無機惰性粉末在混凝土中的應用
【專利摘要】本發明公開了一種無機惰性粉末在混凝土中的應用，屬于建筑材料領域，旨在解決廢舊橡膠顆粒與水泥漿相容性粘接性差的問題，將無機惰性粉末材料與廢舊橡膠顆粒混合，將得到的混合物通過物理方法使得無機惰性粉末材料嵌入廢舊橡膠顆粒得到橡膠水泥基粉，將所述的橡膠水泥基粉和水泥漿混合制得混凝土,本方法中，通過全部嵌入或者部分嵌入的方式改變廢舊橡膠顆粒與水泥漿的密度和相容性，使得橡膠水泥基粉和水泥漿能夠充分的混合，不產生分層現象，用本方法制備的混凝土所制成的制品具有優異的抗壓、抗折等力學性能。
【專利說明】
無機惰性粉末在混凝土中的應用
[0001] 本申請是原申請"一種用于水泥基材料的廢舊橡膠粉處理方法"的分案申請，原申 請申請日：2014年2月14日，申請號：2014100517361。
技術領域
[0002] 本發明涉及建材領域，具體來講是無機惰性粉末在混凝土中的應用。
【背景技術】
[0003] 近30年來，美國、加拿大、日本、韓國等發達國家已考慮將粉碎的廢舊輪胎橡膠顆 粒應用于水泥基材料中，亞利桑那州大學的Zhu教授(現在是天津大學教授)通過研究發現， 拌合760cm3的水泥基材料至少可以利用5個廢舊輪胎所產生的橡膠顆粒，并于2006年8月在 天津市武清區武香路二百戶東口橋的修建過程中，世界上首次使用橡膠集料混凝土進行了 橋面鋪裝。在迄今7年的使用中，觀察未發現鋪裝層產生裂紋以及開裂現象。針對觀測結果， 分析應用于橋面鋪裝的橡膠集料混凝土的工程性和經濟性。結果表明：橋面鋪裝是橡膠集 料混凝土有很好適用性和優勢的應用之一，其耐久性得到初步驗證，值得進一步研究推廣， 因此橡膠水泥基材料可以在很大程度上緩解廢舊輪胎堆積所造成的環境污染，具有很大的 環保、社會效益。
[0004] 不少的研究表明，廢橡膠顆粒應用于水泥基材料后，水泥基材料的彈性增加可以 改善它的抗沖擊、抗凍、抗裂、吸聲、保溫、隔熱等性能，同時還具有防滑、消聲、防鹽霧腐蝕， 防地基翻堿等性能，但是由于廢橡膠粉的憎水性，與水泥基材料的相容性差，易造成分層， 使其強度大幅下降，較大地限制了其應用。
[0005] 通過橡膠顆粒表面改性可以減緩水泥混凝土強度的降低，目前應用于水泥基材料 的橡膠顆粒表面改性方法主要有超聲波水洗、臭氧或三氧化硫活化、NaOH溶液清洗等手段 使橡膠粉表面結合上親水的極性基團，如羧基、磺酸基等。公開號為CN101638465A的中國發 明專利，公開了一種用于水泥基材料的橡膠顆粒表面改性方法，具體技術方案是:先將丙烯 酸配制成乙醇溶液，再將平均分子量為1000的聚乙二醇加入所述的丙烯酸-乙醇溶液中，撒 在橡膠顆粒表面，再將作為催化劑過硫酸鉀配制成水溶液，撒在橡膠顆粒表面。在攪拌機中 充分攪拌數分鐘，然后在8(rc~9(rc進行加熱反應1小時，得到改性橡膠粉。雖然該專利技術 比較方便解決了廢橡膠顆粒表面改性，但是實際施工中由于廢橡膠粉密度遠遠小于水泥漿 密度，使得橡膠粉容易漂浮于混凝土表面，造成攪拌分層，不利于施工。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于:針對上述存在的問題，提供一種無機惰性粉末在混凝土中的 應用，通過無機惰性粉末對廢舊橡膠顆粒進行改性，增強其與水泥漿的粘接性和相容性，增 大所制成制品的抗壓、抗折等性能。
[0007] 本發明采用的技術方案如下： 本發明公開了無機惰性粉末在混凝土中的應用，利用無機惰性粉末對廢舊橡膠顆粒進 行表面改性，包括如下步驟： 1) 將無機惰性粉末材料與廢橡膠顆粒混合； 2) 將步驟1得到的混合物通過物理方法使得無機惰性粉末材料嵌入廢橡膠粉。
[0008] 在本發明中，步驟1所述無機惰性粉末材料是指不易發生化學反應的無機材料的 粉末，包括但不限于硅藻土、粉煤灰、重晶石粉、鐵礦粉、石英砂粉、石灰石粉、滑石粉、磷礦 粉、石棉礦粉、石墨粉、硅粉等;其粒徑可以根據實際需要進行調整，在一個具體實例中，所 述無機惰性粉末材料和廢橡膠顆粒粒徑不小于10目，例如：10目、20目、30目、40目、50目和 60目等。
[0009] 在本發明中，所述無機惰性粉末材料與廢橡膠顆粒可以按一定比例混合，在一個 具體的實例中，無機惰性粉末材料與廢橡膠顆粒的重量比為3%_70%: 97%_30%。兩者的比例 可以根據實際水泥漿配比的要求進行調整，當水泥漿密度較高時，無機惰性粉末材料與廢 橡膠顆粒的混合物中廢橡膠顆粒的含量比較高，當水泥漿密度較低時，無機惰性粉末材料 與廢橡膠顆粒的混合物中無機惰性粉末材料的含量比較高。在本發明中，無機惰性粉末材 料在混合物中所占重量比例可以是5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%或70%，廢橡膠顆粒在混 合物中所占重量比例可以是95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%或30%。
[0010] 本發明步驟2所述的物理方法可以是包括但不限于機械力碾壓、螺旋擠壓、高速剪 切、氣流磨對撞、超聲波共混處理等方法。通過物理的方法，使得所述無機惰性粉末材料中 的一種或多種嵌入到廢橡膠粉中，這種嵌入可以是全部嵌入，也可以是部分嵌入。通過此方 法得到的橡膠粉混合物中有三種物質形態:a.無機惰性粉末材料未嵌入的橡膠粉，b.無機 惰性粉末材料嵌入橡膠粉形成復合體，c.無機惰性粉末材料單獨存在顆粒。
[0011] 通過步驟1和2的處理，得到的無機惰性粉末材料與橡膠粉鑲嵌的共混物稱為橡膠 水泥基粉，其與水泥有良好的膠結，從而大幅度提高橡膠水泥基粉與水泥漿體界面粘膠強 度，同時由于無機惰性粉末嵌入橡膠粉里，增大了橡膠水泥基粉的密度使得橡膠粉不容易 向上離析分層，根據調節橡膠顆粒與無機惰性粉末材料比例所得到的橡膠水泥基粉均勻分 散在水泥混凝土中。
[0012] 本發明的有益效果在于： 1、 無機惰性粉末材料與橡膠顆粒可以根據應用需要以任意比例混合，根據水泥基的密 度制備相應密度的橡膠水泥基粉，以達到橡膠水泥基粉與水泥基的均勻混合，避免分層； 2、 通過物理方法讓無機惰性粉末材料嵌入橡膠粉，能夠顯著增加橡膠水泥基粉與水泥 漿體粘合強度，同時增加橡膠水泥基粉密度，便于橡膠水泥基粉在混凝土中均勻分布。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明的無機惰性粉末材料與橡膠粉共嵌單體的顯微結構； 圖2為本發明的橡膠水泥基粉的顯微結構； 圖3為本發明的橡膠水泥基粉和普通橡膠粉親水性對比，圖中左樣杯中為橡膠水泥基 粉(60目），右樣杯中為普通橡膠粉(60目）； 圖4為本發明實施例1橡膠混凝土的抗折強度測試結果； 圖5為本發明實施例1橡膠混凝土的抗壓強度測試結果； 圖6為本發明實施例2的原漿水泥石(左)與3%橡膠水泥石(右)破壞形態對比圖； 圖7為本發明實施例2的空白樣水泥石(左)和6%橡膠水泥(右)的彈性模量對比圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖，對本發明作詳細的說明。
[0015] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0016] 具體實施例1:橡膠混凝土的制品 將18000g 40目廢橡膠粉(90%)與2000g 40目硅藻土（ 10%)通過攪拌器攪拌5分鐘，制備 成混合初料;混合初料通過碾擠機制成橡膠水泥基粉。按照JGJ55 - 2000和JTG F30 - 2003 試驗方法制備橡膠混凝土模塊。（見表1) 表1混凝土各煩材料用量
實施例1橡膠混凝土的抗折、抗壓強度測試結果見圖3和圖4。
[0017] 從對比的抗折、抗壓強度測試結果可以看到，在橡膠水泥基粉摻加比例為5%時，抗 折強度高于未加橡膠水泥基粉的水泥混凝土;在橡膠水泥基粉摻加比例為5%，10%和15%時， 抗壓強度高于未加橡膠水泥基粉的水泥混凝土。這說明橡膠微粒與水泥漿之間的粘結很 好，當橡膠水泥構成的混凝土受力時，橡膠微粒受力時的各向異性分解了力；當橡膠水泥基 粉摻加比例較大時，柔性支撐點增多，強度降低。
[0018] 具體實施例2:彈性水泥漿石塊的制品 將40 kg 40目廢橡膠粉(80%)與10 kg 40目硅藻土 (20%)通過攪拌器攪拌5分鐘，制備 成混合初料;混合初料通過碾擠機制成橡膠水泥基粉。按照重量比4%、6%和8%在水泥漿中添 加橡膠水泥基粉，制得橡膠水泥石。
[0019]
[0020]表3橡膠水泥體系綜合力學性能 3
[0021] 通過水泥石機械性能分析可以發現，提高水泥石彈性的主要表現在泊松比的增 加、彈性模量的降低。通過對比不同加量的橡膠水泥基粉加量的水泥石彈性模量的動態測 試發現，常規水泥漿彈性模量僅為12.6GPa，而橡膠水泥基粉加量達到6%時，彈性模量提高 為17.3GPa，強度方面常規水泥漿強度為21MPa，而加量達到6%的橡膠粉混合物的水泥漿強 度提尚到31 MPa。
[0022] 具體實施例3泌頁1井現場應用 基本情況介紹，井身結構：
[0023] 設計總替量37.7 m3,實際替量38 m3。
[0024]固井質量 固井質量基本情況介紹:封固層位:2588-3707m，實測人工井底:3644m。
[0025] 結論： (1) 橡膠水泥基粉改性后效果明顯，能夠作為油井水泥外加劑，能夠改善水泥漿的彈 塑，但是對抗壓強度一定的降低，但是能夠明顯提高抗折強度； (2) 通過實驗表明，橡膠水泥基粉加量應該控制在3%-6%之間，超過85°C建議使用數量 為3~5%左右為宜； (3) 橡膠水泥基粉-水泥漿體系具有較好的膨脹性，且防氣竄性能良好； (4) 泌頁1井現場應用效果表明：橡膠水泥基粉能夠有效的保證一、二界面的封固質量。
[0026] 綜合評定：良好的力學性能，彈性和韌性明顯改善;基本性能良好，滿足水平井固 井需求，優良率:90%。
[0027] 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。。
【主權項】
1. 無機惰性粉末在混凝土中的應用，其特征在于，將無機惰性粉末材料與廢舊橡膠顆 粒混合，將得到的混合物通過物理方法使得無機惰性粉末材料嵌入廢舊橡膠顆粒得到橡膠 水泥基粉，將所述的橡膠水泥基粉和水泥漿混合制得混凝土。2. 根據權利要求1所述的無機惰性粉末在混凝土中的應用，其特征在于，無機惰性粉末 材料選自硅藻土、粉煤灰、重晶石粉、鐵礦粉、英砂粉、石灰石粉、滑石粉、磷礦粉、石棉礦 粉、石墨粉、硅粉中的一種或幾種。3. 根據權利要求1之一所述的的無機惰性粉末在混凝土中的應用，其特征在于，所述 的物理方法選自機械力碾壓、螺旋擠壓、高速剪切、氣流磨對撞、超聲波共混處理等。4. 根據權利要求1-3之一所述的的無機惰性粉末在混凝土中的應用，其特征在于，無 機惰性粉末與廢舊橡膠顆粒的混合物中無機惰性粉末的重量比為3%-70%。5. 根據權利要求1-3之一所述的的無機惰性粉末在混凝土中的應用，其特征在于，所述 的無機惰性粉末粒徑不小于10目。6. 根據權利要求1-3之一所述的的無機惰性粉末在混凝土中的應用，其特征在于，所 述的廢舊橡膠顆粒的粒徑不小于10目。7. 根據權利要求1-3之一所述的的無機惰性粉末在混凝土中的應用，其特征在于，所 述無機惰性粉末為全部或部分嵌入到廢舊橡膠顆粒中。
【文檔編號】C04B18/22GK106007435SQ201610377264
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年2月14日
【發明人】楊蟬聰, 詹忠
【申請人】四川金摩爾環保新材料有限責任公司