多组分高强高致密橡胶混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多组分高强高致密橡胶混凝土及其制备方法，所述橡胶混凝土按重量份计，由以下所述原料制成：水泥14

【技术实现步骤摘要】
多组分高强高致密橡胶混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料领域，具体是一种多组分高强高致密橡胶混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]煤炭在我国能源体系中占据至关重要的地位，然而随着浅层煤炭的长期开采，深部开采成为未来发展方向。但深部开采也面临着更多更复杂的技术难题，这需要研究人员加强对地下工程的研究。研究人员发现在混凝土中掺入橡胶，可以显著增强其延展性、抗冲击性、抗疲劳性、抗裂性以及冲击吸收性能，同时可以解决橡胶丢弃和焚烧造成的资源浪费和环境污染。
[0003]自上个世纪80年代，国外已经开始橡胶混凝土相关研究，研究人员发现橡胶混凝土较传统混凝土密度小，延性高并且透气隔音都十分良好。因此国内外学者关于橡胶混凝土做了大量研究。研究人员发现，将橡胶颗粒替代细骨料加入到混凝土中，能够克服普通混凝土的部分缺陷，改善部分力学性能。但与此同时，由于橡胶较低的弹性模量和疏水性，橡胶颗粒掺入使得橡胶颗粒与水泥基体间粘结强度较弱，存在较大孔隙，并且会改变混凝土的受力机理导致橡胶混凝土抗压强度降低。为了解决橡胶混凝土的强度问题，李海龙等(硅灰对橡胶混凝土抗压强度与吸能性能影响试验研究)发现粒径更小的硅灰能够有效填充橡胶颗粒和水泥基体间的孔隙，从而提升橡胶混凝土整体的抗压强度。Torii等(Pore structure and chloride ion permeability of mortars containing silica fume)和邢君等(硅粉/废轮胎橡胶/混凝土复合材料的力学性能和耐久性)研究结果表明，硅粉的掺入能够有效提升橡胶混凝土的抗渗性和透水性。乔卫国等(橡胶颗粒混凝土最优配合比正交试验研究)和王军军等(废旧橡胶混凝土力学性能的研究)研究了水灰比和橡胶掺量对橡胶混凝土强度的影响。李赞成等(橡胶混凝土的基本力学特性的试验研究)设计了3种粒径及4种掺量下的12种配合比，最终确定了橡胶粉的最佳粒径和掺量范围。刘家兴等(超高强度橡胶混凝土的力学特性及能量演化)通过降低水灰比，协同钢纤维增强和硅灰制备超高强度的橡胶混凝土。
[0004]然而，考虑深部煤炭开采等深部地下工程的高渗透压以及剧烈扰动的工况需求，对地下混凝土材料韧性和致密性等性能提出更高要求，但现有的橡胶混凝土的力学性能较差，因此，目前亟需一种弹性模量大、抗折强度高、劈裂抗拉强度高、抗压强度高、韧性强、刚度强的橡胶混凝土以适应地下煤炭开采的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多组分高强高致密橡胶混凝土制备方法，以至少达到抗压性能、弹性模量、抗折强度、劈裂抗拉强度都优于普通橡胶混凝土的效果。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]一种多组分高强高致密橡胶混凝土，按重量份计，所述原料包括：水泥14
‑
15份、石子48
‑
50份、砂19
‑
20份、超细水泥3
‑
4份、粉煤灰3
‑
4份、硅灰2
‑
3份、减水剂0.3
‑
0.4份、水5
‑
6份以及2
‑
3份(15
‑
20v％)的橡胶粉粒。
[0008]优选的，制备1m3所述橡胶混凝土，需所述原料包括水泥354kg，粉煤灰87kg，超细水泥87kg，细沙464kg，石子1156kg，水135.7kg，减水剂8.7kg。
[0009]进一步的，所述橡胶粉粒的粒径小于0.25mm(60目)。
[0010]进一步的，所述水泥包括PO.42.5、PC.52.5和PO.52.5中的至少一种。
[0011]进一步的，所述石子包括玄武岩石子、碎鹅卵石、花岗岩和石灰石中的至少一种；所述石子的粒径为4.75
‑
16mm。
[0012]进一步的，所述砂为二区中砂，包括机制砂、普通河砂和水洗河砂中的至少一种。
[0013]进一步的，所述超细水泥为Ⅱ级超细硅酸盐水泥和Ⅰ级超细硅酸盐水泥中的至少一种。
[0014]进一步的，所述硅灰为Ⅰ级硅灰和Ⅱ级硅灰中的至少一种。
[0015]进一步的，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰和Ⅱ级粉煤灰中的至少一种。
[0016]进一步的，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
[0017]所述橡胶混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0018]将所述原料按照石子、砂、橡胶粉粒、水泥、硅灰、粉煤灰、超细水泥、减水剂和水的顺序依次加入搅拌装置进行搅拌，持续搅拌3
‑
5min。
[0019]值得注意的是，本专利技术的橡胶混凝土的各原料用量是经过理论计算得到的：
[0020]具体计算方法为：
[0021]1)假设在混凝土中骨料之间的堆积形式近似于骨料紧密堆积的状态，认为混凝土是由骨料紧密堆积和水泥石来填充其间的空隙的，且粗细骨料的级配应遵循富勒级配曲线，有利于实现粗细骨料的最紧密堆积。
[0022]2)骨料最紧密堆积的理论计算
[0023]①
计算材料孔隙率
[0024]根据(JGJ52—2006)《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，砂、石紧密堆积的空隙率按下式计算，精确至1％。
[0025]砂石紧密堆积空隙率为：
[0026]变形可得：V＝(1
‑
v
c
)
×
V
c
；
[0027]式中：v
c
为紧密堆积体的空隙率(％)；V为砂、石的表观体积(m3)；V
c
为砂、石的紧密体积(m3)。
[0028]②
骨料最紧密堆积时公式推导
[0029]假设两种骨料(粗骨料用1表示、细骨料用2表示)混合最紧密时就是空隙率最小，认为混合后的紧密密度最大，根据模型假设，就是细骨料2的紧密体积来填充粗骨料1紧密堆积的空隙，即有：V
1c
‑
V1＝V
2c
；代入上述砂石紧密堆积空隙率计算式可得：即有
[0030]又因在最紧密堆积时粗骨料1和细骨料2的质量比为：将砂石紧密堆积空隙率变形式代入，即得再代入得到
[0031]式中ρ1、ρ2分别为粗、细骨料的表观密度(kg/m3)。
[0032]ρ和v
1c
、v
2c
可以根据具体的骨料通过试验得出。这样通过理论推导，即可得出两者混合最紧密时的质量比例计算公式。
[0033]3)粉料最紧密堆积的理论计算
[0034]①
粉料质量的计算：用最紧密堆积理论进行混凝土配合比设计，使骨料与粉体材料达到最密实填充状态，以形成空隙小，孔结构分布合理的混凝土材料。所以，混凝土中的各相材料存在如下关系式:
[0035]式中V
ａ
为骨料体系的体积，m3；v为骨料体系的空隙率，％；V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多组分高强高致密橡胶混凝土，其特征在于：按重量份计，所述原料包括：水泥14
‑
15份、石子48
‑
50份、砂19
‑
20份、超细水泥3
‑
4份、粉煤灰3
‑
4份、硅灰2
‑
3份、减水剂0.3
‑
0.4份、水5
‑
6份以及2
‑
3份的橡胶粉粒。2.根据权利要求1所述的橡胶混凝土，其特征在于：所述橡胶粉粒的粒径小于0.25mm。3.根据权利要求1所述的橡胶混凝土，其特征在于：所述水泥包括PC.42.5、PO.42.5、PC.52.5和PO.52.5中的至少一种。4.根据权利要求1所述的橡胶混凝土，其特征在于：所述石子包括玄武岩石子、碎鹅卵石、花岗岩和石灰石中的至少一种；所述石...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛守宁，朱忠平，刘钊，石清文，高明忠，董江峰，谢晶，李坤鹏，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：