CN104788053B - 一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法 - Google Patents

一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法。本方法先将橡胶颗粒进行预处理，加入粘结剂进行搅拌；将配比好的水泥和砂放入实验用搅拌机内搅拌均匀，然后将橡胶颗粒加入搅拌机内搅拌均匀；在搅拌机中加水搅拌，再加减水剂搅拌；将橡胶颗粒混凝土放入标准模具中养护；养护一定时间后对模具中的橡胶颗粒混凝土进行二次处理之后，养护至28天，橡胶颗粒混凝土试件制备完成；拆除模具，将橡胶颗粒混凝土进行物理力学特性实验。本实验方法提高橡胶颗粒与混凝土结合的整体性与稳定性。同时研究不同橡胶颗粒掺量下的橡胶颗粒混凝土的抗压强度和可压缩性，为巷道围岩大变形的支护问题的解决提供有力依据。

Description

一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法
技术领域
本发明涉及一种矿山工程、隧道工程中的一种支护材料的制备方法，具体是一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法。
背景技术
随着我国煤矿开采和隧道施工深度的不断增加，巷道开挖后其周边围岩条件变得复杂多变，伴随着较高水平地应力的急剧释放，大大超出围岩自承能力，巷道开始发生大变形，顶板冒落、底臌、片帮甚至发生岩爆等现象相继发生，与此同时，大量巷道处于软岩环境之中，软岩具有膨胀性和崩解性，尤其在潮湿和遇水环境下，围岩膨胀加速，随着时间的变化，压力急剧增高，变形增大，使巷道受到严重破坏。这就要求支护材料和支护结构具有一定的柔性，具备可让压性能，在保证具有一定支护强度的前提下，可以随围岩发生形变，在最大程度上保证围岩稳定。
在巷道支护材料和支护结构上，传统的主动支护形式，其组成基本为刚性材料，不具备大变形功能，当发生一定程度的变形时，往往会发生脆性破坏。而一部分具备让压性能的支护结构作用原理较复杂，通常需要多种条件激发才能工作，而且造价成本较高。然而喷射橡胶颗粒混凝土其施工较为方便，让压效果显著，且具备一定的支护强度，可以在巷道围岩大变形控制过程中发挥重要作用，同时废旧橡胶的处理成为一项急需解决的问题，如何对废弃橡胶进行回收、加工、再利用的技术瓶颈有待突破。而对于工程应用来讲，如何对橡胶颗粒进行处理，采用适当的制备方法制备成橡胶颗粒混凝土材料，以具备预期的抗压强度和变形量，需要在实验条件下探索出来一种制备橡胶颗粒混凝土的方法。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法，将橡胶颗粒进行预处理，经过多次试验确定处理橡胶颗粒的流程、试剂以及条件，用橡胶颗粒取代普通混凝土中的石子，提高橡胶颗粒与混凝土结合的整体性与稳定性。同时研究不同橡胶颗粒掺量下的橡胶颗粒混凝土的抗压强度和可压缩性，为巷道围岩大变形的支护问题的解决提供有力依据。
本发明采用如下技术方案：
一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法，将橡胶颗粒进行预处理，再采用如下实验方法制备橡胶颗粒混凝土：
(1)将预处理后的橡胶颗粒中加入粘结剂进行搅拌；
(2)将配比好的水泥和砂放入实验用搅拌机内搅拌均匀，然后将步骤(1)中搅拌好的橡胶颗粒加入搅拌机内搅拌均匀；
(3)在搅拌机中加水搅拌一段时间，再加减水剂搅拌一段时间；
(4)将橡胶颗粒混凝土放入标准模具中养护；
(5)养护一定时间后对模具中的橡胶颗粒混凝土进行二次处理之后，养护至28天，橡胶颗粒混凝土试件制备完成；
(6)拆除模具，将橡胶颗粒混凝土进行物理力学特性实验。
进一步地，所述将橡胶颗粒进行预处理改变橡胶颗粒界面的性质，同时提高橡胶颗粒的物理力学性质，橡胶颗粒预处理包括如下工艺流程：
A、选用粒径为3-5mm的橡胶颗粒，表观密度为1000kg/m3；
B、将橡胶颗粒在温度为100℃浓度为25％-30％的NaOH溶液中浸泡2min；
C、再将橡胶颗粒在25％-30％的NaOH溶液中常温浸泡5h，期间每隔1h搅拌1次；
D、之后将橡胶颗粒放入清水中浸泡，通入臭氧处理30min；
E、取出后晾干，在紫外线下照射30min。
所述步骤(1)中粘结剂为聚丙烯酸酯乳液，粘结剂为橡胶颗粒用量的10％。
所述步骤(2)中砂选用河砂，细度模数2.6，最大粒径3mm，表观密度2500kg/m3；
水泥选用普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；
其中，水泥和砂的配比为1：1.5，水灰比为0.35。
所述步骤(3)中减水剂为萘系高效减水剂，减水剂的用量为步骤(2)中水泥用量的1.5％。
所述步骤(4)中标准模具内壁均匀涂抹一层机械润滑油，将搅拌好的橡胶颗粒混凝土装满模具，把模具放在振动台上进行震动，再次加入橡胶颗粒混凝土，再次进行震动，直到加满为止，再将混凝土上表面处理平整后，用保鲜膜覆盖住橡胶颗粒混凝土上表面。
所述步骤(5)中二次处理包括对橡胶颗粒混凝土上部进行二次捣实，处理好表面因气泡出现的空腔，保证其密实度以及表面平整度。
所述步骤(6)中物理力学特性实验包括抗压强度实验和最大压缩量实验。
采用如上技术方案取得的有益技术效果为：
一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法将橡胶颗粒进行预处理，改变橡胶颗粒界面的性质，同时提高橡胶颗粒的物理力学性质，经过多次试验确定处理橡胶颗粒的流程、试剂以及条件，用橡胶颗粒取代普通混凝土中的石子，提高橡胶颗粒与混凝土结合的整体性与稳定性。同时研究不同橡胶颗粒掺量下的橡胶颗粒混凝土的抗压强度和可压缩性，为巷道围岩大变形的支护问题的解决提供有力依据，为矿山工程、隧道工程等地下工程的支护材料提供一种实验方法。
附图说明
图1为制备橡胶颗粒混凝土的实验方法流程示意图。
具体实施方式
结合附图1对本发明的具体实施方式做进一步说明：
制备橡胶颗粒混凝土先将橡胶颗粒进行预处理，改变橡胶颗粒界面的性质，同时提高橡胶颗粒的物理力学性质，橡胶颗粒预处理包括如下工艺流程：
A、选用粒径为3-5mm的橡胶颗粒，表观密度为1000kg/m3；
B、将橡胶颗粒在温度为100℃浓度为25％-30％的NaOH溶液中浸泡2min；
C、再将橡胶颗粒在25％-30％的NaOH溶液中常温浸泡5h，期间每隔1h搅拌1次；
D、之后将橡胶颗粒放入清水中浸泡，通入臭氧处理30min；
E、取出后晾干，在紫外线下照射30min。
材料选用及配比：
选取橡胶颗粒粒径为3-5mm，表观密度1000kg/m3；砂子选用河砂，细度模数2.6，最大粒径3mm，表观密度2500kg/m3；水泥选用普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；减水剂选用萘系高效减水剂；粘结剂选用聚丙烯酸酯乳液。
其中，水泥和砂的配比为1：1.5，水灰比为0.35，减水剂的用量为水泥用量的1.5％，粘结剂为橡胶颗粒用量的10％。
实施例1：
以制备20个橡胶颗粒掺量为0％-10％(质量比)试验用橡胶颗粒混凝土试件为例，先用天平、电子秤、量筒等实验仪器称量好实验所需材料，采用如下实验方法制备橡胶颗粒混凝土：
(1)将称取的橡胶颗粒和粘结剂进行搅拌2min。
(2)将称取的水泥和砂在搅拌机内进行搅拌3min，将与粘结剂搅拌均匀的橡胶颗粒倒入充分搅拌后的水泥和砂一起搅拌2min。
(3)在搅拌机内加入用量筒量取的水，在进行搅拌3min；在搅拌机内加入减水剂再搅拌3min。
(4)将搅拌好的橡胶颗粒混凝土装入已经在内壁均匀涂抹一层机械润滑油的标准模具中，模具装满后，把模具放在振动台上进行震动30s，并不停用双手手指碾压表层混凝土，保证其上表面的平整度，对于不满模具的，再次加入橡胶颗粒混凝土，直到加满为止，再次进行震动，重复上述步骤，直到震动到橡胶颗粒混凝土和模具口相平为止，再将混凝土上表面处理平整后，用保鲜膜覆盖住橡胶颗粒混凝土上表面。
(5)橡胶颗粒混凝土试件制作完成后，在温度20℃±2℃、相对湿度95％以上的室内养护48h后，再对橡胶颗粒混凝土上部进行二次捣实，处理好表面因气泡出现的空腔，保证其密实度以及表面平整度，将试件进行养护至28d，橡胶颗粒混凝土试件制备完成。
(6)拆除模具，将橡胶颗粒混凝土进行物理力学特性实验，物理力学特性实验包括抗压强度实验和最大压缩量实验。
实施例2：
以制备20个橡胶颗粒掺量为10％-20％(质量比)试验用橡胶颗粒混凝土试件为例，用天平、电子秤、量筒等实验仪器称量好实验所需材料，采用如下实验方法制备橡胶颗粒混凝土：
(1)将称取的橡胶颗粒和粘结剂进行搅拌2min。
(2)将称取的水泥和砂在搅拌机内进行搅拌3min，将与粘结剂搅拌均匀的橡胶颗粒倒入充分搅拌后的水泥和砂一起搅拌2min。
(3)在搅拌机内加入用量筒量取的水，在进行搅拌3min；在搅拌机内加入减水剂再搅拌5min。
(4)将搅拌好的橡胶颗粒混凝土装入已经在内壁均匀涂抹一层机械润滑油的标准模具中，模具装满后，把模具放在振动台上进行震动20s，并不停用双手手指碾压表层混凝土，保证其上表面的平整度，对于不满模具的，再次加入橡胶颗粒混凝土，直到加满为止，再次进行震动，重复上述步骤，直到震动到橡胶颗粒混凝土和模具口相平为止，再将混凝土上表面处理平整后，用保鲜膜覆盖住橡胶颗粒混凝土上表面。
(5)试件制作完成后，在温度20℃±2℃、相对湿度95％以上的室内养护36h后，再对橡胶颗粒混凝土上部进行二次捣实，处理好表面因气泡出现的空腔，保证其密实度以及表面平整度。将试件进行养护至28d，橡胶颗粒混凝土试件制备完成。
(6)拆除模具，将橡胶颗粒混凝土进行物理力学特性实验，物理力学特性实验包括抗压强度实验和最大压缩量实验。
实施例3：
以制备20个橡胶颗粒掺量为20％-30％(质量比)试验用橡胶颗粒混凝土试件为例，用天平、电子秤、量筒等实验仪器称量好实验所需材料，采用如下实验方法制备橡胶颗粒混凝土：
(1)将称取的橡胶颗粒和粘结剂进行搅拌5min。
(2)将称取的水泥和砂在搅拌机内进行搅拌5min，将与粘结剂搅拌均匀的橡胶颗粒倒入充分搅拌后的水泥和砂一起搅拌3min。
(3)在搅拌机内加入用量筒量取的水，在进行搅拌3min；在搅拌机内加入减水剂再搅拌5min。
(4)将搅拌好的橡胶颗粒混凝土装入已经在内壁均匀涂抹一层机械润滑油的标准模具中，装入过程中平均分成4次装满，每装入用捣锤捣实后，进行下一次装入，待模具装满后，把模具放在振动台上进行震动10s，并不停用双手手指碾压表层混凝土，保证其上表面的平整度，对于不满模具的，再次加入橡胶颗粒混凝土，直到加满为止，再次进行震动，重复上述步骤，直到震动到橡胶颗粒混凝土和模具口相平为止，再将混凝土上表面处理平整后，用保鲜膜覆盖住橡胶颗粒混凝土上表面。
(5)试件制作完成后，在温度20℃±2℃、相对湿度95％以上的室内养护24h后，再对橡胶颗粒混凝土上部进行二次捣实，处理好表面因气泡出现的空腔，保证其密实度以及表面平整度。将试件进行养护至28d，橡胶颗粒混凝土试件制备完成。
(6)拆除模具，将橡胶颗粒混凝土进行物理力学特性实验，物理力学特性实验包括抗压强度实验和最大压缩量实验。
实施例4：
以制备20个橡胶颗粒掺量为30％-40％(质量比)试验用橡胶颗粒混凝土试件为例，用天平、电子秤、量筒等实验仪器称量好实验所需材料，采用如下实验方法制备橡胶颗粒混凝土：
(1)将称取的橡胶颗粒和粘结剂进行搅拌5min。
(2)将称取的水泥和砂在搅拌机内进行搅拌8min，将与粘结剂搅拌均匀的橡胶颗粒倒入充分搅拌后的水泥和砂一起搅拌3min。
(3)在搅拌机内加入用量筒量取的水，在进行搅拌5min；在搅拌机内加入减水剂再搅拌5min。
(4)将搅拌好的橡胶颗粒混凝土装入已经在内壁均匀涂抹一层机械润滑油的标准模具中，装入过程中平均分成4次装满，每装入用捣锤捣实后，进行下一次装入，待模具装满后，把模具放在振动台上进行震动5s，并不停用双手手指碾压表层混凝土，保证其上表面的平整度，对于不满模具的，再次加入橡胶颗粒混凝土，直到加满为止，再次进行震动，重复上述步骤，直到震动到橡胶颗粒混凝土和模具口相平为止，再将混凝土上表面处理平整后，用保鲜膜覆盖住橡胶颗粒混凝土上表面。
(5)试件制作完成后，在温度20℃±2℃、相对湿度95％以上的室内养护24h后，再对橡胶颗粒混凝土上部进行二次捣实，处理好表面因气泡等出现的空腔，保证其密实度以及表面平整度。将试件进行养护至28d，橡胶颗粒混凝土试件制备完成。
(6)拆除模具，将橡胶颗粒混凝土进行物理力学特性实验，物理力学特性实验包括抗压强度实验和最大压缩量实验。
如上实施例1至4所制备的橡胶颗粒混凝土试件，其中橡胶颗粒掺量为0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％抗压强度实验和最大压缩量实验结果下表所示。
由上表可知，橡胶颗粒混凝土试件的橡胶颗粒掺量越高，压缩量越大，抗压强度越低。在矿山工程、隧道工程等地下工程的实际应用中，可依据实验数据为指导，根据具体的岩土环境确定合适的橡胶颗粒掺量。
根据国家《锚杆喷射混凝土支护技术规范》，围岩分为5级，在工程实践中，膨胀性围岩分为3级，根据实验结果建议不同橡胶颗粒掺量的橡胶颗粒混凝土在工程中的应用。
建议在Ⅰ级围岩、Ⅱ级围岩或无膨胀性围岩中采用橡胶颗粒掺量为0％-10％(质量比)的橡胶颗粒混凝土；
建议在Ⅲ级围岩或弱膨胀性围岩中采用橡胶颗粒掺量为10％-20％(质量比)的橡胶颗粒混凝土；
建议在Ⅳ级围岩或中膨胀性围岩中采用橡胶颗粒掺量为20％-30％(质量比)的橡胶颗粒混凝土；
建议在Ⅴ级围岩或强膨胀性围岩中采用橡胶颗粒掺量为30％-40％(质量比)的橡胶颗粒混凝土。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (7)

1.一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法，其特征在于，首先将橡胶颗粒进行预处理改变橡胶颗粒界面的性质，同时提高橡胶颗粒的物理力学性质，橡胶颗粒预处理包括如下工艺流程：
A、选用粒径为3-5mm的橡胶颗粒，表观密度为1000kg/m3；
B、将橡胶颗粒在温度为100℃浓度为25％-30％的NaOH溶液中浸泡2min；
C、再将橡胶颗粒在25％-30％的NaOH溶液中常温浸泡5h，期间每隔1h搅拌1次；
D、之后将橡胶颗粒放入清水中浸泡，通入臭氧处理30min；
E、取出后晾干，在紫外线下照射30min；
橡胶颗粒预处理后，采用如下实验方法制备橡胶颗粒混凝土：
(1)将预处理后的橡胶颗粒中加入粘结剂进行搅拌；
(2)将配比好的水泥和砂放入实验用搅拌机内搅拌均匀，然后将步骤(1)中搅拌好的橡胶颗粒加入搅拌机内搅拌均匀；
(3)在搅拌机中加水搅拌一段时间，再加减水剂搅拌一段时间；
(4)将橡胶颗粒混凝土放入标准模具中养护；
(5)养护一定时间后对模具中的橡胶颗粒混凝土进行二次处理之后，养护至28天，橡胶颗粒混凝土试件制备完成；
(6)拆除模具，将橡胶颗粒混凝土进行物理力学特性实验。
2.根据权利要求1所述的一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法，其特征在于，所述步骤(1)中粘结剂为聚丙烯酸酯乳液，粘结剂为橡胶颗粒用量的10％。
3.根据权利要求1所述的一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法，其特征在于，所述步骤(2)中砂选用河砂，细度模数2.6，最大粒径3mm，表观密度2500kg/m3；
水泥选用普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；
其中，水泥和砂的配比为1：1.5，水灰比为0.35。
4.根据权利要求1所述的一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法，其特征在于，所述步骤(3)中减水剂为萘系高效减水剂，减水剂的用量为步骤(2)中水泥用量的1.5％。
5.根据权利要求1所述的一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法，其特征在于，所述步骤(4)中标准模具内壁均匀涂抹一层机械润滑油，将搅拌好的橡胶颗粒混凝土装满模具，把模具放在振动台上进行震动，再次加入橡胶颗粒混凝土，再次进行震动，直到加满为止，再将混凝土上表面处理平整后，用保鲜膜覆盖住橡胶颗粒混凝土上表面。
6.根据权利要求1所述的一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法，其特征在于，所述步骤(5)中二次处理包括对橡胶颗粒混凝土上部进行二次捣实，处理好表面因气泡出现的空腔，保证其密实度以及表面平整度。
7.根据权利要求1所述的一种制备橡胶颗粒混凝土的实验方法，其特征在于，所述步骤(6)中物理力学特性实验包括抗压强度实验和最大压缩量实验。
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