从微观角度简述橡胶集料混凝土的特点

　　摘 要:橡胶集料混凝土是一种新型的建筑材料，表现出一系列与普通混凝土显著不同的性能，如抗开裂性能强、抗渗、抗氯离子侵蚀性能高等，这些独特的性能与它的微观结构密切相关。因此，从微观角度进一步“解析”橡胶集料混凝土具有十分重要的意义。

　　关键词：废橡胶粉,橡胶表面处理,水泥混凝土,界面,机理

　　1橡胶混凝土研究的背景

　　近十几年来，循环经济已逐步发展为大规模的社会实践活动，循环经济以最有效的利用资源和保护环境为基础，追求社会效益和经济效益的高度统一，实现可持续发展。随着汽车步入中国普通家庭，废旧轮胎的处理己经成为我国发展循环经济工作中的一个重要课题。用废旧轮胎胶粉改性高强混凝土的性能，可以减低高强混凝土在火灾高温下的爆裂性，在高强混凝土的强度损失不大的前提下减低混凝土的刚度，可以提高高强混凝土材料的变形兼容性;橡胶混凝土路面能够减少、减窄或消除伸缩缝，改善混凝土路面高噪声、高震动、易开裂的缺点;同时橡胶混凝土所具有的轻质、隔热、隔音性能为开发新型节能建筑材料及废旧轮胎的再生利用提供了很好的前景。

　　2研究技术路线

　　文章以橡胶混凝土为研究对象，采用理论分析和试验相结合的方法，采用30，80目橡胶粉，分别以水泥质量的1%直接掺入到水泥混凝土中，分析不同目数橡胶粉及不同的对橡胶粉表面的处理方式对水泥混凝土性能的影响，研究橡胶混凝土的粘结机理。

　　本文所采用的主要研究方法有:

　　(1)试验研究：主要包括SEM试验，X射线衍射试验(XRD);

　　(2)理论分析：橡胶集料与水泥界面粘结机理。

　　3研究方法

　　将橡胶粉以不同的处理方式分别掺入到水泥混凝土中，分析橡胶粉的掺入以及对橡胶粉进行不同的处理方式对水泥混凝土的影响。试验分别将橡胶粉用水洗，氢氧化钠溶液及盐酸溶液进行处理，通过X射线衍射仪和扫描电镜分析橡胶混凝土的组成及其结构，初步得出橡胶混凝土制备过程中的粘结机理。

　　4 预处理方法

　　4.1 碱处理方式

　　分别取适量30目，80目橡胶粉，将其放人碱性溶液(Na OH)浸泡1h，然后用水冲洗，之后取适量制橡胶混凝土。

　　4.2 酸处理方式

　　分别取适量30目，80目橡胶粉，将其放人酸性溶液(H Cl)浸泡1h，然后用水冲洗，之后取适量制橡胶混凝土。

　　4.3 水处理方式

　　分别取适量30目，80目橡胶粉，将其放人水中浸泡1h，之后取适量制橡胶混凝土。

　　5实验过程

　　(1)确定实验橡胶颗粒目数，选30目，80目。

　　(2)确定各组橡胶微粒与水泥，水，石子，砂的配比，并确定1-9组的用量。

　　(3)确定所采用的三种对橡胶粉的预处理方法，酸蚀、碱蚀、水处理对橡胶颗粒粗糙表面进行预处理。并确定1-9组的处理方式。

　　(4)配置H Cl溶液和Na OH溶液：实验室购买12mol/L的H Cl溶液，取120g水配置成2mol/L左右的H Cl溶液;实验室购有瓶装氢氧化钠片状样品，取150g水配置成2mol/L左右的Na OH溶液。

　　(5)分别取适量30目，80目橡胶粉，并标记2-8组。

　　按照配比分别制备1组水泥混凝土及2-9组橡胶水泥混凝土。

　　脱模，水中养护至28天。

　　第十四天，取1至9组样品少许，在鼓风干燥机中烘干30min，并将1组，2组，6组，8组试样磨成粉，用x射线衍射仪分析，标记W1，W2，W3，W4，进行图谱分析。取1至9组样品少许，在鼓风干燥机中烘干30min，并制成标准样放入扫描电子显微镜观察并照相，标记成组13-22。13对应1组，14对应2组，15对应3组，16对应4组，17对应5组，18对应6组，19对应7组，20对应8组，21对应9组，22对应80目橡胶粉。对图片进行分析。

　　第二十八天，再取1至9组样品少许，在鼓风干燥机中烘干30min，并制成标准样放入扫描电子显微镜观察并照相，并分析。

　　研究粘结机理，分析，阐述。

　　6 SEM图像分析

　　通过利用扫描电镜 (SEM)观测橡胶混凝土中橡胶与混凝土界面的微观形貌，分析研究对橡胶粉表面不同的处理方式对橡胶混凝土粘结的影响。

　　7 SEM试验结果分析综合

　　(1)通过不同处理方式的橡胶混凝土的形态对比，没有观测到其他物质出现，可见掺入的胶粉并不参与水化反应，只是作为混凝土组分中的惰性物质而存在。且发现结构中的粘结性有差别，必是内部组成发生变化，需要进一步通过XRD分析得出。

　　(2)橡胶集料混凝土中集料与水泥石的界面可分为两种，一种是砂石集料与水泥石之间形成的界面，另外一种是橡胶集料与水泥石形成的新的界面。

　　(3)尽管水泥的化学成分复杂，并且在发生水化反应时会释放出大量的热，然而在掺入橡胶集料的水泥砂浆中，并没有发现新物相结构的生成。

　　8 XRD 试验研究

　　试验对象共有三种：未掺加橡胶集料的水泥砂浆样品，掺加橡胶集料的水泥砂浆样品，进行表面处理过的掺加橡胶集料的水泥砂浆样品。 通过XRD试验把掺橡胶集料的样品与未掺橡胶集料的样品相比，各物相结构特征峰的位置均发生一致重合。各特征峰只有强度的相对变化，而没有位置的改变。这一试验结果表明，橡胶集料混凝土中没有新物相结构的生成。

　　9 胶粉的酸，碱浸泡处理

　　在橡胶生产中，需引入硬脂酸锌作为润滑剂、防粘剂、硫化催媒的活化剂等，因此，由废旧轮胎制备的胶粉、胶粒将不可避免地含有硬脂酸锌。粉状且有滑腻感的硬脂酸锌将会降低胶粉、胶粒与水泥砂浆的粘结力。根据文献的论述，胶粉、胶粒在Na OH等强碱溶液和H Cl等强酸中浸泡不会改变物理力学性能，因此，可采用浸泡Na OH溶液和H Cl溶液的方法来去除胶粉、胶粒中的硬脂酸锌。

　　10 浸泡工序

　　胶粉、胶粒与水的密度大体相同，加上表面张力的作用，充分浸泡变得非常困难。在实际操作中，采用多搅拌、勤加水、常振捣、清水洗，使浸泡效率和浸泡质量提高。具体的操作工序如下:

　　(1)配置1%的Na OH溶液及H Cl溶液

　　(2)在容器中加入胶粉或胶粒，尽力搅拌。

　　(3)搅拌过程中不断加入留待添加的溶液，不断振捣。

　　(4)浸泡60分钟后，用清水洗净，用鼓风干燥箱烘干。

　　11去除硬脂酸锌的反应机理

　　硬脂酸锌为白色轻质细微粉末，分子式为(C17H35COO)2Zn，可燃，自燃点900℃，相对密度1.095，熔点130℃，有滑腻感。不溶于水、乙醇、乙醚，可溶于热乙醇、松节油、苯等有机溶剂。在有机溶剂中加热溶解后遇冷成为胶状物，遇强酸、强碱均能反应。有吸水性，无毒，微具刺激性。

　　Na OH又名烧碱、火碱、苛性钠。纯品为白色透明晶体，相对密度2.130，熔点318.4℃。强碱，有强腐蚀性。本次试验所选用的Na OH为试剂厂生产的高纯片状固体烧碱。

　　Na OH与两性盐硬脂酸锌的反应方程式为:

　　Zn(C17H35COO)2+4NaOH=2Na(C17H35COO)+Na2(Zn(OH)4)

　　反应生成物Na(C17H35COO)与Na2(Zn(OH)4)均易溶于水，因此，浸泡后用清水冲洗即可消除Na(C17H35COO)，Na2(Zn(OH)4)和剩余的Na OH。

　　H Cl 无色气体，极易溶于水(1:500)，水溶液为无色透明液体。在空气中冒烟，有刺激性气味，味酸。能与水和乙醇任意混溶，溶于苯。呈强酸性。能与许多金属和金属的氧化物起作用，能与碱中和，与磷、硫等非金属均无作用。有腐蚀性。

　　H Cl 与两性盐硬脂酸锌的反应方程式为:

　　Zn(C17H35COO)2+4HCl=C17H35COOH+ZnCl2

　　反应生成物C17H35COOH与ZnCl2均易溶于水，因此，浸泡后用清水冲洗即可消除C17H35COOH，ZnCl2和剩余的H Cl。

　　12 硬脂酸锌对结合能力的影响

　　1999年，Segre和Joekes等人对胶粉进行了Na OH溶液浸泡处理，试验结果发现，用Na OH做表面处理后，水泥砂浆和胶粉的粘结力有所增强。2001年，，Nadia Segre,Paulo J.M.Monteiro,Garrison Sposito等人进一步用红外线、化学滴定等方法确定了硬脂酸锌是降低橡胶和水泥砂浆结合力的主要原因。弯折破坏裂缝面显微镜图片表明，未浸泡Na OH溶液的胶粒几乎被拉出水泥砂浆，浸泡过Na OH溶液的胶粒与水泥砂浆呈一体破坏现象，详见图3-2-1、图3-2-2。

　　在胶粉去除硬脂酸锌后，胶粉(有机物)与水泥砂浆(无机物)的结合能力显著提高。因此，用浸泡Na OH法及浸泡H Cl法去除轮胎中的硬脂酸锌将能提高改性混凝土的微观和宏观性能。

　　13. 结论

　　(1)尽管水泥的化学成分复杂，并且在发生水化反应时会释放出大量的热，然而在掺入橡胶集料的水泥砂浆中，并没有发现新物相结构的生成。从而对参加橡胶集料的水泥基材料是否有新物相结构生成作出了明确判断。

　　(2)橡胶集料混凝土中集料与水泥石的界面可分为两种，一种是砂石集料与水泥石之间形成的界面，另外一种是橡胶集料与水泥石形成的新的界面。

　　(3)制备橡胶混凝土所需要的胶粉是由废旧轮胎制备出的，并且由于在橡胶生产中，需引入硬脂酸锌作为润滑剂、防粘剂、硫化催媒的活化剂等，所以橡胶混凝土将不可避免地含有硬脂酸锌。同时粉状且有滑腻感的硬脂酸锌将会降低胶粉与水泥砂浆的粘结力。胶粉在Na OH等强碱溶液和H Cl等强酸中浸泡不会改变物理力学性能，并且采用浸泡Na OH溶液和H Cl溶液的方法可以去除胶粉中的硬脂酸锌。所以在橡胶混凝土的制备过程中需要去除硬脂酸锌。

　　参考文献

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　　本文选自《中国石油和化工标准与质量》。 《中国石油和化工标准与质量》杂志是由中国石油和化学工业协会主管，中国化工信息中心、中化化工标准化研究所主办的国内外公开发行的国家级期刊(国内刊号：CN11-5385/TQ;国际刊号:ISSN1673-4076;邮发代号：2-789)。

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