废胶粉与PVA纤维协同改性混凝土力学性能与抗渗耐久性研究
阅读：7227 更新时间：2022-10-18
近年来，将汽车工业产生的大量废旧轮胎粉碎成废旧胶粉（WRP）的粉碎技术有效推动了WRP化废为宝和消除黑色污染，国内外学者已尝试利用WRP独特的柔韧性、抗冲击性来改性塑料、沥青、砂浆混凝土等，进而应用于建筑地坪、城市园林、防撞护栏等工程领域，并取得了良好的经济效益和社会效益 。Topcu等分别用粗WRP和细WRP全部替代混凝土中的粗骨料时发现，相比于普通混凝土，掺粗、细WRP混凝土的抗压强度下降幅度分别达85%、65%，劈裂抗拉强度下降幅度约为50%。Khatib等的研究也发现，WRP掺量越高，混凝土强度越低。
在橡胶工业中常加入硬脂酸锌作为润滑剂、防黏剂、硫化催媒的活化剂，因而由废旧轮胎制备的WRP颗粒中必然含有硬脂酸锌。国内外学者通过红外光谱、化学滴定等方法发现，硬脂酸锌是降低WRP和水泥砂浆结合力的主要原因。硬脂酸锌是一种酸性物质，如使用碱性物质NaOH去除WRP表面的酸性物质，可露出内部的极性键，进而实现WRP与水泥胶体的很好结合。黄少文等、李悦等、郑莉娟等、刘日鑫等、于利刚等、张海波等、吴晓平等、于泳等、舒展等分别采用极性单体马来酸酐（MAH）、NaOH 溶液、偶联剂、Sol-gel 杂化等多种改性方法有效提升WRP与水泥混凝土界面的黏结性能，相应抗压、抗折强度提升幅度最高分别达50%、30%。鉴于此，本研究尝试组合使用饱和NaOH溶液浸泡、硅烷偶联剂改性WRP进行前期处理，以期实现WRP在混凝土体系中良好的亲水性及分散性。
与此同时，美国Li 教授等成功将PVA纤维引入脆性水泥基体系中，制备出具有多缝开裂和假应变硬化特征的超高韧性水泥基复合材料（ECC）。ECC 因其高韧性及应变硬化特征在高层建筑结构应力复杂节点、桥梁与路面结构拼接缝和高抗裂大坝等工程中得到有效应用。Kang等[17]将PVA纤维引入到修补砂浆中，有效改善了抗裂韧性。针对ECC性能及应用研究，青岛理工大学罗健林等、张鹏等分别采用直拉黏结试验法、落锤法、单面吸水法测试PVA-ECC修补砂浆的韧性。陈婷结合直拉试验与同心圆环测试工艺发现，PVA 纤维与ECC的黏结性能和阻裂性能良好；徐世烺等、邓宗才等结合单轴拉伸、快冻法、断裂能法及冲击韧性法分别针对ECC的制备工艺、配合比、添加剂、工作性能、力学性能、耐久性能和断裂性能等进行了系列研究，并取得极限应变为4%的效果。但PVA纤维协同废橡胶混凝土的力学韧性研究较少，鉴于此，本文尝试将韧性PVA纤维与黏弹性WRP有效组合起来，并对WRP与PVA纤维采用碱浸泡及偶联剂协同处理提升其在砂浆体系分散性，之后复合到脆性混凝土体系中，浇注成型掺WRP及PVA纤维改性混凝土（WPMC）。分别研究WPMC的力学性能及抗渗耐久性，以期获得一种既有较高抗裂韧性，又有良好抗渗水耐久性能的工程材料。
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