废橡胶粉水泥基灌浆材料改性研究

摘要

灌浆加固是岩土体改良的重要手段之一，随着中国工程建设的日益发展，所面临的岩土体问题愈加复杂。尤其是在振动荷载情况下，岩土体容易发生较大的变形，一方面影响施工环境的安全，对施工的进展有较大的影响，另一方面对周围其它公共基础设施安全运行产生较大影响。随着中国城市交通建设的日益发展，城市交通运行产生的振动荷载以及施工中产生的荷载对岩土体的影响愈加严重。因此，研究一种可以有效改良岩土体特性，使其对振动荷载有较好的承载能力的灌浆材料，对解决城市建设中的岩土工程问题具有重要意义。
　　水泥基灌浆材料所形成的结石体虽然强度较高，但弹性模量高，变形性能小，韧性低。因此，通过对现有水泥基材料进行改性，使其具有较好的施工性能，同时具有较好的振动荷载承载能力，对于市政工程中岩土体的改良加固具有重要的现实意义。
　　随着社会的发展，轮胎废弃问题越来越严重。为了充分利用废旧轮胎资源，通过将废旧轮胎制成橡胶粉，从而和其它传统材料复配，制成新的材料是回收利用的有效方法。在资源紧张、环境形势日益严峻的今天，保护环境、合理利用废弃资源（尤其是废旧轮胎）已成为发展趋势。同时，废橡胶粉对水泥基材料的性能有一定的促进作用:一方面，废轮胎橡胶粉的吸水作用对水泥浆的泌水有一定程度的改善;另一方面，橡胶粉较好的弹性作用对形成的水泥结石体的弹性模量、变形性能以及抗裂性能都有一定的促进作用。本文以橡胶粉与普通硅酸盐水泥的混合材料为基础体系，通过添加其它外加剂对水泥的流动性能、凝结时间、变形性能、抗裂性能以及强度特性进行改性，从而研制一种出流动性好，凝结时间可控，并且拥有较好的弹性模量、韧性和变形性能的新型灌浆材料。
　　论文的主要研究内容如下:
　　(1)结合废橡胶粉自身具有的物理化学性质，选用不同粒度的橡胶粉，在不同水灰比和不同橡胶粉掺量下，对水泥浆和水泥结石的性能进行实验研究，分析废橡胶粉对普通硅酸盐水泥基灌浆材料性能的影响规律。在此基础上，筛选适宜的外加剂，对橡胶粉水泥基材料进行改性研究。
　　(2)找出简便实用的表面处理方法，对废橡胶粉表面进行表面处理。表面处理过后的橡胶粉与水泥结石的界面的胶结力更强，能够有效减少因橡胶粉掺入引起水泥基材料的强度损失。
　　(3)通过使用扫描电镜(SEM)分析手段，观察对比不同的水泥基材料的微观结构。使用Image Pro Plus图像分析软件，对所生成的SEM图像进行除噪、锐化、设置阈值并进行黑白二值化定量分析，从而得出微观参数，定性和定量分析废橡胶粉水泥基材料的微观特征。
　　论文着重研究了不同掺量和粒度的废橡胶粉对不同水灰比的普通硅酸盐体系的影响规律，筛选出较为合适的水灰比和橡胶粉掺量与粒度。通过使用外加剂，对水泥基材料进行改性，并对废橡胶粉进行表面处理，增强该水泥基材料体系的整体性。最后，对所研究的橡胶粉水泥基灌浆材料进行性能评价和微观特征分析。所研制出的橡胶粉水泥基灌浆材料具有流动性能好、凝结时间适宜、结石体强度较高、韧性和变形特性满足工程的抗振性要求等特点，能够有效解决城市交通建设中面临的岩土体在振动工况下的变形破坏问题。该研究成果为应对交通发展建设中的动载破坏问题提供了解决方案。同时，对新型灌浆材料的研究，具有借鉴意义与参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据与研究意义

1．1．1 选题依据

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状与发展趋势

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．2．3 存在问题分析

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2．1．1 硅酸盐水泥

2．1．2 橡胶粉

2．1．3 外加剂

2．2 试验方法

2．2．1 比重

2．2．2 初始流动度和可泵期

2．2．3 泌水率和结石率

2．2．4 初终凝时间

2．2．4 抗压强度

2．2．5 抗折强度

2．2．6 弹性模量

第3章 废橡胶粉水泥基灌浆材料的研制

3．1 废橡胶粉对水泥基灌浆材料性能的影响

3．1．1 试验配比设计

3．1．2 水泥浆性能

3．1．3 水泥石性能

3．1．4 影响因素方差分析

3．2 废橡胶粉水泥基灌浆材料基础配方研究

3．2．1 试验材料与方法

3．2．2 试验结果

3．2．3 试验结果分析

3．3 橡胶粉表面处理

3．4 废橡胶粉水泥基灌浆材料优化配方

第4章 废橡胶粉水泥基灌浆材料性能评价

4．1 流动与凝固性能

4．2 抗压与抗折强度

4．3 韧性和变形性能

4．4 小结

第5章 废橡胶粉水泥基灌浆材料微观特征

5．1 试验仪器与方法

5．1．1 试验仪器

5．1．2 试验方法

5．2 微观特征研究

5．2．1 微观特征定性研究

5．2．2 微观特征定量研究

5．3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果