面极性，操作流程规范，可复制性强，可高效运用到橡胶混凝土材料，减少固废污染。

技术特征：

1.一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，其特征在于：制备浓度为6％的聚乙烯醇(pva)溶液、浓度为0.6％的羟丙基甲基纤维素(hy)溶液和浓度为99％的聚乙二醇-200(peg)溶液，在此浓度下的改性溶液流动性良好，可与废轮胎橡胶细集料反应完全。

3.根据权利要求1所述的一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，其特征在于：筛网孔径范围为1.88mm～4.75mm，可进一步筛选出级配要求的废轮胎橡胶细集料。

4.根据权利要求1所述的一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，其特征在于：用磁力搅拌仪将废轮胎橡胶细集料与改性溶液充分混合搅拌5min后，分别置于烘箱内进行改性试验，烘箱温度设置为20℃、50℃、80℃，加热时间分别为30min、60min、120min，验证不同温度及时间条件下对界面改性效果的影响。

5.根据权利要求1所述的一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，其特征在于：采用红外光谱试验对改性前后的废轮胎橡胶集料表面的羟基官能团红外峰值(-oh，红外吸收峰范围：3000-3650cm-1)进行定性分析，验证分析改性溶液在废轮胎橡胶细集料表面引入大量羟基官能团。

6.根据权利要求1所述的一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，其特征在于：采用接触角试验测定改性前后的废轮胎橡胶集料表面接触角大小，根据接触角小于90°，判断改性前后废轮胎橡胶细集料表面亲疏水差异，进一步验证分析改性溶液对废轮胎橡胶细集料表面亲水性能的改善。

7.根据权利要求1所述的一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，其特征在于：采用环境扫描电镜(esem)对改性前后的废轮胎橡胶集料微表面形貌进行表征分析，采用能量色散x射线光谱(edx)技术分析改性前后的化学元素c和o含量，验证改性后的废轮胎橡胶集料微表面形貌更致密，o元素含量更多，分布更加均匀。

8.根据权利要求1所述的一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，其特征在于：综合分析羟基官能团红外峰值变化、表面接触角大小、微表面形貌变化以及c、o元素含量变化分布情况，评价三种改性溶液对废轮胎橡胶细集料微表面改性效果，确定最佳改性方式及反应条件，揭示改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理。

技术总结
本发明公开一种改性废轮胎橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理评价方法，可用于评价不同改性方式对橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理的影响；首先制备三种改性溶液，聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇‑200(PEG)和羟丙基甲基纤维素(HY)溶液，与橡胶细集料混合搅拌后在不同温度和时间下进行微界面共混共聚接枝反应；采用红外光谱试验分析改性前后橡胶细集料表面羟基官能团红外峰值变化规律；采用接触角试验测量橡胶细集料表面接触角大小，验证其亲水特性；采用ESEM电镜及EDX技术分析橡胶细集料微表面形貌及化学元素含量变化，本发明可综合评价不同界面改性方式对橡胶细集料微表面特性的影响，揭示改性橡胶细集料与水泥石间微界面性能提升机理。

技术研发人员：王家庆,宋广伟,李强,叶耀,赵晨宇
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17