CN115893948A - 一种橡胶锂渣粉混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种橡胶锂渣粉混凝土及其制备方法，属于混凝土领域。一种橡胶锂渣粉混凝土原料包括水泥20~30份、锂渣粉5~6.5份、矿粉4.5~6份、橡胶颗粒12~16份、水性硅溶胶6.5~7.6份、水性封闭型异氰酸酯交联剂4.8~5.6份、催化剂0.02~0.05份、机制砂78~82份、碎石85~90份、减水剂0.6~0.8份、水15~20份。制备方法步骤：将橡胶颗粒表面蚀刻处理；将橡胶颗粒与锂渣粉搅拌混合，然后加入水性硅溶胶、水性封闭型异氰酸酯交联剂和催化剂，加热，搅拌，得到橡胶颗粒预混物；将上述原料搅拌混合，制得橡胶锂渣粉混凝土。本申请具有获得抗压强度和延性良好的混凝土的效果。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土领域，尤其是涉及一种橡胶锂渣粉混凝土及其制备方法。
背景技术
随着工业生产力的不断提高，产生的废弃橡胶也越来越多，由于橡胶在自然条件下难以降解，造成了严重的黑色污染，给环境带来了巨大压力，因此废弃橡胶的回收利用技术发展的趋势。
目前废弃橡胶常用于制备混凝土，以橡胶颗粒的方式加入混凝土集料中。一般混凝土的延性等性能较差，而橡胶颗粒的加入可以改善这一问题，橡胶颗粒在混凝土中可形成吸收应变的结构变形中心，减小应力对结构的破坏，从而改善混凝土的延性。
但是在实际应用中发现，橡胶颗粒的加入会导致混凝土的抗压强度大幅降低，影响了加入有橡胶颗粒的混凝土推广应用。
发明内容
为了获得抗压强度和延性良好的混凝土，本申请提供一种橡胶锂渣粉混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种橡胶锂渣粉混凝土采用如下的技术方案：
一种橡胶锂渣粉混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥20～30份；
锂渣粉5～6.5份；
矿粉4.5～6份；
橡胶颗粒12～16份；
水性硅溶胶6.5～7.6份；
水性封闭型异氰酸酯交联剂4.8～5.6份；
催化剂0.02～0.05份；
机制砂78～82份；
碎石85～90份；
减水剂0.6～0.8份；
水15～20份。
通过采用上述技术方案，锂渣粉是锂辉石经过1150℃-1300℃高温煅烧后再用硫酸溶液法提取的碳酸锂熟料经渗滤浸洗涤后排出的残渣。锂渣粉能够加速水泥的早期水化，锂渣粉中大量的SiO2、Al2O3可以与水泥水化产物氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等二次水化产物，改善混凝土的后期强度和耐久性。
本申请的橡胶颗粒添加量大，橡胶颗粒占机制砂用量的15％左右，且仍获得良好的强度。
水性硅溶胶和水性封闭型异氰酸酯交联剂起到包覆橡胶颗粒的作用，在水性封闭型异氰酸酯交联剂解封后，异氰酸酯基与水性硅溶胶表面的硅羟基交联反应，橡胶颗粒表面形成聚合覆盖物，覆盖物不仅可以改善橡胶颗粒原本的表面惰性，而且锂渣粉在覆盖物的作用下结合于橡胶颗粒，当锂渣粉参与水化反应时，水化产物和二次水化产物能够紧密贴近橡胶颗粒表面甚至是进入橡胶颗粒的缺陷内，对橡胶颗粒起到结构支撑作用的同时，提高橡胶颗粒与水泥基的界面粘接能力，减少大孔隙缺陷的情况，有效改善橡胶颗粒对混凝土抗压强度的削弱，保留橡胶颗粒对混凝土延性的提高，并且混凝土的抗渗效果良好。
可选的，所述锂渣粉为改性锂渣粉，所述改性锂渣粉的制备原料由按重量比1:(0.08～0.12):(0.8～1.5)的锂渣粉、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和溶剂组成。
通过采用上述技术方案，γ-巯丙基三甲氧基硅烷对锂渣粉进行改性，提高锂渣粉表面与橡胶颗粒的界面结合能力，促进锂渣粉与橡胶颗粒结合，从而有助于形成橡胶颗粒、二次水化产物与水泥基的稳定连接，提高混凝土的抗压强度。
可选的，原料还包括重量份为1.2～1.8份的β-环糊精。
通过采用上述技术方案，β-环糊精掺杂于异氰酸酯基与水性硅溶胶的交联体系中，β-环糊精能进一步与异氰酸酯基反应结合，从而提高橡胶颗粒表面覆盖物的亲水性，促进橡胶颗粒表面水化反应的进行，不仅提高混凝土的抗压强度，而且提高混凝土的抗冻性能。
可选的，所述水性硅溶胶的粒径为60～90nm，固含量为12～15％。
通过采用上述技术方案，水性硅溶胶中的SiO2良好分散，并推测所形成的聚合覆盖物柔性更好，从而使混凝土的抗压强度和延性能同时提高。
可选的，所述橡胶颗粒的粒径选用800～900μm，所述锂渣粉的粒径选用55～60μm。
通过采用上述技术方案，在上述粒径范围的配合下，有助于锂渣粉与橡胶颗粒的结合。
可选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
可选的，所述催化剂为辛酸亚锡。
第二方面，本申请提供的一种橡胶锂渣粉混凝土的制备方法采用如下的技术方案：
一种橡胶锂渣粉混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.将橡胶颗粒加入蚀刻液中，搅拌混合，过滤，水洗后烘干，得到表面处理后的橡胶颗粒；S2.将表面处理后的橡胶颗粒与锂渣粉搅拌混合，然后加入水性硅溶胶、水性封闭型异氰酸酯交联剂和催化剂，继续搅拌0.3～0.8h，加热至90～95℃，继续搅拌至混合物干燥，得到橡胶颗粒预混物；
S3.将橡胶颗粒预混物、矿粉、机制砂和碎石搅拌混合，然后加入水泥，继续搅拌混合，再加入减水剂和水，继续搅拌混合，制得橡胶锂渣粉混凝土。
通过采用上述技术方案，蚀刻液对橡胶颗粒进行蚀刻，形成凹凸不平的表面缺陷，有助于锂渣粉附着或进入橡胶颗粒的缺陷中，从而充分发挥锂渣粉参与水化反应时的作用。
先将橡胶颗粒与锂渣粉搅拌混合，使锂渣粉充分与橡胶颗粒表面接触，然后利用水性硅溶胶和水性封闭型异氰酸酯交联剂形成聚合覆盖物，使锂渣粉紧密结合于橡胶颗粒表面，同时部分锂渣粉能嵌设于覆盖物内，促进锂渣粉反应的水化产物与橡胶颗粒结合。
可选的，所述蚀刻液为40～50wt％的硫酸溶液。
通过采用上述技术方案，40～50wt％的硫酸溶液对橡胶颗粒表面有良好的蚀刻作用，形成可供锂渣粉结合的表面缺陷。
可选的，在S2步骤中，加入水性硅溶胶、水性封闭型异氰酸酯交联剂和催化剂的同时，还加入重量份为1.2～1.8份的β-环糊精。
通过采用上述技术方案，有助于提高混凝土的抗压强度和抗冻性能。
可选的，所述锂渣粉为改性锂渣粉，所述改性锂渣粉的制备方法为：将锂渣粉、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和溶剂按重量比1:(0.08～0.12):(2.5～5)搅拌混合，得到料浆，然后在45～55℃下球磨料浆，球磨完毕后烘干，得到改性锂渣粉。
通过采用上述技术方案，锂渣粉在球磨的作用下获得更细的粒径，并且激发锂渣粉的活性，促进γ-巯丙基三甲氧基硅烷的接枝，有助于锂渣粉与橡胶颗粒的结合。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.本申请的橡胶颗粒添加量大，橡胶颗粒占机制砂用量的15％左右，且仍获得良好的强度；水性硅溶胶和水性封闭型异氰酸酯交联剂起到包覆橡胶颗粒的作用，在水性封闭型异氰酸酯交联剂解封后，异氰酸酯基与水性硅溶胶表面的硅羟基交联反应，橡胶颗粒表面形成聚合覆盖物，覆盖物不仅可以改善橡胶颗粒原本的表面惰性，而且锂渣粉在覆盖物的作用下结合于橡胶颗粒，当锂渣粉参与水化反应时，水化产物和二次水化产物能够紧密贴近橡胶颗粒表面甚至是进入橡胶颗粒的缺陷内，对橡胶颗粒起到结构支撑作用的同时，提高橡胶颗粒与水泥基的界面粘接能力，减少大孔隙缺陷的情况，有效改善橡胶颗粒对混凝土抗压强度的削弱，保留橡胶颗粒对混凝土延性的提高，并且混凝土的抗渗效果良好。
2.本申请还加入β-环糊精对橡胶颗粒表面进行覆盖，提高锂渣粉与橡胶颗粒的结合能力，从而提高混凝土的抗压强度和抗冻性能。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1
改性锂渣粉的制备方法：
称取锂渣粉10kg、γ-巯丙基三甲氧基硅烷0.8kg、溶剂8kg。溶剂具体为90wt％乙醇。
将粒径为200～230μm的锂渣粉、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和溶剂搅拌混合，得到料浆，然后将料浆加入球磨设备中，在55℃下球墨至锂渣粉的粒径为55～60μm，球磨完毕后将料浆烘干，得到改性锂渣粉。
改性锂渣粉的制备方法：
称取锂渣粉10kg、γ-巯丙基三甲氧基硅烷1.2kg、溶剂15kg。溶剂具体为90wt％乙醇。
将粒径为200～230μm的锂渣粉、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和溶剂搅拌混合，得到料浆，然后将料浆加入球磨设备中，在45℃下球墨至锂渣粉的粒径为55～60μm，球磨完毕后将料浆烘干，得到改性锂渣粉。
实施例
实施例1
一种橡胶锂渣粉混凝土，包括以下原料：
水泥20kg、锂渣粉5kg、矿粉4.5kg、橡胶颗粒12kg、水性硅溶胶6.5kg、水性封闭型异氰酸酯交联剂4.8kg、催化剂0.02kg、机制砂78kg、碎石85kg、减水剂0.6kg、水15kg。
其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，锂渣粉的粒径为55～60μm，橡胶颗粒的粒径为800～820μm，水性硅溶胶的粒径为10～40nm、且固含量为30％，水性封闭型异氰酸酯交联剂为三井化学XB-G282、解封温度为80℃，催化剂为辛酸亚锡，机制砂的细度模数为3.2，碎石为5-25mm连续粒级碎石，减水剂为聚羧酸减水剂。
制备方法包括以下步骤：
S1.将橡胶颗粒加入蚀刻液中，搅拌混合20min，过滤后收集滤体，滤体水洗后烘干，得到表面处理后的橡胶颗粒。
S2.将表面处理后的橡胶颗粒与锂渣粉搅拌混合10min，然后加入水性硅溶胶和水性封闭型异氰酸酯交联剂，继续搅拌0.8h，然后加热至90℃，继续搅拌至混合物干燥，得到橡胶颗粒预混物。
S3.将橡胶颗粒预混物、矿粉、机制砂和碎石搅拌混合5min，然后加入水泥，继续搅拌混合3min，再加入减水剂和水，继续搅拌混合2min，制得橡胶锂渣粉混凝土。
实施例2
一种橡胶锂渣粉混凝土，包括以下原料：
水泥30kg、锂渣粉6.5kg、矿粉6kg、橡胶颗粒16kg、水性硅溶胶7.6kg、水性封闭型异氰酸酯交联剂5.6kg、催化剂0.05kg、机制砂82kg、碎石90kg、减水剂0.8kg、水20kg。
其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，锂渣粉的粒径为55～60μm，橡胶颗粒的粒径为860～900μm，水性硅溶胶的粒径为10～40nm、且固含量为30％，水性封闭型异氰酸酯交联剂为三井化学XB-G282、解封温度为80℃，催化剂为辛酸亚锡，机制砂的细度模数为3.2，碎石为5-25mm连续粒级碎石，减水剂为聚羧酸减水剂。
制备方法包括以下步骤：
S1.将橡胶颗粒加入蚀刻液中，搅拌混合20min，过滤后收集滤体，滤体水洗后烘干，得到表面处理后的橡胶颗粒。
S2.将表面处理后的橡胶颗粒与锂渣粉搅拌混合10min，然后加入水性硅溶胶和水性封闭型异氰酸酯交联剂，继续搅拌0.3h，然后加热至95℃，继续搅拌至混合物干燥，得到橡胶颗粒预混物。
S3.将橡胶颗粒预混物、矿粉、机制砂和碎石搅拌混合5min，然后加入水泥，继续搅拌混合3min，再加入减水剂和水，继续搅拌混合2min，制得橡胶锂渣粉混凝土。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的橡胶锂渣粉混凝土的原料配比不同，具体为：水泥23kg、锂渣粉5.6kg、矿粉5kg、橡胶颗粒14kg、水性硅溶胶7.2kg、水性封闭型异氰酸酯交联剂5.1kg、催化剂0.03kg、机制砂80kg、碎石86kg、减水剂0.75kg、水18kg。
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中锂渣粉为制备例1制得的改性锂渣粉。
实施例5
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中锂渣粉为制备例2制得的改性锂渣粉。
实施例6
本实施例与实施例4的区别在于，本实施例在S2步骤中，加入水性硅溶胶、水性封闭型异氰酸酯交联剂和催化剂的同时，还加入1.2kg的β-环糊精。
实施例7
本实施例与实施例4的区别在于，本实施例在S2步骤中，加入水性硅溶胶、水性封闭型异氰酸酯交联剂和催化剂的同时，还加入1.8kg的β-环糊精。
实施例8
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中水性硅溶胶的粒径为60～90nm，固含量为15％。
对比例
对比例1
本对比例与实施例3的区别在于，本对比例用等量的粉煤灰替代锂渣粉。
对比例2
本对比例与实施例3的区别在于，本对比例用等量的矿粉替代锂渣粉。
对比例3
本对比例与实施例3的区别在于，本对比例不设置S2步骤，在S3步骤中，用锂渣粉和表面处理后的橡胶颗粒替代橡胶颗粒预混物。
对比例4
本对比例与实施例3的区别在于，本对比例S2步骤中不加入水性封闭型异氰酸酯交联剂和催化剂。
对比例5
本对比例与实施例3的区别在于，本对比例S2步骤中不加入锂渣粉，锂渣粉改为在S3步骤中与橡胶颗粒预混物、矿粉、机制砂和碎石共同混合。
对比例6
本对比例与实施例3的区别在于，本对比例不设置S1步骤，即橡胶颗粒不经过表面处理。
对比例7
本对比例与实施例3的区别在于，本对比例用等量的机制砂替代橡胶颗粒，且不设置S2步骤，在S3步骤中，用锂渣粉替代橡胶颗粒预混物。
针对各实施例和对比例的橡胶锂渣粉混凝土的性能测试
根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，橡胶锂渣粉混凝土养护28天后进行抗压强度测试，结果如表1所示。
根据SL352-2006《水工混凝土试验规程》，橡胶锂渣粉混凝土养护28天后进行拉伸应变测试，结果如表1所示。
根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的快冻法，橡胶锂渣粉混凝土养护28天后进行抗冻性能测试，结果如表1所示。
根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的逐级加压法，橡胶锂渣粉混凝土养护28天后进行抗水渗透测试，结果如表1所示。
表1
| 抗压强度(MPa) | 拉伸应变(％) | 抗冻等级 | 抗渗等级 | |
| 实施例1 | 35.3 | 3.54 | F200 | P8 |
| 实施例2 | 34.8 | 3.68 | F200 | P8 |
| 实施例3 | 36.6 | 3.63 | F200 | P8 |
| 实施例4 | 37.4 | 3.56 | F200 | P8 |
| 实施例5 | 37.8 | 3.53 | F200 | P8 |
| 实施例6 | 38.2 | 3.72 | F250 | P8 |
| 实施例7 | 38.5 | 3.74 | F250 | P8 |
| 实施例8 | 37.4 | 3.80 | F200 | P8 |
| 对比例1 | 28.4 | 3.17 | F150 | P6 |
| 对比例2 | 31.5 | 3.85 | F200 | P6 |
| 对比例3 | 30.7 | 3.92 | F200 | P4 |
| 对比例4 | 31.3 | 3.35 | F150 | P6 |
| 对比例5 | 32.0 | 3.88 | F200 | P6 |
| 对比例6 | 31.8 | 3.69 | F200 | P6 |
| 对比例7 | 40.3 | 1.57 | F150 | P4 |
结合表1的测试结果分析，以实施例3与对比例1-2比较为例，采用了锂渣粉作为矿物掺和料之一的实施例3，将锂渣粉与橡胶颗粒、水性硅溶胶以及水性封闭型异氰酸酯交联剂结合，所获得的混凝土在抗压强度上的表现明显更好，而且拉伸应变并无明显下降，即延性保持良好，抗渗等级也有所提高，即混凝土的综合性能更优。
实施例3与对比例3-4比较，可以看出在水性硅溶胶和水性封闭型异氰酸酯交联剂结合使用时，混凝土才同时获得良好的抗压强度和延性；实施例3与对比例5-6比较，可以看出橡胶颗粒与锂渣粉紧密结合才能更好的发挥各自的作用。
实施例3与实施例4-5比较，可以看出对锂渣粉进行表面改性，有助于橡胶颗粒与锂渣粉的进一步结合，从而发挥锂渣粉对混凝土抗压强度的提升作用。
实施例4与实施例6-7比较，可以看出β-环糊精作为橡胶颗粒预混料原料的加入，能够提高混凝土的延性，并且获得更高的抗冻性能。
实施例3与实施例8比较，可以看出水性硅溶胶的粒径选择为60～90nm、固含量为12～15％，能够同时改善混凝土的抗压强度和延性，综合性能更优。
本具体实施方式仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本具体实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种橡胶锂渣粉混凝土，其特征在于：包括以下重量份的原料：
水泥 20~30份；
锂渣粉 5~6.5份；
矿粉 4.5~6份；
橡胶颗粒 12~16份；
水性硅溶胶 6.5~7.6份；
水性封闭型异氰酸酯交联剂 4.8~5.6份；
催化剂 0.02~0.05份；
机制砂 78~82份；
碎石 85~90份；
减水剂 0.6~0.8份；
水 15~20份。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶锂渣粉混凝土，其特征在于：所述锂渣粉为改性锂渣粉，所述改性锂渣粉的制备原料由按重量比1:(0.08~0.12):(0.8~1.5)的锂渣粉、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和溶剂组成。
3.根据权利要求1所述的一种橡胶锂渣粉混凝土，其特征在于：原料还包括重量份为1.2~1.8份的β-环糊精。
4.根据权利要求1所述的一种橡胶锂渣粉混凝土，其特征在于：所述水性硅溶胶的粒径为60~90nm，固含量为12~15%。
5.根据权利要求1所述的一种橡胶锂渣粉混凝土，其特征在于：所述橡胶颗粒的粒径选用800~900μm，所述锂渣粉的粒径选用55~60μm。
6.一种橡胶锂渣粉混凝土的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1-5任一所述的一种橡胶锂渣粉混凝土，包括以下步骤：
S1.将橡胶颗粒加入蚀刻液中，搅拌混合，过滤，水洗后烘干，得到表面处理后的橡胶颗粒；
S2.将表面处理后的橡胶颗粒与锂渣粉搅拌混合，然后加入水性硅溶胶、水性封闭型异氰酸酯交联剂和催化剂，继续搅拌0.3~0.8h，加热至90~95℃，继续搅拌至混合物干燥，得到橡胶颗粒预混物；
S3.将橡胶颗粒预混物、矿粉、机制砂和碎石搅拌混合，然后加入水泥，继续搅拌混合，再加入减水剂和水，继续搅拌混合，制得橡胶锂渣粉混凝土。
7.根据权利要求6所述的一种橡胶锂渣粉混凝土的制备方法，其特征在于：所述蚀刻液为40~50wt%的硫酸溶液。
8.根据权利要求6所述的一种橡胶锂渣粉混凝土的制备方法，其特征在于：在S2步骤中，加入水性硅溶胶、水性封闭型异氰酸酯交联剂和催化剂的同时，还加入重量份为1.2~1.8份的β-环糊精。
9.根据权利要求6所述的一种橡胶锂渣粉混凝土的制备方法，其特征在于：所述锂渣粉为改性锂渣粉，所述改性锂渣粉的制备方法为：将锂渣粉、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和溶剂按重量比1:(0.08~0.12):(2.5~5)搅拌混合，得到料浆，然后在45~55℃下球磨料浆，球磨完毕后烘干，得到改性锂渣粉。
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| Title |
|---|
| 胡艳香等: "锂渣和橡胶粉掺量对水泥砂浆力学性能影响研究", 《混凝土》, no. 6, pages 117 - 120 * |
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