设计和超薄覆盖Epoxy-Rubber混凝土的性能

文摘

Epoxy-rubber混凝土用于路面覆盖有很大潜力,但目前还没有合适的Epoxy-rubber混凝土设计方法和过程。探索epoxy-rubber混凝土的合理组合设计过程,超薄覆盖骨料分级和环氧树脂粘结剂选择与高韧性和耐久性进行设计过程调查epoxy-rubber混凝土。epoxy-rubber混凝土的性能特点是振动压实,重复载荷CBR、孔隙度、肯塔基州、堡单轴压缩、弯曲,发情,防滑性能和消声性能测试。首先,橡胶粉替代率的最优范围确定基于孔隙度和混合料的变形特征。然后,环氧树脂粘结剂的数量进一步确定基于epoxy-rubber混凝土的孔隙度和抗剥落性能。最后,机械性能、道路性能和功能epoxy-rubber混凝土综合考虑来确定最佳橡胶权力替代率获得epoxy-rubber混凝土的组合设计。结果表明,添加橡胶粉降低了弹性模量和矿物结构的塑性变形,提高混合物的灵活适用性道路人行道。然而,当替换率增加到一个特定的范围内,橡胶颗粒显著干扰矿物材料,恶化的稳定结构。因此,这是初步确定合理的橡胶粉替代率30 - 50%。超薄覆盖epoxy-rubber混凝土表现出优异的抗剥落性能,和它的孔隙度与环氧树脂用量增加。 The optimum epoxy content was 6.5% at 4.17% porosity. Within the preliminarily determined replacement rate range of rubber particles, as the replacement rate increased, the flexibility, high-temperature stability, antiskid performance, and shock and noise resistance of the mixture increased, but the compressive and flexural tensile strength values decreased. The integrated properties of the ultrathin overlay epoxy-rubber concrete indicated that the best replacement rate of rubber powder was 45%. In this paper, the replacement rate range of the rubber powder was initially determined based on the gradation composition of the mixture, which avoids blind determination of the replacement rate. And the composition of the concrete was obtained comprehensively by the performance and function of the epoxy-rubber concrete, which is reasonable and reliable. The epoxy-rubber concrete design method proposed in this paper can promote the application the epoxy-rubber concrete in pavement overlay engineering.

1。介绍

ultrathin-surface层能有效地降低沥青路面的疲劳和温度裂缝,展品高平整度,强大的抗滑性,有效降噪(1- - - - - -3]。

资源利用和环境保护的一个研究重点是废轮胎的有效治疗。适当的废物回收和重用轮胎可以保护自然资源和产生显著的社会效益和经济效益。轮胎橡胶颗粒从回收废物含有天然橡胶和炭黑,及其在道路建设可以提高道路使用性能和耐久性(4,5]。目前,破碎的废轮胎橡胶粉作为路面材料是一种被广泛接受的治疗技术。橡胶粉改性水泥基混凝土(6,7),沥青基混凝土(8,9),聚合物混凝土(10)被广泛研究和应用。环氧树脂是一种聚合物混凝土,展示优秀的特性,如高强度、固化时间短,提高了耐用性,耐冻融[11,12]。环氧树脂混凝土用于桥面铺平道路,路面快速修补,颜色人行道和特殊用途人行道(10,13- - - - - -15]。聚合物混凝土具有良好的耐久性,在良好的粘结剂的选择,它有潜力高温稳定性和低温抗裂性比沥青混凝土(16]。聚合物混凝土可以债券与原路面结构,避免一系列的疾病引起的层间粘结(不足17]。同时,聚合物混凝土在使用不需要加热,节省能源,不会造成空气污染与热拌沥青混凝土的季节,可以快速通车后建设(16]。然而,在使用环氧树脂混凝土时遇到问题,限制了其广泛应用于道路建设和维护。环氧树脂混凝土的导热系数是不同的,传统的混凝土;因此,过度的温度差异可能会影响其性能。环氧树脂的韧性很低,其低温性能造成不利影响,但普通环氧树脂混凝土的韧性可以提高通过添加一个弹性体阶段(16]。环氧树脂模量接近的橡胶粒子和环氧树脂表现出良好的附着力。改性环氧树脂混凝土包含橡胶粒子可以表现出改进的抗弯性能,抗裂性、抗冲击性。因此,环氧树脂混凝土包含塑料和废轮胎橡胶可能具有改善韧性和耐久性。

然而,橡胶颗粒在树脂混凝土的应用是一个新兴的研究方向。进行了一些相关研究,主要集中于橡胶粒子树脂混凝土性能的影响和混凝土性能在不同的温度下。沈et al。17]调查包含橡胶粒子聚合物改性多孔混凝土的力学性能,发现橡胶提高能量吸收能力、韧性、耐磨性和耐冲击的混凝土。迪亚科内斯库等。18]调查的影响橡胶颗粒含量对环氧树脂混凝土的性能通过实验测试和模拟和预测包含橡胶粒子聚合物混凝土的性能。在迪亚科内斯库研究中,最佳力学性能是材料设计的目标,在此基础上的树脂和橡胶粉掺合料的决心以及由此导致rubber-epoxy混凝土适合机械部件的准备。卢武铉et al。19)开发的两种方法添加液体橡胶掺合料和废橡胶轮胎颗粒,环氧树脂混凝土修复不相容与环氧树脂水泥混凝土跑道混凝土在不同的温度下。他们观察到添加废橡胶轮胎颗粒有更好的效果比液体橡胶修复路面温度变化下的兼容性。王等人。20.)评价橡胶改性环氧树脂混凝土的机械和热性能通过实验室测试。结果表明:橡胶颗粒可以改善环氧树脂混凝土材料的力学性能,减少混合物的导热系数。因此,回收固废橡胶轮胎在环氧树脂聚合物混凝土是一种环保的方法生产聚合物混凝土具有良好的力学性能和耐久性。

总之,环氧树脂混凝土展品抗拉强度高,良好的粘接强度,良好的耐久性,快速固化速度。添加适量的废橡胶粉部分取代细骨料可以提高混凝土的韧性和阻力。开裂和降噪建议epoxy-rubber混凝土在道路路面的巨大的潜力,但缺乏标准化的设计过程限制epoxy-rubber混凝土的研究和应用。在这项研究中,结构变形、力学性能、道路性能和其他指标的超薄覆盖epoxy-rubber混合物被用作首选指标来确定环氧树脂中的内容和更换的橡胶粒子超薄覆盖epoxy-rubber混凝土。这可以拓宽环氧树脂混凝土在公路工程中的应用,并提供一个废旧轮胎回收的新方法。

2。实验程序

2.1。材料

epoxy-rubber混凝土用于这项研究由环氧树脂粘结剂,废橡胶粉和聚合。

2.1.1。环氧树脂粘结剂

环氧树脂粘结剂是由以下四个材料在设计比例:(1)树脂(楼环氧树脂、双酚a类型液体环氧树脂的环氧值0.48 - -0.54);(2)增韧剂,聚丙烯乙二醇缩水甘油醚(PPGDGE),环氧值为0.32;(3)固化剂,聚酰胺650年,氢胺值140,相当于200;(4)铯二氧化碳的直径5 - 20微米。四种材料的比例用于环氧树脂粘结剂是列在表中1。

2.1.2。面包屑橡胶

橡胶粉是通过机械研磨过程。粉末从废物获得径向橡胶轮胎磨成八个网格大小。粒度分布范围是0 - 2.36毫米,平均表观相对密度为1.24厘米³/ g。筛查结果如图1。

2.1.3。聚合

碎花岗岩石头,玄武岩岩石芯片,和地面石灰岩矿石粉作为粗骨料,细集料、填料,分别。总体分级显示被选中的要求“超薄路面施工技术规范”(DB11 / t1590 - 2018)类型III。中间层次的超薄覆盖沥青混合料的级配和密度矿物质表中列出2。

2.2。混合设计过程

2.2.1。初步设计的面包屑橡胶用量

橡胶粉用于替换同等体积的细骨料替代率为0,10、30、50、70和90%。然而,橡胶粉不能“完全”受到打击的压实锤压实期间,与其他矿物材料,因此,干扰总体结构。因此,分析了疏的混合物与不同成分没有影响聚合结构,和重复加载加州承载比(CBR)进行了测试,分析了变形的混合物。因此,一个合适的范围可以确定橡胶粉替代率。

2.2.2。最佳环氧树脂粘结剂的设计内容

一个特定数量的橡胶被用来准备内容包含不同的环氧树脂的混合物(5.5,6.0,6.5,7.0,7.5%)来确定最佳环氧树脂通过孔隙度和肯塔基州堡测试内容。

2.2.3。面包屑橡胶内容的最终设计

基于试验结果提出了部分2.2。1,橡胶粉的替换率范围确定,和五个替代率(30岁,35岁,40岁,45岁和50%)。橡胶结合不同数量的环氧树脂在上一步中确定。粉含量影响抗压强度、低温弯曲、车辙、防滑,消声性能的超薄覆盖epoxy-rubber混凝土进行了评估。此外,超薄叠加的混合比率epoxy-rubber具体确定。

2.3。测试方法

2.3.1。振动压实试验

振动传感器是用于振动压实测试。矿物材料完全混合并分为三层。的顶面压实样等于或略低于每次气缸高度的1/3。第一层被加载后,这台机器是摇晃并压实25赫兹的频率和振实6分钟。接下来,振动器加载长大,震动,和紧凑的第二层的样本,然后,第三层受到类似的程序。三层的测试完成后,计算每一个测试样本的高度,和振实密度样品的矿物材料计算基于进料质量。

容量瓶的方法被用来分析不同矿物材料的毛体积密度等级、和矿物材料的合成毛体积密度计算使用以下方程: 在哪里是一种矿物的合成毛体积密度材料(g / cm³),毛体积密度的吗我^th级矿物材料(g / cm³),和的比例吗我^th级矿物材料混合物(%)。

矿物的振实密度确定,结合矿物的合成毛体积密度,和水龙头关比矿物计算使用以下方程: 在哪里是利用矿物材料的清除率(%)和是一种矿物材料的振实密度(g / cm³)。

2.3.2。重复载荷CBR试验

MTS试验机是用来执行重复载荷CBR试验。圆柱试样大小Φ152毫米×100毫米。half-sine波动态负载,最大负载正弦波值5 kN(相当于2.55 MPa的压力),和加载频率是200年0.1赫兹下加载周期。

2.3.3。孔隙度测试

描述的孔隙度进行了测试使用的方法,空气(21]。首先,试样尺寸测量,试样体积V计算,干燥质量米_d试样的重量。随后,试样在水中浸泡在水中24小时来评估其质量米_w,最后,得到试样的孔隙度使用以下方程: 在哪里是水的密度。

2.3.4。肯塔基州堡测试

一块标准马歇尔试验的Φ101.6毫米×63.5毫米就淹没在恒温水浴20°C 20 h。测试块被放置在一个洛杉矶试验机和接受的速度300转32 rpm。最大飞行后剩余标本的质量重,和这个质量比马歇尔试件的质量之前飞行。这一比率被定义为分散损失金额。

2.3.5。单轴压缩试验

一个CMT5105微机控制电子万能试验机是用来执行单轴压缩试验来确定超薄epoxy-rubber混凝土的抗压强度。车辙板300 mm×300 mm×50 mm组合使用车轮滚动方法(t0703 - 2011)。棱镜沥青混合料标本40毫米×40毫米×80毫米减少了单轴压缩试验(t0714 - 1993)。固化温度是25°C,加载率为50毫米/分钟。

2.3.6。弯曲试验

一个CMT5105微机控制电子万能试验机用于弯曲试验来确定弯曲抗拉强度和应变的超薄epoxy-rubber混凝土。板标本300 mm×300 mm×50 mm组合使用车轮滚动方法(t0703 - 2011)。盒子里的标本被治愈25°C 24 h,然后demolded,切成束标本250毫米×30毫米×35毫米。固化温度是−10°C,加载率为50毫米/分钟。

2.3.7。车辙试验

车辙试验进行的测试规则在公路工程沥青和沥青混合料(JTG e20 - 2011)。每个样本的大小是300 mm×300 mm×50 mm,测试温度是60°C,车轮压为0.7 MPa。

2.3.8。防滑性能测试

定点摩擦系数检测方法被用来评估antisliding超薄epoxy-rubber混凝土的性能。测试原理是允许钟摆从指定的高度。橡胶表摆底部幻灯片在试样表面的一个特定的距离,和重力势能转换机械势能和克服防滑路面的摩擦。防滑值计算并确定根据节能的原则。试样是300 mm×300 mm×50毫米板2.3.7中描述。

2.3.9。降噪性能测试

超薄覆盖epoxy-rubber混凝土形成的车辙板300 mm×300 mm×50毫米,和垂直自由落体衰减振动测试两个测试块进行。径向195/60R14窄轮胎选择,轮胎压力是250 kPa。在测试过程中,加速度传感器固定在试样用环氧树脂,轮胎被允许自由和垂直下降3厘米远离试样。振动加速度信号的衰减过程受到加速度传感器固定在每个测量的试样。

3所示。结果与讨论

3.1。橡胶粉替代率对聚合的影响结构和变形

3.1.1。对孔隙度的影响

随着橡胶粒子的替换率增加,利用孔隙度增加(图2),表明粗骨料骨架逐渐失去了稳定的橡胶粒子。利用孔隙度急剧增加的割线斜率当橡胶粉替代率超过50%。这发生急剧增加,因为橡胶粒子已经引起骨架扩散,降低了强度的混合物。割线斜率的计算值列在表中3。以下推论被吸引。当橡胶粉的替换率在0%到50%之间,平均增加率的空隙率是0.033。当橡胶粉的替换率从50%增加到70%和90%,空隙率的增加率是0.266和0.205,分别。基于上述分析,利用孔隙度增加时,橡胶粒子替代率低于50%,但是这个增加很小,稍微影响了整体骨架的稳定性。然而,扩大了骨架橡胶粒子当橡胶粉替代率超过50%。合适的替换率优化橡胶粒子的分级是0 - 50%,以确保骨架稳定。

3.1.2。对弹性模量的影响

随着橡胶粉替代率的增加,混合物的抗压弹性模量逐渐降低(图3)。替代率低于50%时,下降相对缓慢。替代率为50%,抗压弹性模量下降了11.8%。替换率超过50%时,抗压弹性模量大幅下降;90%的替代率下降了37.1%。这种减少是由于相对较低的弹性模量的橡胶粉,这是软橡胶粘结剂,因此,降低材料的整体弹性模量。

3.1.3。对塑性变形的影响

随着橡胶粉替代率的增加,混合物的累积塑性变形逐渐减小(图4)。替代率达到30%时,大的累积变形发生。混合物含有10%的累积塑性橡胶粉诱导变形1.24毫米。替换率超过30%时,累积塑性变形变小了,慢慢减少与橡胶粉替代率。30 - 90%的累积塑性变形替换率混合物分别为1.05和0.87毫米,分别。这一趋势发生,因为橡胶粉末粘结剂表现作为软弹性体;因此,失败在加载缓冲,整个样品的累积塑性变形降低了。

基于橡胶粉替代率的影响总体结构和变形,超薄覆盖epoxy-rubber用橡胶粉在混凝土生产替代率在30 - 50%之间表现出最好的结构和变形。

3.2。环氧树脂用量对孔隙度的影响和抗剥落性能的混凝土

一个橡胶粉替代率为40%,采用准备超薄覆盖epoxy-rubber混凝土马歇尔标本环氧树脂用量为5.5,6.0,6.5,7.0和7.5%。标本受到标准肯塔基州测试堡和结果列在表4。

飞行的超薄覆盖epoxy-rubber混凝土含40%橡胶粉和环氧树脂(表5.5 - -7.5%4)低于中国排水沥青混合料中提供的价值规范,这表明,超薄覆盖epoxy-rubber混凝土表现出优越的抗剥落。混凝土环氧树脂含量越高,孔隙率越低。这种趋势是由于高粘度的环氧树脂粘结剂,这巩固了骨料和砂浆填满总毛孔。泥浆之间的差距和骨料和混凝土的散射损失减少减少孔隙度。环氧树脂用量超过7%时,降低孔隙度和飞行损失下降。郭et al。22)测试飞行的损失与不同的沥青SMA混合内容,和结果表明,飞行损失随沥青含量增加而降低,这是符合环氧树脂含量对混凝土的影响损失研究飞行。基于经济成本和实际问题,满足超薄完成所需的最佳环氧树脂用量为6.5%。耐久性的混合物可以满足epoxy-rubber混凝土路面的功能需求。

3.3。橡胶粉替代率对混凝土的力学性能

橡胶粉替代率是0,30岁,35岁,40岁,45岁和50%。极限应变指的是应变时生成受到材料的最大应力或负载;bending-compression比材料的弯曲抗拉强度的比值,其抗压强度。

橡胶粉含量的影响混凝土的抗压强度和弯曲抗拉强度是描述的数据5和6,分别。随着橡胶粉含量的增加30 - 50%,混凝土的抗压和抗弯抗拉强度值逐渐降低;抗压强度逐渐降低了从27.1到13.0 MPa,而弯曲抗拉强度逐渐降低了从21.4到12.9 MPa。然而,这些值都高于抗压强度(2.5 MPa)和弯曲抗拉强度(8.5 MPa)的沥青混凝土路面。混凝土极限抗压和抗弯菌株与橡胶粉含量增加。最终的压缩应变从5.41增加到11.69%,和最终的弯曲应变增加从2.09到4.32%。替代率低于40%时,增长速度很低。40 - 45%的增加率替代率进一步提高,和极限应变急剧上升后替换率超过45%。因此,混合物的机械性能,最佳力学性能是实现当橡胶粉替代率低于45%。邵et al。23]报道的影响不同橡胶粉在环氧树脂混凝土的力学性能和得出结论,橡胶粉的加入会降低环氧树脂混凝土的强度,改善其变形特性。在报告中,抗压强度,抗拉强度、弯曲和弯曲应变环氧混凝土与不同橡胶含量范围从40到67 MPa, 4.5到6.7 MPa,和0.1至0.2%,分别是完全不同于环氧橡胶混凝土的力学性能,特别是弯曲抗拉强度和弯曲应变。这主要是由于不同的环氧树脂和固化剂使用。

flexural-compression比例的混合物被定义为弯曲强度比抗压强度。这一比率描述材料的灵活性;flexural-compression材料的比例越高,其韧性越高。橡胶粉含量对混凝土的影响flexural-compression比率是描绘在图7。随着橡胶粉含量的增加(30 - 50%),混凝土的flexural-compression比率增加,表明增强超薄覆盖epoxy-rubber混凝土的韧性。橡胶含量低于40%时,增加flexural-compression率下降,但当含量达到50%,flexural-compression比例显著增加。因此,橡胶粉替代率越高,混凝土的韧性越好。

上述结果表明,橡胶粉含量的增加增加混凝土的灵活性但减少抗压和抗弯抗拉强度。因此,橡胶粉用量40 - 45%的建议,以确保混凝土表现出改善力学性能和灵活性。

3.4。橡胶粉替代率对道路的影响和消声性能的混凝土

3.4.1。影响高温和防滑性能

在这项研究中,发情的稳定DS 60°C是用来评估蚂蚁发情的超薄覆盖epoxy-rubber混凝土的能力。混凝土的动态稳定值标本不同橡胶粉(表内容5)明显高于上层人行道用于交通拥挤(3000次/毫米)。这些发现表明,ultrathin-surface epoxy-rubber混凝土表现出优异的高温性能。橡胶粉替代率越高,高温性能就越好。替代率低于40%时,动态稳定性显著增加。替代率达到40%后,动态稳定性略有增加。摆值(英国摆数症)是用来描述混凝土的宏观防滑性能。橡胶粉替代率越高,防滑性能就越好。替代率低于40%时,摆值显著增加,但摆值的增加下降时替换率达到40%。蜀(24)测试环氧树脂混凝土的动态稳定性和摆值与橡胶粉含量高,和它们的范围是48462 - 104991次/毫米⁻¹分别和42-52。结果和这两个指标的变化模式与橡胶粉内容是类似的t在这篇文章中。

3.4.2。对消声性能的影响

在这项研究中,振动衰减系数是用来描述的振动和消声特性超薄覆盖epoxy-rubber混凝土。如图8橡胶粉替代率越高,混凝土的振动衰减系数越高,表明橡胶粒子超薄覆盖epoxy-rubber混凝土提高了消声效果。此外,替代率低于40%时,振动衰减系数显著增加。然而,当替代率为40%,衰减系数达到最大值,随后,增长率迅速下降。凌等人研究了影响橡胶颗粒水泥混凝土的消声性能和乳化沥青混合料25]。表6显示测试结果从凌的研究的一部分。橡胶粒子的添加可以提高水泥混凝土和沥青混合料的消声性能。橡胶的环氧树脂混凝土的振动衰减系数准备摘要之间的水泥混凝土和乳化沥青混合料。

从高温稳定性的分析,防滑,减震,和抗噪声性能的ultrathin-surface epoxy-rubber混合物,这是观察到的道路和消声性能混凝土时显著提高橡胶粉替代率为40 - 50%。因此,建议橡胶粉内容应该超过40%。

总之,考虑橡胶粉替代率的影响总体结构和变形,耐磨,机械性能,和公路性能,需要有效地利用废橡胶粉,最优结论橡胶替代率是45%。

4所示。结论

(1)在混凝土中加入橡胶粉可以减少弹性模量和矿物结构的塑性变形,使混凝土更加适合柔性路面的叠加。然而,当替换率增加到一个特定的值,它可以极大地干扰矿物结构和加剧混凝土混合料的稳定性。基于橡胶粉对矿物聚合物的结构和性能的影响,初步确定,橡胶粉的最佳替代率是30 - 50%。(2)超薄覆盖epoxy-rubber混凝土表现出优良的抗剥落性能。环氧树脂的孔隙度增加的内容。一个合理的孔隙度保证混凝土表现出良好的密封性能和耐久性。根据经济需求,环氧树脂的最佳数量以4.17%的孔隙度为6.5%。(3)在初步确定替换率范围内的橡胶颗粒,随着橡胶粉替代率的增加,灵活性,高温稳定性,防滑性能,耐冲击和噪音的混合物被增强。然而,抗压和抗弯抗拉强度降低。从综合性能的超薄覆盖epoxy-rubber混凝土,橡胶颗粒的最佳替代率为45%。

超薄的设计方法覆盖epoxy-rubber具体如下:初步确定橡胶粉替代率的范围,确定环氧树脂粘结剂的数量,并确定最终的替换率的橡胶粉。这种设计方法是基于工作从部分到整体的原则,结合部分的特点来确定相应的约束指标。超薄的设计可以反映性能叠加epoxy-rubber混凝土和显著减少设计epoxy-rubber-concrete组合的努力。适当的设计有利于促进epoxy-rubber混凝土在道路路面的使用。

数据可用性

所有的数据可以在这篇文章中找到。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢提供的金融支持西藏中国科学基金会(没有。XZ 2019 tl-g-05)。

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