纤维素醚对砂浆中橡胶颗粒浮力影响的实验研究

抽象的

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 / m^3.)、橡胶代替砂浆比例(0 ~ 0.5)对橡胶粉砂浆的均匀度、稠度和28天(28天)强度的影响，并研究了纤维素醚对橡胶浮体的抑制作用。结果表明，在砂浆中掺入纤维素醚能显著提高混合料的流动性，抑制橡胶的浮动。但随着纤维素醚掺量的增加，砂浆28 d强度呈明显下降趋势。本研究对橡胶粉砂浆、橡胶粉混凝土及其他轻骨料混凝土的实际应用具有指导作用。

背景

作为碎屑橡胶砂浆（或混凝土）中的一种高速塑料，可以将橡胶混合到砂浆（或混凝土）中以通过物理相互作用改变混凝土的内部结构，而不改变砂浆中每个组分的化学性质（或具体的）。研究研究[1表明橡胶颗粒能提高混凝土的抗裂能力和延性，当橡胶颗粒砂浆受到破坏时，不会突然发生脆性断裂。Pelisser等[2]发现，与橡胶混合混凝土的密度由13％与普通混凝土相比减小。耶尔马兹和Degirmenci [3.从研究结束时，当橡胶以纤维的形式混入混凝土时，混凝土的弯曲强度增加了20％，随着橡胶的连续增加，弯曲强度显示下降趋势。此外，常规混凝土呈脆性骨折，而橡胶混凝土呈韧性骨折。康等。[4]发现含有橡胶颗粒的混凝土样品在弯曲过程中会产生明显的塑性变形，并且在维持峰值负荷时不会产生塑性骨折，但在大塑性变形后产生韧性骨折。Thomas等人进行的研究研究。[5表明掺橡胶混凝土的碳化深度小于普通混凝土。Raghavan等人[6掺量为0.6%的橡胶，在冻融试验中橡胶混凝土的质量损失最小。Oikonomou和Mavridou [7表明氯离子的渗透能力随橡胶用量的增加而降低。Gupta等人研究了不同配合比的橡胶混凝土中氯离子的浓度[8]的渗透系数很低，说明橡胶粉混凝土对氯离子有很好的渗透效果。Thomas等人的研究[5表明在掺10%橡胶的混凝土中氯离子的渗透深度小于普通混凝土。综上所述，橡胶颗粒掺入混凝土，一方面克服了混凝土材料自重大、脆性大等诸多缺陷。另一方面，拓展了废橡胶的应用领域，实现了资源的合理循环利用，取得了较高的经济效益和社会效益[1］.

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[9[开展正交实验，并探讨了影响橡胶颗粒在面包屑橡胶轻质骨料混凝土中的橡胶颗粒的浮动因素。该研究表明，影响橡胶颗粒的浮动现象存在复杂因素，主要因素是水 - 粘合剂的比例和橡胶颗粒的尺寸。关于预防橡胶颗粒在水泥基材料向上浮动的研究研究，该方法主要包括调节水泥基材料的混合比例并控制胶结材料的剂量。Tutatsinze和Garros [10.]混合一定剂量的超增塑性剂（混合量为3.5kg / m^3.~9.32 kg / m^3.）在Crumb橡胶混凝土中，在自压缩橡胶混凝土中实现了橡胶颗粒的均匀分布，避免了浮动现象。康等。[11.，12.]提出了碾压橡胶颗粒混凝土的概念，并对其性能进行了系统分析，防止橡胶颗粒在水泥基材料塑性状态下向上浮动。Zhu等[13.)采用三个指标,即抗压强度和密度上,中间,和更低的棱镜标本和橡胶粒子的分布试样的横截面表示浮动的面包屑橡胶混凝土,并防止橡胶浮高吸水性聚合物通过添加(SAP)混合物。但这种方法降低了混凝土的使用性能。其他一些学者[14.- - - - - -17.]研究了橡胶浮动与振动时间的关系，通过对混合料振动时间的控制，提高了橡胶颗粒的均匀性。虽然这种方法可以提高橡胶颗粒的均匀性，但它减少了振动时间，增加了混凝土中的气泡，导致混凝土压实率不足。纤维素醚是一种聚合物化合物，具有纤维素制成的醚结构。由于其分子结构，纤维素醚可作为增稠剂和保水剂[18.］.纤维素醚的加入会影响砂浆的机械强度和水泥的水化性能。随着纤维素醚用量的增加，砂浆28d强度呈下降趋势[19.］.随着纤维素醚的增加，水泥浆的凝结时间延长:初始凝结时间不明显，但最终凝结时间明显随纤维素醚的增加而延长[20.］.

这项研究增加纤维素醚在砂浆，以提高混合物的流动性和向上浮动抑制橡胶粒子。它采用二次正交旋转组合实验，研究纤维素醚的橡胶上的浮动，包括16组模制样品，每一组在3个试样的抑制效果的方法。

2.实验设计

2.1。材料

为了减少因材料的影响，本实验采用的混凝土外加剂包括混凝土外加剂和中国ISO标准砂的检查基准水泥专项。至于水泥，它采用由山东鲁诚水泥有限公司（它可以补充文件中找到）制造P⋅I42.5普通硅酸盐水泥。它的化学成分见表1，物理和机械性能如表所示2．至于沙子，它采用厦门ISO标准砂有限公司制造的中国ISO标准砂，粒度指数如表所示3.．橡胶颗粒由机械研磨的废橡胶制成，具有40根网格。它的化学成分见表4．


SiO₂	艾尔₂O_3.	菲₂O_3.	曹	m	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


类型	抗压强度		断裂强度		密度（g / cm^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


方孔筛孔径(mm)	0.65	0.40	0．25
筛渣累计重量(%)	2.5％	42.6	95.2


	平均粒度（μ米)	筛目尺寸(μ米)	筛网残留物（％）	灰分(%)	丙酮提取物（％）

40项目	367.	425	≤10.	≤8.	≤8.

在这个实验中使用的减水剂是聚羧酸高性能减水剂（慢固化型），以27％的减水率。的纤维素醚是由豫天生化学工业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。

2.2。配合比设计

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[21.］.实验采用二次正交旋转组合，并选择两个因素，即纤维素醚的混合量和橡胶替代砂的比例。那是，米= 2。星号的手臂r是正交实验设计的一个实验因素参数，以及附录表14-1中的[22.，很容易知道星号臂r = 1.414 and the number of group of zero level point米₀= 8。根据正交试验设计的要求，本试验采用16组试验点，包括8个非零水平试验点和8个零水平试验点，每组3个试件。测试点在因子空间中的分布如图所示1．本实验以相同体积的橡胶代替砂，研究橡胶代替砂配比的效果，最大代替率为0.5，最小代替率为0。水灰比为0.45 [14.，23.］.

纤维素含量上限(X₁)为5.43 kg，下限为0，零电平为X_10.= (5.43 + 0)/2 = 2.715 kg。纤维素的变化间隔 = (5.43 − 2.715)/1.414 = 1.9201 kg, upper level = X_10. + = 4.6351 kg，下水位=X_10. − = 0.7949 kg.

橡胶代砂量上限(X₂)为0.5，下限为0，零电平为X_20.=(0.5 + 0)/2 = 0.25。橡胶的更换间隔=(0.5−0.25)/1.414 = 0.1768，上水平=X_20. + = 0.4268, and lower level = X_20. − = 0.0732.

然后，实验是基于上述理论和方法设计的。表中的编码时间表如表所示5，实验方案和混合比例的设计在表中示出6．


规范变量z_j	自然变量x_j
规范变量z_j	混合纤维素量X₁(公斤)	橡胶替代率X₂（％）

星号上臂r	5.43	50％（432千克）
上一级	4.64	42.68（368.76千克）
0 0级	2.72	25％（216千克）
低水平−1	0.79	7.32%(63.24公斤)
下星号臂−r	0	0(0公斤)
改变间隔	1.92	17.68%(152.76公斤)


数量	z₁	z₂	混合纤维素量X₁	橡胶替代率X₂	水泥(公斤)	水水泥比	沙子（kg）	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

２.３.实验方法

The experiment in this paper measures the degree of consistency and 28 d strength after molding of the mixture, as well as the degree of uniformity of distribution of rubber particles at the cross section.

本实验用稠度来研究砂浆的流动性。稠度是指砂浆在自身重力或外力作用下易于流动的性能。稠度用沉陷度(mm)表示，试验装置为砂浆稠度测定仪。一般情况下，水泥砂浆稠度大表明砂浆含水量大。因此，水泥砂浆的稠度越大，砂浆的流动性就越好。以实测的落锤在砂浆中的下沉程度作为评价砂浆稠度的指标。测量时，对每组不同配合比的水泥砂浆材料进行两次测量，以两次实验结果的算术平均值作为最终的实验结果，精确到1mm。如果两个实验值的差值大于10mm，应进行重采样进行测量。

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2．

在该实验中，通过橡胶颗粒分布区域的分层统计来计算橡胶分布的均匀性指数。在此实验中，首先采取试样，将其放在压榨机上，并将其纵向分成一半。然后，使用单眼相机拍摄高清晰度的图片和行为的图像处理和量化，以获得橡胶颗粒沿试样的高度方向上的清晰分布。它提取了矢量化橡胶颗粒的数量和面积，并量化了橡胶颗粒的分布作为橡胶分布均匀性指数。橡胶分布均匀性指数的处理流程如图所示3.．

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) [13.］.以橡胶颗粒的形状为中心进行分区统计以像素面积的具体值作为均匀性指标的计算依据，即area_C 2 /(地区_一个+区域_B）.对于第8组配合比，由于橡胶对砂的替代率为零，因此以混合料中砂下沉程度的具体值作为均匀性指标，即面积_一个 2 /(地区_C+区域_B）.

3.实验结果和讨论

实验表和二进制二次正交旋转组合的结果示于表7．根据实验结果，进行回归系数显着性分析并去除不显着的项目，并建立回归方程为不同的索引。为了清楚地表达的结果，给出了方程的弯曲表面和相应的等高线图的示意图。此外，作为用于本文中的单因素效果分析，下降的方法是通过在零电平固定一个因子和进行单因素分析的其他因子通过。


数量	z₁	z₂	一致性（mm）	28 d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

3.1。均匀性影响分析

对均匀性影响因素进行方差分析，如表所示8．


变异来源	平方和	自由度	均方	偏相关	比值	意义程度

X₁	0.8168	1	0.8168	0.8046.	18.3604	0.0016.
X₂	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
X₁X₂	0.0025	1	0.0025	-0.0748	0.0562	0.8174
回归	1.4121	5	0.2824	F2 = 6.34863		0.0273
残留	0.4449	10.	0.0445
缺乏契合	0.2793	3.	0.0931	F1 = 3.93676		0.0431
错误	0.1656	7	0.0237
和	1.857	15.

摆脱谁的不可思议的物品值大于0.1，我们可以获得简化的回归方程：Y = 1.22750 + 0.31953X₁−0.20407X₂ − 0.15750 ．

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4．与纤维素醚的混合量的增加，橡胶分布呈现抛物线形状增加的趋势的均匀性。这表明，当橡胶的取代率处于零电平时，纤维素醚的混合量的增加可以提高显著橡胶分布的均匀性。Meanwhile, when the mixing amount of cellulose ether is above −0.5 (1.75 kg/m^3.)时，橡胶分布均匀性达到1，认为橡胶是均匀分布的。

橡胶的取代率的单因素效应分析的结果显示在图5．随着橡胶替代率的增加，橡胶分布均匀性呈线性下降趋势。结果表明，当纤维素醚为零水平时，橡胶取代率的增加降低了橡胶分布的均匀性。

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6和7．在图中7，我们可以发现，随着橡胶替代速率的增加，橡胶分布的均匀性提高了趋势，随着纤维素醚的增加，呈现出越来越大的趋势。结果表明，混合到橡胶中的纤维素可以显着提高橡胶分布的均匀性，并且所需的纤维素的混合量随着橡胶替代速率的增加而呈增加趋势。主要原因是纤维素醚降低了砂浆的迁移率，并限制橡胶颗粒在振动期间向上浮动。

３．２．一致性影响分析

对一致性影响因素进行方差分析，如表所示9．


变异来源	平方和	自由度	均方	偏相关	F价值	价值

X₁	3865.527	1	3865.527	-0.9793	233.9027	0.0001
X₂	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
X₁X₂	0．25	1	0．25	0.0389	0.0151	0.9045
回归	4055.738	5	811.1476.	F2 = 49.08247		0.0002
残留	165.2622	10.	16.5262
缺乏契合	89.7622	3.	29.9207.	F1 = 2.77411.		0.0966
错误	75.5	7	10.7857
和	4221	15.

在回归方程中摆脱不显着的项目值大于0.1，我们可以获得简化的回归方程：Y= 78.25000−21.98160X₁ − 4.02665X₂．

纤维素掺量相对稠度的单因素效应分析曲线如图所示8．随着纤维素醚掺量的增加，砂浆的稠度呈现线性降低的趋势，纤维素醚增稠效果显著，与研究结果一致[22.表明纤维素醚对新拌水泥基材料具有良好的增稠效果。

关于一致性的橡胶替换率的单因素效应分析的曲线如图所示9．砂浆的稠度随橡胶替代率的增加呈线性降低趋势，流动性下降显著。本研究所用橡胶的目数为40目，粒径较小，符合结论[24.粒径小的橡胶可以降低水泥砂浆的迁移率。

橡胶替代率的相互作用率和纤维素醚对橡胶分布一致性的混合量如图所示10.和11.．从图11.时，砂浆的稠度随橡胶取代率的增加呈下降趋势，随纤维素醚的增加呈下降趋势。同时，橡胶替代率对砂浆稠度的影响要大于纤维素醚掺量对砂浆稠度的影响。

３．３．28天强度影响分析

对28d强度影响因素进行方差分析，如表所示10.．


变异来源	平方和	自由度	均方	偏相关	比值	意义程度

X₁	120.6639	1	120.6639	−0.8962	40.8106	0.0001
X₂	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
X₁X₂	23.6196	1	23.6196	0.6664	7.9885	0.018
回归	514.9016	5	102.9803	F2 = 34.82967		0.0005
残留	29.5668	10.	2.9567
缺乏契合	15.9437	3.	5.3146.	F1 = 2.73079		0.0998
错误	13.6232	7	1.9462
和	544.4684	15.

在回归方程中摆脱不显着的项目值大于0.1，我们可以获得简化的回归方程：Y= 17.13750−3.88368X₁−6.43565X₂1.95688 + 2.43000X₁X₂．

图中示出了纤维素混合量的单因素效应的曲线12.．随着纤维素混合量的增加，28d强度提高了趋势。表明当橡胶的取代率处于零水平时，纤维素醚的混合量的增加降低了砂浆的28d强度。

橡胶替代率的单因素效应曲线如图所示13.．28 d强度呈现线性降低的趋势随着橡胶的取代率的增加，这表明混合到砂浆中的橡胶降低了砂浆的强度。它还表明，当纤维素醚处于零水平时，橡胶的取代率的增加降低了砂浆的28d强度。

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14.和15.．从图15.，发现随着橡胶替代率的增加，砂浆28d强度呈下降趋势。当橡胶掺量为0时，随着纤维素醚掺量的增加，砂浆28d强度呈下降趋势，这与研究结果一致[25.］.When the substitution rate of rubber is 0.5, the 28 d strength of the mortar presents an increasing trend with the increase of cellulose ether. The author thinks it was resulting from the increase of uniformity of rubber distribution. At the same time, we can find the influence of the substitution rate of rubber on 28 d strength is larger than the influence of the mixing amount of cellulose ether on 28 d strength.

3．4．砂浆中橡胶颗粒悬浮的探讨

数字16.是K1组的横截面，橡胶的取代率为0.4268，纤维素醚的混合量为4.6351 kg / m^3.．橡胶分布的均匀性高，均匀性指数为1.16;数字17.是K5组的横截面，橡胶0.25的替代率。由于K5组尚未与纤维素醚混合，因此存在橡胶颗粒的严重浮动现象，并且均匀性指数仅为0.32。它表明将纤维素醚混入橡胶抑制纤维素醚的浮动。

当橡胶分布的均匀性不小于1时，我们假设砂浆中的橡胶均匀分布，并且没有橡胶漂浮。根据橡胶分布的回归均匀公式，假设均匀性等于1，并且我们可以计算橡胶不同取代速率的纤维素醚的混合量，如表所示11.．


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

进行基于橡胶的替代率和纤维素醚的混合量拟合，我们可以得到橡胶和相应的纤维素醚的不同取代率关系曲线的式：

Y = 4.78X+ 0.58,R² = 0.9875. According to this formula and different substitution rates of rubber, we can control the floating of rubber particles in mortar by mixing different amounts of cellulose ether into it.

4。结论

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：（1)纤维素醚可以显着提高混合物的一致性，降低砂浆的迁移率，抑制橡胶颗粒向上漂浮，并增加橡胶分布的均匀性。(2）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%。（3)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。

数据可用性

用于支持本研究结果的实验数据可从第一作者获得（sdaulj@163.com.)及通讯作者。

的利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

作者表达自己对青年科学和水利科学的资助下，安徽和淮河研究所没有技术创新基金项目的资金支持表示感谢。KY201707科研和无710071安徽省水利厅的技术咨询项目。SLKJ2018-05。

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复杂性

抽象的

背景