新鲜/硬化水泥复合材料的性质将从废旧轮胎橡胶颗粒

文摘

这项研究调查了改善对水泥基材料的一些性质的影响,可以通过将橡胶颗粒作为细骨料的一部分。目的是找出最优复合/水泥砂浆混合物,包含recycled-tyre橡胶颗粒,适合特定的工程应用。不同的橡胶粒子的比例,从0%到75%,使用,对于每一个百分比,适量沙子了为了达到最好的新鲜/硬化性能。特别是检查以下特点:密度、抗压强度、弹性模量、收缩,体重下降,弯曲行为,热导率,快速冻融耐久性和氯离子渗透性。实验结果与水泥的复合标本没有橡胶聚合物。测试结果表明,该涂橡胶砂浆混合尤其适用于一些工业和建筑应用,如under-rail轴承、道路建设、地砖,错误的外墙,石头的支持。

1。介绍

从产生的越来越多的废橡胶轮胎一直是一个主要问题在过去几十年,因为轮胎代表一个巨大的no-biodegradable拒绝与火灾的危险和扩散的老鼠和昆虫储存垃圾质量。需要探索回收策略如此专横的。已经提出各种废料作为添加剂对水泥基材料,由于需要减轻资源用于生产混凝土的摄入量和改善混凝土的某些性能与经济和技术优势。

在过去的二十年里,一些国际研究一直集中在属性和性能的橡胶水泥基复合材料(1- - - - - -9]。从回收废物获得橡胶轮胎,事实上,是一种很有前途的材料与一些有趣的应用程序在建筑业的明度,弹性,吸收能量的能力,和声学和保温。橡胶来源于postconsumption轮胎受到机械磨碎或低温过程;纺织组件有时被移除和钢纤维不牵强附会的。橡胶表面通常是受到化学预处理获得最终的改善混凝土的属性。

它指定橡胶来源是非常重要的,因为它影响混凝土/砂浆的组成材料的特点,部分的组件,形状,重量,大小。用于轮胎的橡胶水泥复合材料来源于汽车或卡车轮胎。第一批更使用和具有更大数量的橡胶/弹性体(48%,卡车包含43%);它们包含5%的纺织组件,而卡车轮胎不包含;钢纤维的百分比是15%,汽车轮胎,而27%的卡车轮胎。橡胶可以分为三类:芯片橡胶(尺寸约为25 - 30毫米),用来代替粗骨料;面包屑橡胶(3 - 10毫米),用来取代砂;灰橡胶(小于1毫米),用作填料。

碎橡胶(CR)汽车轮胎,和水泥复合材料混在一起的,诱发严重的材料特性的变化。许多研究结果表明,骨料的部分或全部替代橡胶消极地影响水泥基材料的力学性能(10- - - - - -12),橡胶碎片的数量比例。同样大小的橡胶碎片影响强度:粗碎屑减少抗压强度比细碎屑(12- - - - - -17]。Eldin和Senouci12)确定,当粗骨料,用机械取代全部倒塌了,废橡胶的抗压强度下降了85%而分裂的抗拉强度下降了50%。然而,当细骨料取代与废橡胶完整,作者观察到较低的抗压强度降低(65%)和相同的减少分裂抗拉强度(50%)。Topcu和Avcular[作者所做的研究18),李et al。19],Parant et al。20.]显示更大的抗压强度降低粗骨料取代CR时相比,细骨料的替代。

塞格雷和Joekes10]分析了水泥的抗压和抗弯强度的变化与CR复合材料添加总总含量的10%。获得更好的附着力水泥矩阵和橡胶,作者在氢氧化钠溶液浸泡橡胶颗粒。扫描电镜测试表明,橡胶粒子,氢氧化钠溶液中浸泡,更满水泥水合物和有更多新形成的水化产物表面的浸泡橡胶粒子与粒子没有浸泡在氢氧化钠溶液。然而,水泥基材料的抗压强度,10%的总总含量橡胶粒子不浸泡在氢氧化钠,控制标本相比减少了33%;同样的观察减少水泥材料与橡胶粒子浸泡在氢氧化钠溶液。观察最高的弯曲强度在废橡胶的混合物不使用氢氧化钠溶液中浸泡。这种混合的弯曲强度比控制标本和水泥复合含橡胶在氢氧化钠溶液中浸泡高94%和10%,分别。减少的抗压强度和弯曲强度增加水泥基材料与橡胶废物添加剂也被中国研究人员(21- - - - - -23),而测试的其他作者(11,24- - - - - -26]表明,弯曲强度和抗压强度与混凝土相比,混凝土与CR低没有CR。

许多作者分析了CR分裂对混凝土抗拉强度的影响(2,11,17,27,28]。综合分析的文献显示,抗拉强度降低的CR。

降低强度可以这样解释缺乏亲密和橡胶之间的附着力低碎屑和水泥矩阵5,10,27]。混凝土强度的降低也可以归因于橡胶粒子的情况下混凝土强度低于周围的矩阵,因此,应用力时,裂纹首先出现在橡胶和混凝土的接触区矩阵(8,12,18,19]。负荷下裂缝逐渐传播到具体的碎屑。这种橡胶性能的差异使得橡胶粒子类似于水泥复合材料孔隙(12,25,29日]。

此外不仅强度还可加工性减少的百分比的增加橡胶由于混合物粘度的增加(4,12]。

另一方面还有其他几种属性的具体利益的面包屑橡胶。一个重要好处是橡胶的财产减少质量密度(15,30.),增加了可变形性和延展性,所以它是有用的元素,不需要一个高强度,而是需要减少振动或韧性的增加,耐久性,和可变形性31日和低频噪声的吸收32]。

Hernandez-Olivares et al。11)调查了rubber-filled混凝土动态杨氏模量与不同体积分数在低频率和耗散能量压缩动态荷载作用下粘弹性政权和;他们只处理标本体积分数较低的轮胎橡胶。

郑et al。33)测试简单支撑梁与强调不同体积分数的轮胎橡胶阻尼比之间的关系在小变形和橡胶碎片的大小和数量;他们还测试了动态模量的橡胶混凝土,与静态模量进行比较。这是观察到的橡胶混凝土的阻尼比提高,而动态弹性模量的橡胶混凝土产生低于普通混凝土。

一些作者还讨论了时间依赖的橡胶混凝土的性质,在某些情况下这可能是至关重要的。范我的研究等。34),例如,显示,泊松比的显著差异橡胶粒子和cement-matrix鼓励过早开裂。然而,Turatsinze et al。35)表明,橡胶碎片含量越高,由于收缩裂纹长度和宽度越小,和裂纹的起始时间是更多的延迟。

几个研究提供文献的主题耐久性[36的橡胶胶水混合。他们主要集中在耐磨性和冻融接触性能。Sukontasukkul和Chaikaew16]提到面包屑混凝土块也表现出更少的耐磨性和增加面包屑橡胶内容导致耐磨性降低。这个结果证实了其他作者。Topcu和Demir31日]表明,大量替代砂橡胶废物冻融耐久性性能评估的风险较低,海水浸泡,高温循环。氯离子渗透一些讨论结果处理聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶浪费。Benosman et al。37)报道,部分替代水泥的宠物浪费导致减少氯离子扩散系数。布拉沃和德布里托为收缩执行测试、水吸收,碳化,和氯化物贯入阻力对混凝土混合的仅为5%,10%,和15%的天然骨料的体积取而代之的是聚合来自使用轮胎(38]。

尽管许多作者不推荐使用修改后的混凝土在高强度的结构元素是必需的(39- - - - - -44),rubcrete可以用于许多其他建筑元素(17]。由于其高韧性、抗冲击性和声音吸收,许多研究人员建议使用rubber-concrete球衣壁垒,火车站平台,或振动阻尼器(45]。但是还需要进一步的研究,以找到一个特定的组合能够限制强度损失,在旨在增加rubber-concrete的应用范围。

在这项研究中,进行了大量的实验室测试新水泥基(砂浆)混合物包含从废轮胎橡胶颗粒。不同比例的橡胶粒子被用作替代天然骨料水泥复合材料和为每一个百分比的适量沙子被实验灵敏度测试评估以达到最好的性能。不同于现有的方法,物理力学和耐久性特点都检查,如密度、抗压强度、抗弯强度、弹性模量、收缩和氯离子渗透。这不仅实验分析进行探讨理想的橡胶聚合内容为每一个潜在的使用也确认结果在文学领域的怀疑。在这个问题上,还需要进一步的调查,特别是理解如果不同种类的橡胶以类似的方式的阻力和耐久性。

2。实验的细节

2.1。水泥基混合

废轮胎是由橡胶、炭黑、钢丝、尼龙纤维。主要组件包括橡胶、硫化剂、硫化促进剂,加速器,抗氧化剂,补强剂、填充剂、柔软剂和污渍。其中,橡胶占大约70%的整个轮胎的橡胶是由天然和合成有机化合物的石油。

在这项研究中面包屑橡胶源于机动车轮胎测试以评估他们的表现作为骨料水泥复合材料。使用铬粒子、G1-1类型非常不规则,尺寸约(图2 - 4毫米1)。他们从一个机械磨碎的过程获得机动车轮胎和替换”时,“没有任何化学预处理、不同数量的天然聚合物水泥粘贴。他们只是受到离心为了消除空气被困。

混合包括波特兰水泥II型、沙子和水。后实现的几个试验混合物不同水泥用量、外加剂的类型,和替代橡胶粒子的数量,七个橡胶胶水混合矩阵终于选中。特别是七个不同数量的替代橡胶粒子被认为是和每个橡胶砂的适量比例调查实验灵敏度测试以达到最好的性能和易性。同样为了提高抗压强度并减少空气吸收的比例,为每个混合一些调整是由不同的水灰比。还有一些添加剂如superfluidizer含有聚合物聚丙烯酸和空气夹带剂补充道。这些类型的添加剂对水泥复合材料有四个主要好处:鼓励强和易性与任何类型的水泥;有一个高度的水减少;提高产量的混合物;降低空气的内容。表1显示组件的数量和使用的橡胶样品的最终选定的混合物。superfluidizer和空气夹带外加剂表示为水泥重量百分比;空气内容表示为体积比。在下面,我们将参考引用混合,称为“TQ”混合,包含零的橡胶总量和比例的混合物,称为混合«“…%”»,不同的百分比的橡胶。

3所示。结果和分析

3.1。新的属性

几个测试进行新鲜状态CTG实验室(Mesagne意大利水泥集团)、布林迪西(意大利),他们由和易性,空气含量和质量密度。

对于每一个混合物,四个立方样品准备15×15厘米。新鲜的和易性水泥状态测量与艾布拉姆斯的坍落试验(UNI EN 11041);空气的内容表示为体积比通过空气压力计测试(UNI EN 12350 - 7)先后估计volumic质量。总结了开发测试的数值结果数据2,3,4在0、30和60分钟。似乎有一个很好的混合分布的橡胶聚合物水泥浆,没有表现出任何种族隔离的迹象。可以从收集的数据指出,如图2,所有上述混合属于一致性类S5,证实了一个很好的可加工性。如预期的密度被发现减少面包屑橡胶含量的增加;另一方面,在橡胶水泥复合材料的空气含量要求明显高于没有橡胶混合。

轻量级的水泥基材料的获得通过添加橡胶屑一方面是由于缺乏聚合橡胶所取代。另外一个原因可能是大孔隙由橡胶粒子在水泥浆,导致更高的孔隙度。孔隙度的增加导致了空气困在混合物的增加。

这些最初的新鲜状态结果表明,橡胶聚合物的掺入水泥复合材料,从废轮胎,可以是一个合适的解决方案,以减少重量在某些工程制造。

3.2。硬化特性

在硬化状态,抗压和抗弯强度首先评估(EN 12390 - 3, 12390 - 5)。主要的结果在不同的混合物比较数据5,6,7。像预期的抗压和抗弯强度被发现减少与增加面包屑橡胶内容。

特别是图5测试表明,抗压强度降低,在天7日28日和60,减少橡胶的水平时,以较慢的速度增加。然而这种变化在抗压强度损失的速度当橡胶包括发生在不同橡胶含量对水泥基复合材料固化时间不同。看来,固化时间越小损耗越低在抗压强度橡胶水平增加。而且图7(一)清楚地表明,橡胶比例高于30%,减少抗压强度是相当激烈的,橡胶夹杂物的影响似乎是独立于固化时间。硫化橡胶水泥复合材料提高了抗压强度橡胶等于20%。图7 (b)显示每个养护期的抗压强度值对橡胶水泥基复合材料的密度。根据获得的结果,混合10%和20%具有更大的抗压和抗弯强度值,所以他们可能会用于获得rubber-concrete混合结构应用程序通过添加合适的数量的粗骨料;相反混合30%、40%、50%和75%的特点是非常小的抗压和抗弯强度值但低体积质量,所以他们可能会用作非结构的橡胶混凝土的应用程序。

自从与橡胶废物水泥基复合材料抗压强度较低,抗压强度和弹性模量之间存在相关性,预计他们还具有较低的弹性模量。在这项研究中弹性动态模量(地中海)和割线弹性模量(MES)进行测试根据9524年大学6556年大学,分别。总结了主要结果在不同的混合物8,9,10。

数据8和10 ()表明,地中海和MES与数量的增加显著降低橡胶聚合替换。解释这种行为与低弹性模量的橡胶废料和穷人发展的界面过渡区。

关于硬化性能测试包括收缩的调查,体重下降,弯曲行为,和热导率。

收缩,这是评估根据大学6687 - 73 1,2、7、14、21、28天。如图1128天的长度变化范围内的所有混合(400年−)——(700−)μm / m,除了混合75%的变化是最大的,达到1650−价值μm / m。这种行为在一定程度上是由于较低的弹性模量的橡胶聚合对普通细骨料;此外在该混合橡胶细集料的数量比例增加,有轻微的变形能力和对比收缩,减少。因此橡胶砂浆收缩总是更大的普通砂浆和特别是现象是强调在混合75%,细骨料只是16.6%的初始金额包括在TQ混合。相反当橡胶粉补充说,减肥的时间也变得更小了,如图12。

减肥在28天范围内的所有混合−6−7%,除了混合75%的变化是最小的(−4%)。这个结果是可以预料到的考虑到混合75%的特点是水/水泥比最低。

进行四点弯曲试验根据ASTM C 1018 - 97。负载和偏转数字化记录1数据点每秒的速度。相应的载荷挠度曲线报告混合图13。增加橡胶比例诱导的峰值负荷,减少整体承载能力。在混合高峰负荷下降10%和75%,分别对混合TQ 50%和14%。这个可怜的力学行为与同时抗压强度下降。相比之下,一个显著的应变能力改进记录在橡胶水泥基混合,特别是在与橡胶混合聚合率≥30%。例如混合的应变能力将橡胶总量的20%和40%,分别两次,20倍的混合TQ价值控制。同时可以与弯曲刚度低弹性模量,提高应变能力可以解释为橡胶聚合的结果及其对应力场的影响当第一个微裂隙遇到matrix-rubber骨料界面。橡胶集料可以应该像一个洞在裂纹尖端,这可能导致阻碍和延缓裂纹的传播机制。因此,橡胶聚合物的使用应该被认为是一个合适的解决方案,改善水泥基材料的延性。

热阻是评估根据大学在12664年。获得的结果在60天图进行了总结14。它出现的橡胶聚合物显著提高水泥基复合材料的保温。特别是混合的热导率10%和75%,分别低于23%和53% TQ混合。如图14 (b),这种行为可以作为橡胶相关密度减少的百分比增加。

3.3。耐用性属性

的快速冻融耐久性橡胶水泥基复合材料是首先调查根据大学EN 12390 - 9。结果显示良好的耐久性性能混合物,在没有观察到变化的质量和强度的冻融循环。相反,如图15,稍微芯片表面的增加比例等于0.036公斤/米²被发现在混合TQ(扩展提供了一个评估表面暴露于冻融循环以重量的损失)。所以橡胶比普通砂浆迫击炮在冻融条件下表现更好,显示有一个潜在的使用橡胶聚合作为冻融抗剂在水泥基材料。

结果提出的混合与接触硫酸袭击,据岑/ TR 15697处方,显示性能下降。如图16所有硫酸混合结果容易受到攻击的减少抗压强度。最坏的结果组合为20%,抗压强度的降低从33 MPa提高到8 MPa。

最后,氯离子渗透性评价根据Nordtest方法ISSN 0283 - 7153。如图17在橡胶聚合物水泥复合材料,将百分比高达50%有助于减少氯离子扩散系数。特别是混合10%和50%的氯离子扩散系数,分别低于7.7%和46.15% TQ混合。上面的结果可以解释承认关系,抗氯离子渗透和水/水泥比率:水/水泥比越高,水泥的高孔隙度矩阵和氯离子扩散系数。然而这种行为似乎适用于橡胶比例高达30%;高含量的橡胶聚合氯离子扩散系数增加,超过了混合TQ值对应的百分比等于75%。高含量的橡胶,橡胶胶水矩阵接口可能提供了一个优先路径氯离子的渗透。

4所示。结论

本文给出的结果表明,橡胶聚合物的掺入水泥基材料,从废轮胎,可以一些工程制造的一个合适的解决方案,同时提供一个机会来回收那种一次性的轮胎。的目标是获得一个完整的描述分析了水泥基复合材料,一些实验测试来评估机械和持久性属性,新鲜和硬化状态,。橡胶粒子的百分比不同,从0%提高到75%,水泥基混合使用,为每一个百分比适量沙子是调查实验灵敏度测试以达到最好的性能。尽管有一些缺点,比如减少抗压和抗弯强度,高收缩,硫酸和漏洞攻击,测试表明,该橡胶水泥复合材料拥有有趣的属性类型的应用程序,可以特别有用。混合含有橡胶高达约50%具有和易性,重量轻,韧性高,导热系数低,冻融性好,良好的抗氯离子渗透。上面的主题使提出橡胶水泥复合材料特别可行non-load-bearing目的在严酷的环境条件的地区在巷道中应用,地砖,易流动的海沟填充,绝缘屏障和幕墙。橡胶水泥基复合材料也可以用于建筑应用,如钉砂浆、假外墙,石头的支持,和内部结构。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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