作为一种超弹性材料,橡胶可以混合到砂浆(或混凝土)中以改善混凝土的抗粘接能力和延展性。橡胶的混合物可以通过物理相互作用改变混凝土的内部结构,而不改变砂浆(或混凝土)中每个组分的化学性质。但由于橡胶的表观密度远小于水泥基材料的密度,因此橡胶颗粒可能与橡胶和砂浆混合物中的水泥基材料分离,因此,橡胶颗粒将向上浮动。本研究提出了一种抑制橡胶颗粒浮动橡胶颗粒的新方法:将砂浆中的纤维素醚加入水柱比为0.45,以改善混合物的迁移率。同时,本研究采用二次正交旋转组合实验方法,对纤维素醚的混合量的影响进行研究(0〜5.43kg / m3.)和砂浆代替砂浆(0〜0.5)的橡胶比率对面包屑橡胶砂浆的均匀性,一致性和28天(28d)强度的比率,并且还研究纤维素醚对浮动的抑制作用橡胶。结果表明,混合到砂浆中的纤维素醚可以显着改善混合物的迁移率并抑制橡胶的漂浮性。但随着纤维素醚的混合量的增加,砂浆的28d强度显示出明显的降低趋势。本研究在Crumb橡胶砂浆,面包屑橡胶混凝土和其他轻质骨料混凝土的实际应用中具有指导作用。
橡胶作为碎屑橡胶砂浆(或混凝土)中的一种超弹性材料,在不改变砂浆(或混凝土)中各组分化学性质的情况下,可在砂浆(或混凝土)中掺入橡胶,通过物理作用改变混凝土的内部结构。研究[
显然,橡胶的密度远小于水泥基材料的密度,这必然会导致混合料中橡胶颗粒与水泥基材料分离。Wang等[
该研究在砂浆中添加纤维素醚,以改善混合物的迁移率并抑制橡胶颗粒向上漂浮。它采用二次正交旋转组合实验的方法,以研究纤维素醚对橡胶漂浮的抑制作用,包括16组模塑试样,每组3种样品。
为减少材料的影响,本试验采用的混凝土外加剂包括混凝土外加剂检验专用参考水泥和中国ISO标准砂。水泥采用山东鹿城水泥有限公司生产的P⋅I 42.5硅酸盐水泥(详见补充文件)。化学成分见表
参考水泥的化学成分。
| SiO2 | 艾尔2O3. | 菲2O3. | 曹 | 分别以 | 所以2 | NA.2Oeq | f-CaO | 损失 | CL− |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 22.19 | 4.48 | 3.23 | 63.10 | 2.41 | 2.57 | 0.53 | 0.88 | 2.03 | 0.013 |
参考水泥的物理性能。
| 类型 | 抗压强度 | 断裂强力 | 密度(克/厘米3.) | 比表面积(m2/公斤) | 标准的一致性(%) | 稳定性(毫米) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3 d | 28 d | 3 d | 28 d | |||||
| P·I 42.5波特兰水泥 | 27.2 | 51.2 | ≥3.5 | ≥6.5 | 3.16 | 342 | 26.4 | 0.1 |
中国ISO标准砂粒度技术数据。
| 方孔筛的孔径(mm) | 0.65 | 0.40 | 0.25 |
| 筛渣累计重量(%) | 2.5% | 42.6 | 95.2 |
胶粉技术资料。
| 平均粒度( |
筛目尺寸( |
筛网残留物(%) | 灰分(%) | 丙酮提取物(%) | |
|---|---|---|---|---|---|
| 40目 | 367 | 425. | ≤10 | ≤8 | ≤8 |
本实验中使用的还原剂是多元羧酸高性能减水剂(缓慢凝固型),降低水分率为27%。纤维素醚是河南天生化工有限公司生产的羟丙基甲基纤维素(MK-20000s);使用的水是自来水。
正交试验设计是一种高效、快速、经济的多因素、多水平试验设计方法。基于正交性从综合测试中选取一些有代表性的点[
双因素组合实验中测试点在因子空间中的分布。
纤维素含量上限(
橡胶代砂量上限(
然后,根据上述理论和方法进行实验设计。因子水平的编码时序如表所示
编码时间表的编码时间表。
| 正则变量 |
自然变量 |
|
|---|---|---|
| 纤维素混合量 |
橡胶替代率 |
|
| 星号上臂 |
5.43 | 50%(432千克) |
| 上一级 | 4.64 | 42.68(368.76公斤) |
| 0 0级 | 2.72 | 25%(216公斤) |
| 低水平−1 | 0.79 | 7.32%(63.24公斤) |
| 下星号臂− |
0 | 0(0公斤) |
| 变化的时间间隔 |
1.92 | 17.68%(152.76公斤) |
试验方案和配合比的设计。
| 数量 |
|
|
纤维素混合量 |
橡胶替代率 |
水泥(公斤) | 水灰比 | 砂(公斤) | 橡胶(公斤) | 减剂(公斤) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 4.64 | 0.43 | 720 | 0.45 | 619.06 | 184.38 | 10.8 |
| 2 | 1 | −1 | 4.64 | 0.07 | 720 | 0.45 | 1000.94 | 31.62 | 10.8 |
| 3. | −1 | 1 | 0.79 | 0.43 | 720 | 0.45 | 619.06 | 184.38 | 10.8 |
| 4 | −1 | −1 | 0.79 | 0.07 | 720 | 0.45 | 1000.94 | 31.62 | 10.8 |
| 5 | −1.414 | 0 | 0.00 | 0.25 | 720 | 0.45 | 810.00 | 108.00 | 10.8 |
| 6 | 1.414 | 0 | 5.43 | 0.25 | 720 | 0.45 | 810.00 | 108.00 | 10.8 |
| 7 | 0 | −1.414 | 2.72 | 0.00 | 720 | 0.45 | 1080.00 | 0.00 | 10.8 |
| 8 | 0 | 1.414 | 2.72 | 0.50 | 720 | 0.45 | 540.00 | 216.00 | 10.8 |
| 9 | 0 | 0 | 2.72 | 0.25 | 720 | 0.45 | 810.00 | 108.00 | 10.8 |
| 10 | 0 | 0 | 2.72 | 0.25 | 720 | 0.45 | 810.00 | 108.00 | 10.8 |
| 11 | 0 | 0 | 2.72 | 0.25 | 720 | 0.45 | 810.00 | 108.00 | 10.8 |
| 12 | 0 | 0 | 2.72 | 0.25 | 720 | 0.45 | 810.00 | 108.00 | 10.8 |
| 13 | 0 | 0 | 2.72 | 0.25 | 720 | 0.45 | 810.00 | 108.00 | 10.8 |
| 14 | 0 | 0 | 2.72 | 0.25 | 720 | 0.45 | 810.00 | 108.00 | 10.8 |
| 15 | 0 | 0 | 2.72 | 0.25 | 720 | 0.45 | 810.00 | 108.00 | 10.8 |
| 16 | 0 | 0 | 2.72 | 0.25 | 720 | 0.45 | 810.00 | 108.00 | 10.8 |
本文实验测量了混合料成型后的稠度和28d强度,以及橡胶颗粒在截面上分布的均匀度。
实验使用一致性来研究砂浆的移动性。一致性是指砂浆的性能,其易于在其自重或外力下流动。一致性的量由下沉度(mm)表示,并且测试设备是砂浆一致性测试仪。通常,水泥砂浆的大一致性表明砂浆中的大含水量。因此,水泥砂浆的一致性越大,砂浆的移动性越好。将落叶锤的测量程度沉入砂浆用作评估砂浆稠度的指标。在测量过程中,用不同混合比例的每组水泥砂浆材料测量两次,采用两种实验结果的算术平均值作为最终实验结果,并准确到1毫米。如果两个实验值之间的差异大于10毫米,则应执行重新采样进行测量。
按照JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》标准进行橡胶水泥砂浆稠度试验。测试装置如图所示
砂浆稠度测试仪。
本实验通过对橡胶颗粒分布面积的分层统计,计算出橡胶颗粒分布的均匀性指标。在这个实验中,首先取一个试样,把它放在压力机上,把它纵向分成两半。然后使用单反相机拍摄高清照片,进行图像处理和矢量化,得到橡胶颗粒沿试件高度方向的清晰分布。提取矢量化的橡胶颗粒的数量和面积,量化橡胶颗粒的分布,作为橡胶分布的均匀性指标。橡胶均匀度分布指标的加工流程如图所示
橡胶均匀性计算流程图。
橡胶分布均匀性指标将试件分为三层,即上层(A)、中层(B)和下层(C) [
二元二次正交旋转组合实验表及结果如表所示
设计二元正交旋转组合的实验数据。
| 数量 |
|
|
一致性(毫米) | 28d强度(kN) | 均匀性指数 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 57 | 12.31 | 1.16 |
| 2 | 1 | −1 | 62 | 19.8 | 1.8 |
| 3. | −1 | 1 | 102 | 13.46 | 0.54 |
| 4 | −1 | −1 | 108 | 30.67 | 1.08 |
| 5 | -1.4142 | 0 | 110 | 28.86 | 0.32 |
| 6 | 1.4142 | 0 | 50 | 15.39 | 1.18 |
| 7 | 0 | -1.4142 | 80 | 29.76 | 1.05 |
| 8 | 0 | 1.4142 | 65 | 10.82 | 0.73 |
| 9 | 0 | 0 | 73 | 15.09 | 1.25 |
| 10 | 0 | 0 | 79 | 16.76 | 0.93 |
| 11 | 0 | 0 | 82 | 15.46 | 1.11 |
| 12 | 0 | 0 | 78 | 17.75 | 1.44 |
| 13 | 0 | 0 | 76 | 18.07 | 1.33 |
| 14 | 0 | 0 | 79 | 19.38 | 1.3 |
| 15 | 0 | 0 | 76 | 17.57 | 1.2 |
| 16 | 0 | 0 | 83 | 17.02 | 1.26 |
对均匀性影响因素进行方差分析,如表所示
砂浆均匀性方差分析。
| 的变异来源 | 平方和 | 自由度 | 均方 | 偏相关 | 特定价值 | 显著性水平 |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
0.8168 | 1 | 0.8168 | 0.8046 | 18.3604 | 0.0016. |
|
|
0.3332 | 1 | 0.3332 | −0.6544 | 7.4889 | 0.021 |
|
|
0.1984 | 1 | 0.1984 | −0.5554 | 4.4609 | 0.0608 |
|
|
0.0612 | 1 | 0.0612 | −0.3479 | 1.3768 | 0.2678 |
|
|
0.0025. | 1 | 0.0025. | −0.0748 | 0.0562 | 0.8174 |
| 回归 | 1.4121 | 5 | 0.2824 |
|
0.0273 | |
| 残留 | 0.4449 | 10 | 0.0445 | |||
| 缺乏契合 | 0.2793 | 3. | 0.0931 |
|
0.0431 | |
| 错误 | 0.1656 | 7 | 0.0237 | |||
| 总和 | 1.857 | 15 |
去掉不重要的whose项
对建立的回归模型采用下降法,将橡胶的替代率固定在零水平,即可得到纤维素醚混合量的单因素模型。纤维素掺量单因素效应分析曲线如图所示
纤维素醚对橡胶替代率为0时均匀性的影响。
橡胶替代率单因素效应分析结果如图所示
当纤维素醚的取代率为0时橡胶对均匀性的影响。
橡胶取代率和纤维素醚掺量的相互作用对橡胶分布均匀性的影响如图所示
均匀性示意图。
等值线图的均匀性(一致性的等高线图1为边界,上面图中蓝色背景上的线表示橡胶分布的均匀性,小于1,和白色背景上的线表示橡胶分布的均匀性不小于1)。
对一致性影响因素进行方差分析,如表所示
砂浆一致性的方差分析。
| 的变异来源 | 平方和 | 自由度 | 均方 | 偏相关 |
|
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
3865.527 | 1 | 3865.527 | −0.9793 | 233.9027 | 0.0001 |
|
|
129.7113 | 1 | 129.7113 | −0.6631 | 7.8488 | 0.0187 |
|
|
45.125 | 1 | 45.125 | 0.4631 | 2.7305. | 0.1295 |
|
|
15.125 | 1 | 15.125 | -0.2896. | 0.9152 | 0.3613 |
|
|
0.25 | 1 | 0.25 | 0.0389 | 0.0151 | 0.9045 |
| 回归 | 4055.738 | 5 | 811.1476. |
|
0.0002 | |
| 残留 | 165.2622 | 10 | 16.5262 | |||
| 缺乏契合 | 89.7622 | 3. | 29.9207 |
|
0.0966 | |
| 错误 | 75.5 | 7 | 10.7857 | |||
| 总和 | 4221 | 15 |
剔除回归方程中非显著项
纤维素掺量相对稠度的单因素效应分析曲线如图所示
当橡胶取代率为0。
橡胶稠度替代率单因素效应分析曲线如图所示
当纤维素醚水平为0。
橡胶取代率和纤维素醚掺量的相互作用对橡胶分布一致性的影响如图所示
一致性示意图。
等值线图的一致性(均匀的等高线图1为边界,上面图中蓝色背景上的线表示橡胶均匀分布的一致性是小于1,和白色背景上的线表示橡胶均匀分布的一致性不小于1)。
对28d强度影响因素进行方差分析,如表所示
砂浆28d强度方差分析。
| 的变异来源 | 平方和 | 自由度 | 均方 | 偏相关 | 特定价值 | 显著性水平 |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
120.6639 | 1 | 120.6639 | −0.8962 | 40.8106 | 0.0001 |
|
|
331.3408. | 1 | 331.3408. | -0.9582 | 112.065 | 0.0001 |
|
|
30.6349 | 1 | 30.6349 | 0.7134 | 10.3612 | 0.0092 |
|
|
8.6424 | 1 | 8.6424 | 0.4756 | 2.923 | 0.1181 |
|
|
23.6196 | 1 | 23.6196 | 0.6664 | 7.9885 | 0.018 |
| 回归 | 514.9016 | 5 | 102.9803 |
|
0.0005 | |
| 残留 | 29.5668 | 10 | 2.9567 | |||
| 缺乏契合 | 15.9437. | 3. | 5.3146 |
|
0.0998 | |
| 错误 | 13.6232 | 7 | 1.9462 | |||
| 总和 | 544.4684 | 15 |
剔除回归方程中非显著项
纤维素掺量单因素效应曲线如图所示
当橡胶取代率为0。
橡胶替代率的单因素效应的曲线如图所示
当纤维素醚的混合量时,橡胶取代率对28d强度的影响为0。
橡胶替代率和纤维素醚掺量对砂浆28d强度的相互作用效果如图所示
28 d强度示意图。
轮廓图28 d强度(对于均匀性1的轮廓图作为边界,蓝色背景上的线表示当橡胶分布均匀性小于1时的强度值,并且在白色背景上的线代表强度值橡胶分布的均匀性不小于1)。
数字
K1组的剖面图,均一性为1.16。纤维素醚的掺量为4.6351 kg,橡胶的取代率为0.4268。
K5组剖面图均一性为0.32。纤维素醚的掺量为0,橡胶的取代率为0.25。
当橡胶分布均匀性不小于1时,我们假设砂浆中橡胶分布均匀,不存在橡胶的浮动现象。根据橡胶分布的回归均匀度公式,设均匀度为1,可计算出不同橡胶替代率下纤维素醚的掺量,如表所示
橡胶取代率与纤维素醚混合量的关系均匀分布。
| 橡胶替代率水平 | −1.41 | -1.21 | -1.00. | −0.50 | 0.00 | 0.50 | 1.00 | 1.21 | 1.41 |
| 纤维素醚的掺量水平 | -1.06 | −0.99 | −0.93 | −0.75 | −0.56 | −0.34 | −0.07 | 0.06 | 0.21 |
| 橡胶替代率 | 0.00 | 0.04 | 0.07 | 0.16 | 0.25 | 0.34 | 0.43 | 0.46 | 0.50 |
| 混合纤维素醚(kg) | 0.68 | 0.80 | 0.94 | 1.27 | 1.64 | 2.07 | 2.58 | 2.83 | 3.13 |
基于橡胶的取代率和纤维素醚的混合量进行拟合,我们可以获得橡胶和相应纤维素醚的不同取代速率的关系曲线的公式:
该研究通过将纤维素醚混合到混凝土中来进行实验,以改善混合物的稠度,并抑制橡胶颗粒从向上浮动。此外,它采用二次正交旋转组合的方法,将橡胶分布均匀性的指数组合,并根据橡胶分布均匀指数建立橡胶橡胶替代率与纤维素醚的混合量之间的关系。主要结论如下:
纤维素醚能显著提高混合料的稠度,降低砂浆的流动性,抑制橡胶颗粒上浮,增加橡胶分布的均匀性。
由28d强度回归方程可知,当橡胶掺量为零时,随着纤维素醚掺量的增加,砂浆28d强度下降51.12%。当橡胶替代率为0.5时,随着纤维素醚用量的增加,砂浆28 d强度下降,降幅较小,仅为10.05%。
橡胶的不同取代速率需要不同的混合量的纤维素醚。随着橡胶替代率的增加,所需纤维素醚的混合量呈现线性升高的趋势。
支持这项研究结果的实验数据可从第一作者(
作者声明本文的发表不存在利益冲突。
作者表示赞赏安徽及淮河水利研究所的青年科技创新基金项目的财政支持。KY201707授予批准局水资源部科研与技术咨询项目。SLKJ2018-05。