CN102267806A - 一种橡胶颗粒耐水保温砂浆及制备方法 - Google Patents

一种橡胶颗粒耐水保温砂浆及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是采用橡胶颗粒、胶凝材料、表面处理剂、减水剂、增稠剂、细骨料等材料，制得一种适用于高湿环境的橡胶颗粒耐水保温砂浆，本发明耐水保温沙浆中的橡胶颗粒可采用废旧轮胎等橡胶废弃物加工而成，将废旧橡胶制成橡胶颗粒，用无机界面剂进行界面预处理后加入砂浆中，每立方米砂浆中橡胶颗粒用量在100-170kg左右，用本发明方法制备的保温砂浆克服了传统保温砂浆吸水率大、抗裂性差、耐候性差、收缩变形大、易开裂、易发生空鼓现象等缺陷，在用于类似矿井这种高温高湿的工作环境时，可有效地改善工作环境，同时废旧轮胎被喻为“黑色污染”。本发明可有效的地利用废旧轮胎，可对环境保护及建筑施工领域作出突出的贡献。

Description

一种橡胶颗粒耐水保温砂浆及制备方法
技术领域
本发明属于保温材料领域，特别涉及一种适用于高湿环境的橡胶颗粒耐水保温砂浆。
背景技术
保温砂浆是以水泥为胶凝材料，以颗粒状轻质保温材料加水拌合制成的，具有质轻、保温、绝热性好的特点，但现有的传统砂浆保温隔热材料，如：聚苯颗粒保温砂浆、珍珠岩保温砂浆等，在使用过程中暴露出了许多缺陷，如墙面空鼓、开裂、脱落等，引起了墙体的渗漏、透风、剥落等问题，在建筑工程中越来越突出。另外，大部分保温砂浆孔隙率较高，保温材料的孔隙结构分为连通型、封闭型、半封闭型几种，除少数有机泡沫塑料的空隙多数为封闭型外，其他保温材料不管孔隙结构如何，其材质本身吸水，加上连通孔隙的毛细管渗透吸水，故整体吸水率均很高。吸水后不仅会降低材料的强度，而且会大大降低其保温性能。
我国很多矿井都受到热害的困扰，矿井热害最终将成为制约矿井开采深度的决定因素。导致矿井热害的主要原因，一是矿井开采深度大(目前一般为-1000m左右)、地温高(45-50度)，二是矿井生产所需的大功率机电设备放热大、散热难。采掘工作面气温甚至高达33-36度，相对湿度大多为80％～90％左右，总回风道和回风井内的相对湿度接近100％，在这种环境下，一般的保温砂浆吸水后很快地失去其保温隔热性能，因此，现有技术的传统砂浆在高温高湿的工作环境下危害矿工的身体健康，影响着矿井的正常生产。
另外，废旧轮胎属于工业有害固体废物，它是恶化自然环境、破坏植被生长、影响人类健康、危及地球生态环境的最有害垃圾之一。通常的处理固体废物的方法如填埋、燃烧等，对废旧轮胎都不适用。废旧轮胎属于高分子弹性材料，它们的大分子分解到不影响土壤中植物生长的程度需要数百年的岁月，可谓“顽固不化”。若燃烧，其所释放出来的烟雾和一氧化碳，会严重污染大气。越积越多的废旧轮胎长期露天堆放，不仅占用了大量土地，而且经过日晒雨淋，极易滋生蚊虫，传播疾病，此外还容易引发火灾。历史上许多国家如美国、加拿大、日本等，都曾因废旧轮胎起火而蒙受了巨大损失。随着汽车工业的发展，越来越多的废旧轮胎形成的“黑色污染”正在威胁着全人类的生存环境。据统计，全世界每年约有15亿条轮胎报废，其中能够得到翻新利用的只占15-20％。为此，许多国家都在千方百计为废旧轮胎寻找出路。中国是世界上第三大轮胎生产国，2000年轮胎产量超过1亿条，仅次于美国和日本，每年生成的废旧轮胎达3000万条，在北京、上海等大城市的市郊结合处都能见到绵延上千米、像小山一样的废旧轮胎堆积点。并且，随着我国政府对汽车工业的大力支持，废旧轮胎的生成量将急剧增加，“黑色污染”造成的危害会远远大于“白色污染”。对此，国家环保总局已经将废旧轮胎的回收处理列入议程。
发明内容
本发明目的之一是提供一种橡胶颗粒耐水保温砂浆。
本发明目的之二是提供橡胶颗粒耐水保温砂浆的制备方法。
本发明是采用橡胶颗粒、胶凝材料、表面处理剂、减水剂、增稠剂、细骨料等材料，制得一种适用于高湿环境的橡胶颗粒耐水保温砂浆，具有良好的施工性、热工性、抗裂性、耐候性和小的吸水率。本发明耐水保温沙浆中的橡胶颗粒可采用废旧轮胎等橡胶废弃物加工而成，用堆积密度300-350kg/m3、直径为0.5-2mm的橡胶颗粒替代体积30％-50％的砂子，每立方米砂浆中橡胶颗粒用量在100-170kg左右；胶凝材料可优先选用PO42.5的普通硅酸盐水泥、优质粉煤灰，也可使用一定量的磨细矿粉等，每立方米砂浆中胶凝材料用量在300-450kg，优质粉煤灰、S75级矿粉的掺量可达胶凝材料的30-40％；表面处理剂主要选用模数为2.0的水玻璃、比表面积为15000～20000m2/kg的硅灰以及抗裂防水剂等，其用量为橡胶颗粒质量的5-10％左右，其中水玻璃的掺量为橡胶粉质量的3-5％，硅灰的掺量为橡胶颗粒质量的2-4％，抗裂防水剂为具有微膨胀、防水功效的粉体材料，掺量为橡胶粉质量的2-4％；增稠剂主要选用纤维素醚及其衍生物类，例如有聚阴离子纤维素、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素等，本发明采用羧甲基纤维素，其用量为胶凝材料用量的0.05-0.1‰；细骨料主要是普通河砂，粒径在2.5mm以下，在没有加入橡胶颗粒时，一立方砂浆中砂的用量为1500-1600kg，本发明的保温砂浆中用橡胶颗粒等体积替代砂子30％-50％，砂浆中砂的用量在750-1050kg/m3；减水剂采用萘系高效减水剂，减水率为15％以上，掺量为胶凝材料用量的1.5％左右；本发明所述耐水保温砂浆的水胶比为0.6-0.8，每立方米砂浆中的水为180-240kg。
本发明所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆，具体配方如下：
水泥          180-300kg/m3    橡胶颗粒          100-170kg/m3
粉煤灰        60-140kg/m3     砂                755-1050kg/m3
S75级矿粉     40-80kg/m3      萘系高效减水剂    4.5-7.0kg/m3
硅灰          2-6kg/m3        羧甲基纤维素      0.025-0.05kg/m3
水玻璃        3-7kg/m3        水                180-240kg/m3
抗裂防水剂    2-6kg/m3
本发明所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆，较好的配方如下：
水泥          200kg/m3    橡胶颗粒          132kg/m3
粉煤灰        80kg/m3     砂                900kg/m3
S75级矿粉     60kg/m3     萘系高效减水剂    5.4kg/m3
硅灰          5kg/m3      羧甲基纤维素      0.036kg/m3
水玻璃        5kg/m3      水                210kg/m3
抗裂防水剂    5kg/m3
若非特指，本发明所述的原料均为市售商品。
本发明所述的适用于高湿环境的橡胶颗粒耐水保温砂浆的制备方法，是采用30％-50％的橡胶颗粒代替砂，PO42.5的普通硅酸盐水泥180-250Kg/m3、优质粉煤灰100-140Kg/m3、1.0-1.5％的高效减水剂、并加入胶凝材料的0.05-0.1‰羧甲基纤维素，在水灰比为0.6-0.8时配制而成的，制得的保温砂浆和易性好、导热系数较低、抗裂性较好、耐水性好的抗压强度达5-10MPa的保温砂浆。
本发明所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆的制备方法包括如下步骤：
1.取粒径为0.5-2mm的橡胶颗粒，准备进行预处理；
2.称取橡胶颗粒质量5-10％的硅灰和抗裂防水剂，硅灰∶抗裂防水剂＝1∶1，按水∶固＝0.4-0.5∶1的比例加水搅拌均匀，再加入橡胶颗粒质量3-5％的水玻璃，混合均匀；
3.将橡胶颗粒倒入上述浆体中一起混合均匀进行界面处理，然后把界面预处理过的橡胶颗粒凉至半干，待用。
4.按照配合比，将水泥、粉煤灰等胶凝材料与砂、界面预处理过的橡胶颗粒一起在混凝土或砂浆搅拌机中搅拌15-20s；
5.之后加入水、减水剂和羧甲基纤维素，共同搅拌30-40s，即得橡胶颗粒耐水保温砂浆拌合物。
由于橡胶的导热系数较小(仅为0.1W/(m·K)，所以将轮胎制得的橡胶颗粒替代一部分砂子掺入到砂浆中，可减小砂浆的导热系数。另外，橡胶颗粒相当于泡沫引气剂，可以引入一定量微细、不连通的、闭口的微孔，分散在砂浆基体中，阻断或减缓了热流的通过。空气的导热系数很小，传热能力较差，橡胶本身属于绝缘材料，导热性能差且橡胶阻尼大，因此会消耗大量的热能，提高橡胶颗粒砂浆的热阻，减小导热系数，使其具有一定的保温隔热性能。橡胶颗粒是弹性材料，其弹性模量比砂浆基体约降低1000倍。橡胶颗粒的添加增加了砂浆破坏时的最大变形极限，能最大限度的吸收缺陷和微裂纹扩展所需的能量，使砂浆在破坏前能承受更大的应力。另外，橡胶颗粒可以作为应力的缓冲区，能够缓和内部的各种应力，包括收缩自应力、温度应力等，从而减少内部原生裂纹的发生与发展。因此，橡胶颗粒的加入不仅可以对应力集中起到分散作用，而且可以通过变形来吸收、消耗大量的应变能，实现了能量的转化，延缓了裂缝的发生时间、降低了裂缝的发生几率、抑制了裂缝的发展速度。本发明在橡胶颗粒替代砂之前，先用无机界面剂将橡胶颗粒进行界面预处理，预处理后，橡胶颗粒会和表面处理剂形成较理想界面，再将处理后的橡胶颗粒和其他材料一起搅拌，橡胶颗粒和砂浆的脆弱表面在一定程度上得到改善，无机和有机界面粘结性能得到提高，因而而对其砂浆的强度降低不大。由于橡胶颗粒本身具有较低的导热系数、良好的耐水性和较小的吸水率，因此可以提高高湿环境下砂浆的隔热性能，其次，由于橡胶颗粒这种特殊的骨料的加入，具有很好的变形来缓解内部的拉应力使得砂浆具有良好的抗裂性，延缓开裂时间、对裂缝的发展起到更好的抑制作用。另外，对橡胶颗粒进行表面预处理，可以使橡胶和基体之间的界面黏结得到增强和改善，进而能够使砂浆的强度不明显降低，故本发明能提高保温砂浆的抗裂性、强度以及在高湿环境下的保温性能。
一般传统的保温砂浆孔隙率较大，吸水率很大，在矿井下的这样湿度较高的工作环境中，很快地吸收周围的水分，导热系数将会显著的提高，保温砂浆吸水后很快地失去其保温隔热性能。本发明所述的保温砂浆克服了传统保温砂浆吸水率很大、抗裂性差、耐候性差、收缩变形大、易开裂、易发生空鼓现象等缺陷，将废旧橡胶制成橡胶颗粒，用无机界面剂进行界面预处理后加入砂浆中，使砂浆的吸水率大大的降低，在用于类似矿井这种高温高湿的工作环境时，可有效地改善工作环境，同时废旧轮胎被喻为“黑色污染”，本发明可有效的地利用废旧轮胎制成橡胶颗粒，用在本发明保温砂浆中，故本发明在环境保护及建筑施工领域有着广阔的应用前景。
表1比较了传统砂浆、本发明的橡胶颗粒耐水保温砂浆的性能。
表1传统砂浆和橡胶颗粒耐水保温砂浆的性能
Figure BSA00000401731800071
具体实施方式
实施例1
PO42.5普通硅酸盐水泥、优质粉煤灰；天然河砂，河砂的堆积密度1.50g/cm3，表观密度2.60g/cm3；粒径0.5-2mm的废旧轮胎橡胶颗粒，表观密度为980kg/m3，堆积密度为330kg/m3；模数为2.0的水玻璃、比表面积为19500m2/kg的硅灰、抗裂防水剂。
橡胶颗粒在替代砂之前，先用无机界面剂将橡胶颗粒进行界面预处理。方法为：称取3kg的硅灰和3kg抗裂防水剂，按水/固＝0.5的比例加水搅拌均匀，再加入橡胶颗粒质量的5kg的符合本发明的水玻璃，混合均匀。将100kg橡胶颗粒倒入浆体中一起混合均匀进行界面处理，然后把界面预处理过的橡胶颗粒凉至半干，待用。
采用30％的橡胶颗粒代替砂(等体积替代)，橡胶颗粒100kg/m3，1050kg/m3的天然砂，42.5MPa的普通硅酸盐水泥220Kg/m3、优质粉煤灰110Kg/m3、1.3％的高效减水剂(减水率15％)、并加入胶凝材料的0.05‰羧甲基纤维素、用水量为220Kg/m3。入搅拌机搅拌均匀即可得到和易性好、性能优异的保温砂浆。所得保温砂浆的各项物理性能见表2：
表2实施例1中的橡胶颗粒耐水保温砂浆的物理性能
Figure BSA00000401731800081
实施例2
PO42.5普通硅酸盐水泥、优质粉煤灰、S75级矿粉；天然河砂，河砂的堆积密度1.50g/cm3，表观密度2.60g/cm3；粒径0.5-2mm的废旧轮胎橡胶颗粒，表观密度为980kg/m3，堆积密度为330kg/m3；模数为2.0的水玻璃、比表面积为19500m2/kg的硅灰、抗裂防水剂。
橡胶颗粒在替代砂之前，先用无机界面剂将橡胶颗粒进行界面预处理。方法为：称取5kg的硅灰和5kg抗裂防水剂，按水/固＝0.55的比例加水搅拌均匀，再加入橡胶颗粒质量的5kg的符合本发明的水玻璃，混合均匀。将132kg橡胶颗粒倒入浆体中一起混合均匀进行界面处理，然后把界面预处理过的橡胶颗粒凉至半干，待用。
采用40％的橡胶颗粒代替砂(等体积替代)，橡胶颗粒132kg/m3，900kg/m3的天然砂，42.5MPa的普通硅酸盐水泥200Kg/m3、优质粉煤灰80Kg/m3、S75级矿粉60Kg/m3，胶凝材料用量1.4％的高效减水剂(减水率15％)、并加入胶凝材料的0.05‰羧甲基纤维素、用水量为210Kg/m3。入搅拌机搅拌均匀即可得到和易性好、性能优异的保温砂浆。所得保温砂浆的各项物理性能见表3：
表3实施例2中的橡胶颗粒耐水保温砂浆的物理性能
Figure BSA00000401731800091
Figure BSA00000401731800101
实施例3
PO42.5普通硅酸盐水泥、优质粉煤灰；天然河砂，河沙的堆积密度1.51g/cm3，表观密度2.63g/cm3；粒径0.5-2mm的废旧轮胎橡胶颗粒，表观密度为1000kg/m3，堆积密度为340kg/m3；模数为2.0的水玻璃、比表面积为19500m2/kg的硅灰、抗裂防水剂。
橡胶颗粒在替代砂之前，先用无机界面剂将橡胶颗粒进行界面预处理。方法为：称取5kg的硅灰和5kg抗裂防水剂，按水/固＝0.6的比例加水搅拌均匀，再加入橡胶颗粒质量的5kg的符合本发明的水玻璃，混合均匀。将170kg橡胶颗粒倒入浆体中一起混合均匀进行界面处理，然后把界面预处理过的橡胶颗粒凉至半干，待用。
采用50％的橡胶颗粒代替砂(等体积替代)，橡胶颗粒170kg/m3，755kg/m3的天然砂，42.5MPa的普通硅酸盐水泥250Kg/m3、优质粉煤灰110Kg/m3、1.5％的高效减水剂(减水率18％)、并加入胶凝材料的0.1‰羧甲基纤维素、用水量为200Kg/m3。入搅拌机搅拌均匀即可得到和易性好、性能优异的保温砂浆。所得保温砂浆的各项物理性能见表4：
表4实施例3中的橡胶颗粒耐水保温砂浆的物理性能
Figure BSA00000401731800111

Claims (9)

1.一种橡胶颗粒耐水保温砂浆，由以下成分组成：
水泥          180-300kg/m3    橡胶颗粒          100-170kg/m3
粉煤灰        60-140kg/m3     砂                755-1050kg/m3
S75级矿粉     40-80kg/m3      萘系高效减水剂    4.5-7.0kg/m3
硅灰          2-6kg/m3        羧甲基纤维素      0.025-0.05kg/m3
水玻璃        3-7kg/m3        水                180-240kg/m3
抗裂防水剂    2-6kg/m3
2.如权利要求1所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆，由以下成分组成：
水泥         200kg/m3    橡胶颗粒        132kg/m3
粉煤灰       80kg/m3     砂              900kg/m3
S75级矿粉    60kg/m3     萘系高效减水    5.4kg/m3
硅灰         5kg/m3      羧甲基纤维素    0.036kg/m3
水玻璃       5kg/m3      水              210kg/m3
抗裂防水剂   5kg/m3
3.如权利要求1或2所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆，其特征在于所述的橡胶颗粒直径为0.5-2mm。
4.如权利要求1或2所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆，其特征在于所述硅灰的比表面积为15000～20000m2/kg。
5.如权利要求1或2所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)取粒径为0.5-2mm的橡胶颗粒备用；
(2)称取橡胶颗粒质量5-10％的硅灰和抗裂防水剂，加水搅拌均匀，再加入水玻璃，混合均匀；
(3)将橡胶颗粒倒入上述浆体中一起混合均匀进行界面处理，然后把界面预处理过的橡胶颗粒凉至半干，待用；
(4)按照配方，将水泥、粉煤灰、砂和界面预处理过的橡胶颗粒混合后，在混凝土或砂浆搅拌机中进行搅拌；
(5)之后加入水、减水剂和羧甲基纤维素再进行搅拌，即得橡胶颗粒耐水保温砂浆拌合物。
6.如权利要求5所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆的制备方法，其特征在于硅灰∶抗裂防水剂＝1∶1、加水量为水∶固＝0.4-0.5∶1。
7.如权利要求5所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆的制备方法，其特征在于水玻璃的质量为橡胶颗粒的3-5％。
8.如权利要求5所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆的制备方法，其特征在于将水泥、粉煤灰、砂和橡胶颗粒混合后的搅拌时间为15-20s。
9.如权利要求5所述的橡胶颗粒耐水保温砂浆的制备方法，其特征在于加入水、减水剂和羧甲基纤维素后搅拌30-40s。
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