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CN115175884A - 橡胶混凝土产品 - Google Patents

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CN115175884A
CN115175884A CN201980102803.9A CN201980102803A CN115175884A CN 115175884 A CN115175884 A CN 115175884A CN 201980102803 A CN201980102803 A CN 201980102803A CN 115175884 A CN115175884 A CN 115175884A
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吴宇飞
赛义德·明哈杰·萨利姆·卡茨米
穆罕默德·朱奈德·穆尼尔
周英武
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RMIT University
Shenzhen University
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RMIT University
Shenzhen University
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Abstract

公开了通过在压力下浇注而生产的并入有橡胶骨料的混凝土产品。混凝土产品任选地可以在6.9MPa至27.7MPa下浇注例如24小时的时间。在一个实施方案中，橡胶骨料可以包含粗橡胶骨料和/或细橡胶骨料以代替天然来源的粗骨料和细骨料。发现在与无压力浇注的相应混凝土相比时，压力下浇注通常改善混凝土的性能特性。

Description

橡胶混凝土产品
技术领域
本发明涉及生产并入有橡胶骨料的混凝土产品的方法，以及并入有橡胶骨料的混凝土产品。
背景技术
在过去的几十年中，废橡胶的处理已成为全球主要环境问题。来自汽车行业的旧轮胎构成废橡胶的最大来源。注意到汽车运输在例如发展中国家越来越流行，目前估计全世界每年约10亿个轮胎被丢弃。目前，世界各地约40亿个废橡胶轮胎位于堆放和垃圾填埋场中。
废橡胶的堆放造成了严重的环境问题。废橡胶不是特别可生物降解的并且可能容易着火以释放有毒烟雾。轮胎堆放还为害虫、鼠和蚊子提供了繁殖栖息地从而导致对附近社区的重大健康风险。因此，废橡胶的填埋和堆放不是期望的，并且考虑到垃圾填埋地点可用性的减少，废橡胶的填埋和储存在未来变得越来越不可行。
目前，大多数废橡胶被回收作为水泥窑、纸浆、纸和电力锅炉中的燃料。然而，如上所述，废橡胶的燃烧产生有害的气体并且不是环境友好的。废橡胶的新的、环境友好和成本有效的用途仍然是非常期望的。
混凝土是广泛使用的建筑材料。其在世界范围的用量(吨对吨)被认为是钢、木材、塑料和铝组合的两倍。混凝土通常由骨料基质(例如粗砾石、碎石和砂)和粘结剂例如波特兰水泥(Portland cement)形成。
当在本说明书中使用时，除非上下文另有要求，否则术语“混凝土”旨在不仅涉及常规的波特兰水泥混凝土，而且更广泛地涉及包含骨料基质和粘结剂的任何复合材料。这样的混凝土可以包括聚合物混凝土、沥青混凝土、一般的水硬性水泥混凝土、地聚合物(geopolymer)和其他合适的建筑材料。
鉴于世界范围使用的混凝土的量，混凝土是自然资源例如岩石、砾石和砂以及石灰的主要消费者。因此，显然期望寻找和使用混凝土或混凝土组分的可持续替代品。在这方面，许多中国地方当局从2019年起强制要求在新建项目中利用再循环混凝土作为骨料。在混凝土中并入废材料不仅减缓自然资源的耗竭和废物的倾倒，而且还可以降低建筑成本。
先前在混凝土的制造中研究了废橡胶。已经使用橡胶粉末、碎橡胶和轮胎碎屑作为水泥、以及细骨料和粗骨料的各自替代品。然而，尽管在混凝土中并入废橡胶可能被认为是环境友好的，但所得混凝土表现出如目前所例示的差的性能特性。
在先前的研究中，发现当与类似的常规混凝土相比时，其中用废轮胎碎屑(chip)代替100％的天然粗骨料的混凝土提供了85％的压缩强度的降低和50％的劈拉强度(splittensile strength)的降低。在类似的研究中，发现其中用碎橡胶代替100％的天然细骨料的混凝土提供了65％的压缩强度的降低和50％的劈拉强度的降低。表明混凝土强度的降低取决于并入到混凝土中的橡胶颗粒的尺寸和量，因此橡胶颗粒越大以及所使用的橡胶颗粒的量越大，所得混凝土强度越低。还发现在混凝土中添加橡胶降低了混凝土的弹性模量和弯曲强度。
然而，尽管在混凝土中并入橡胶已被表明提供了在如与常规混凝土相比时的一些积极的性能属性，包括：改善的峰值后行为、延性、动态特性、抗裂性和抗冻融侵蚀，但所引起的如上所述的强度损失意味着废橡胶在混凝土中的再循环通常被认为不可行。
不同的研究人员试图通过废橡胶颗粒的表面处理来改善并入有橡胶的混凝土的性能特性。例如，将橡胶颗粒用氢氧化钠溶液或盐水偶联剂进行表面处理。在其他处理中，将橡胶颗粒用混合水泥进行预涂覆。在这些技术中，用NaOH溶液对橡胶颗粒进行表面处理被认为提供了最好的结果。
已经发现用NaOH溶液对橡胶颗粒进行表面处理改善了橡胶颗粒与水泥浆之间的结合，使得并入有经处理的橡胶的混凝土的性能比并入有未经处理的橡胶的混凝土相对更好。一项先前的研究报告了与并入有未经处理的废橡胶的混凝土相比，并入有经NaOH处理的橡胶颗粒的混凝土的压缩强度增加了17％。然而，并入有经NaOH处理的橡胶的混凝土的强度与常规混凝土的强度相比仍然保持低得多。
美国专利申请2005/0096412A1(其全部公开内容通过引用并入本文)公开了混凝土组合物，所述混凝土组合物包含具有独特几何形状并且通过用特殊锯或水射流来切割橡胶轮胎而形成的橡胶骨料。然而，专用切割工具的使用表明成本增加，并且其本身似乎没有克服上述的混凝土性能问题。
欧洲专利2694449(其全部公开内容通过引用并入本文)描述了生产橡胶化混凝土的方法，其中将碎橡胶部分地氧化以提供亲水性表面特性和气体粘结剂，所述气体粘结剂被认为有助于粘结橡胶颗粒与混凝土的其他组分。与其他表面处理一样，所公开的技术提供了与常规混凝土类似的性能特性这一点并不是很明显。
因此，混凝土中橡胶的利用仍然受到限制，并且尽管不是必需的，但应期望提供在提供令人满意的强度特性的同时并入了橡胶的混凝土产品。
以上背景技术的讨论被包括在内以解释本发明的上下文。不应认为背景技术在说明书的权利要求书中任一项的优先权日是已知的或是公知常识的一部分。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了生产浇注混凝土产品的方法，所述方法包括：
形成并入有橡胶骨料的混凝土浆料；以及
在压力下浇注混凝土浆料。
任选地，所述方法包括在2MPa至50MPa，任选地5MPa至35MPa，进一步任选地6.9MPa至27.7MPa的压力下浇注混凝土浆料。
任选地，所述方法包括基于待浇注的混凝土浆料内橡胶碎片(fragment)的量来选择浇注混凝土浆料所用的压力。进一步任选地，所述方法包括选择浇注混凝土所用的压力以将混凝土浆料的体积减少近似于在压力下浇注之前的混凝土浆料内橡胶骨料的体积。
任选地，其中在混凝土浆料的整个浇注中压力被基本上维持以保持混凝土体积不变。
任选地，橡胶骨料包含粗橡胶骨料。进一步任选地，粗橡胶骨料可以基本上符合ASTM C33/C33M中规定的关于粗骨料的分级要求。或者，粗橡胶骨料可以符合其他标准，例如AS2758.1、JGJ 52和BS EN 12620。进一步任选地，粗橡胶骨料可以构成在压力下浇注之前的混凝土浆料内全部粗骨料的1体积％至100体积％，任选地5体积％至80体积％，任选地10体积％至50体积％，进一步任选地15体积％至35体积％。
任选地，橡胶骨料包含细橡胶骨料。进一步任选地，细橡胶骨料可以基本上符合ASTM C33/C33M中规定的关于细骨料的分级要求。或者，细橡胶骨料可以符合其他标准，例如AS2758.1、JGJ 52和BS EN 12620。进一步任选地，细橡胶骨料可以构成即将在压力下浇注之前的混凝土浆料内全部细骨料的1体积/体积％至100体积/体积％，任选地5体积/体积％至50体积/体积％，进一步任选地15体积/体积％至35体积/体积％。
任选地，所述方法包括在压力下浇注混凝土浆料3小时至48小时，任选地6小时至36小时，进一步任选地基本上24小时。
任选地，使浇铸后的浇注混凝土产品在大气压下、在10℃至30℃下和在50％至100％湿度下固化10天至30天。
任选地，混凝土浆料包含波特兰水泥。
任选地，橡胶骨料预先不经历用于改变其表面特性的化学处理例如通过氢氧化钠处理。或者，橡胶骨料经历用于改变其表面特性的化学处理。
任选地，橡胶骨料由废材料，任选地废轮胎来生产。或者，橡胶骨料由新的或先前未使用的橡胶来生产。
任选地，所述方法还包括在浇注之前将增强网或增强纤维引入到模具或浆料中。
根据本发明的另一个方面，提供了根据本发明的第一方面生产的浇注混凝土产品。
任选地，浇注混凝土产品为以下中的任一者：砌筑砖或砌筑块例如贝塞麦(Bessemer)块、预制管、预制建筑梁、预制建筑墙、或预制建筑板。
除非上下文另有要求，否则在整个本说明书和所附权利要求书中，词语“包括”及其变体例如“包含”和“含有”应理解为包括包含所述整数或步骤或者整数或步骤的组，但不排除任何其他整数或步骤或者整数或步骤的组。
附图说明
图1示出了如在根据本发明的实施方案的实验中用作粗橡胶骨料的经破碎的废轮胎橡胶的图像。
图2示出了如在根据本发明的实施方案的实验中利用的粗橡胶骨料和碎的花岗岩(crushed granite)的分级。
图3示出了根据本发明的一个实施方案的浇注包含粗橡胶骨料的混凝土的过程。
图4示出了配置成进行混凝土试样的测试的MTS机器。
图5示出了本发明人生产的压缩和未压缩的混凝土试样在单轴压缩测试下的破坏模式。
图6示出了如本发明人生产的压缩和未压缩的混凝土试样在一系列橡胶替代值中的应力-应变曲线。
图7示出了如本发明人生产的在各种橡胶替代比下的具有同一橡胶替代比的压缩和未压缩的混凝土试样的应力-应变曲线。
图8提供了一系列涉及表示本发明人生产的压缩和未压缩的混凝土试样的压缩强度、峰值应变、极限应变、弹性模量、韧性和比韧性特性的比较的图。
图9示出了显示本发明人生产的混凝土试样的微观结构的SEM图像。
图10示出了本发明人生产和测试的混凝土试样的内表面的照片。
图11示出了贝塞麦混凝土块。
图12显示了标准的现有混凝土以及发明人生产的压缩和未压缩的混凝土试样的相对机械特性。
具体实施方式
参照附图进一步描述本发明的实施方案以及与本发明相关的研究将是方便的。另外的实施方案是可能的，并因此，附图的特殊性不应被理解为代替本发明的先前描述的一般性。
现在讨论发明人在开发本发明时进行的研究和实验。
材料
以下材料用于制备本发明人进行的实验中利用的混凝土浆料：
如图1所示并在下表1和图2中进一步详述的经破碎(chipped)的废轮胎橡胶从中国广州的回收厂获得用作粗橡胶骨料(粗橡胶骨料未经历化学处理，然而这仍然是根据本发明的替代实施方案设想的)；
使用如下表1和图2中进一步详述的碎的花岗岩作为“天然粗骨料”或“NCA”；
使用河砂作为细骨料；
P.II52.5R型普通波兰特水泥；和
自来水。
表1-粗骨料的物理特性
Figure BDA0003681852160000061
如图2所示，将粗橡胶骨料和碎的花岗岩进行分级以符合ASTM C33:2016要求。
试样的制备和细节
为了制备用于实验的混凝土试样，发明人用粗橡胶骨料以九种不同的体积比例(即，0％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、80％和100％)代替碎花岗岩的一部分。在下表2中按体积计进一步详述了每种浆料的成分，其中例如：
‘R10’和‘R20’各自分别是指用粗橡胶骨料代替10体积％和20体积％的碎的花岗岩；以及
‘R10-U’是指经历无压力浇注的混凝土试样，而‘R10-C’是指经历压力下浇注的混凝土试样。
更一般地，除非上下文另有要求，否则在整个本说明书中：
‘R’用于表示并入有粗橡胶骨料的混凝土；
‘NAC’用于表示仅并入有天然粗骨料的混凝土；
‘C’用于表示经历压力下浇注的混凝土；
‘U’用于表示经历无压力浇注的混凝土，
因此R-C混凝土是指经历压力下浇注的并入有粗橡胶骨料的混凝土，以及R-U混凝土是指经历无压力浇注的并入有粗橡胶骨料的混凝土。
所有混凝土浆料均按照ASTM C192:2016中规定的规范使用双轴混凝土混合器来制备，如下所述。观察到每种混凝土浆料的坍落度为25mm至50mm。未观察到粗橡胶骨料的添加影响混凝土浆料的可加工性，并且在任何混凝土浆料中均未观察到渗出或离析。
表2-混合比例的细节
Figure BDA0003681852160000071
图3示出了发明人使用的用于制备混凝土浆料并浇注混凝土试样的过程。首先在混合器7中将粗橡胶骨料2和碎的花岗岩1与少量的水3混合一分钟。添加砂4、波特兰水泥5和另外的水3并将浆料混合另外的两分钟。在使浆料静置三分钟之后，将浆料混合另外的两分钟以提供为浇注准备的混凝土浆料。
在混合之后，将混凝土浆料填充到专门设计的模具8中直至基于水泥浆料中粗橡胶骨料的体积而计算的高度(参见以下进一步讨论)。在填充模具8之后，通过千斤顶9施加力以将R-混凝土浆料压缩24小时的时间。
对于其中粗橡胶骨料以0体积％至40体积％代替碎的花岗岩的R-混凝土试样，所施加的最大压力的范围为6.9MPa至27.7MPa以确保水泥浆料体积的减少等于未压缩时的混凝土浆料中橡胶的体积。即，在R-混凝土浆料在未压缩时例如并入500mL的粗橡胶骨料的情况下，千斤顶9被配置为提供将R-混凝土浆料的总体积减少500mL的压力。对于并入50％至100％粗橡胶骨料的R-混凝土浆料，千斤顶的最大载荷能力将可用的最大压力限制为27.7MPa。
注意到所需的压力载荷可能降低，同时混凝土在浇注期间获得强度，使浇注期间用于保持混凝土体积不变的压力载荷保持24小时，之后将R-混凝土试样10脱模。然后将混凝土试样全部在温度为20℃和相对湿度为95％的潮湿固化室中进一步固化28天。
总计，浇筑24个R-C混凝土试样和27个R-U混凝土试样。所有混凝土试样被配置为具有150mm(直径)x 300mm(高度)的相同尺寸。对于每种组合(例如，R10-C的或R10-U的)，浇注并测试三个相同试样。
测试和结果
使用载量为3000kN的MTS机器进行单轴压缩测试。如图4所示，以相对于彼此90°安装四个线性可变位移传感器10(“LVDT”)来测量轴向变形。将所有LVDT均附接至固定在混凝土试样的中间的铝框架上。LVDT的标距长度为185mm。所有试样均在位移控制模式下以0.3mm/分钟的载荷速率进行测试。在测试期间，所施加的载荷和变形由自动数据采集系统记录。
图5示出了所有混凝土试样在单轴压缩测试下的破坏模式。当与R-混凝土试样相比时，未并入碎橡胶的试样(即，‘天然骨料混凝土’或‘NAC’试样)显示出更宽且更集中的裂缝。对于R-C和R-U混凝土试样二者，观察到裂缝的宽度、长度和数量与增加的橡胶替代比(即，使用更大量的粗橡胶骨料替代碎的花岗岩)成反比。在NAC试样中观察到混凝土块体(chunk)从测试混凝土试样中完全分离(即，混凝土块体从测试试样中完全脱落)。然而，在R-混凝土试样中未观察到这样的行为，不希望受理论的束缚，这被认为与通过橡胶骨料的裂缝桥接有关。发现R-C和R-U混凝土试样二者均能够承受更大的变形，同时仍然紧紧地保持在一起。在软化阶段期间，R-混凝土试样承受了额外的应变，这改善了R-混凝土的峰值后行为和韧性。
图6示出了R-U和R-C混凝土试样的应力-应变曲线，其中R-U和R-C混凝土试样的应力-应变曲线在图6(a)和图6(b)中示出，使得：
图6(a)示出了随着粗橡胶骨料使用的增加，R-U混凝土试样的应力-应变曲线逐渐变平。随着粗橡胶骨料使用的增加，R-U混凝土试样还表现出较低的峰值(即，较低的压缩强度)和较小的初始斜率(即，较小的弹性模量)；以及
对于R-C混凝土试样，可以在图6(b)中观察到类似的趋势。然而，与相应的R-U试样相比，R-C混凝土试样显示出更尖锐的应力-应变曲线与更高的混凝土强度和弹性模量。
图7比较了同一橡胶替代比的R-C和相应的R-U混凝土试样的应力-应变曲线。该图清楚地显示出R-混凝土的浇注期间的压力对应力-应变行为的影响。当与相应的R-U混凝土试样相比时，在整个R-C混凝土试样中观察到峰值应力(压缩强度)和初始斜率(弹性模量)的增加。
图8(a)示出了R-C和U-C混凝土试样在不同橡胶替代比下的平均压缩强度值。对于R-U混凝土试样，观察到压缩强度随着粗橡胶骨料替代比的增加而降低。例如，NAC试样表现出31MPa的平均强度，对R10-U、R30-U、R50-U和R100-U试样平均强度分别降低至24MPa、17MPa、10MPa和4MPa。不希望受理论的束缚，发明人将这种降低归因于碎橡胶与水泥浆之间的差的结合以及橡胶的柔软且弹性的材料特性，导致周围水泥浆中过早开裂。
所有的R-C混凝土试样均表现出显著高于相应R-U混凝土试样的混凝土强度的混凝土强度。发现R50-C混凝土试样的混凝土强度接近于R15-U混凝土试样的混凝土强度，从而证明了压力下浇注提高橡胶混凝土性能的有效性。
对于R-C混凝土，观察到在高至30％的橡胶替代比下试样的混凝土强度与NAC相比增加。例如，R10-C和R20-C试样在与NAC试样相比时分别表现出24％和35％的混凝土强度的增加。然而，还观察到橡胶替代比高于30％的R-C混凝土试样的混凝土强度与NAC相比降低。
图8(b)示出了R-C和R-U混凝土试样随着粗橡胶骨料的并入率的平均峰值应变值。对于R-U混凝土试样，观察到峰值应变随着粗橡胶骨料替代比的增加而增加。例如，NAC试样表现出0.002的平均峰值应变，对于R40-U、R80-U和R100-U试样平均峰值应变分别增加至0.0021、0.0026和0.0044。不希望受理论的束缚，发明人将此归因于在与NAC试样相比时未压缩的R-混凝土试样的弹性模量的降低，这导致更大的变形。
对于R-C混凝土试样，观察到峰值应变随着粗橡胶骨料并入的增加而降低。在与NAC试样相比时，R10-C、R30-C、R50-C和R100-C混凝土试样分别表现出25％、31％、39％和34％的峰值应变的降低。所有R-U混凝土试样均表现出与相应的R-C混凝土试样相比更高的峰值应变。不希望受理论的束缚，R-C混凝土试样的峰值应变的降低归因于增加的弹性模量。
图8(c)示出了R-C和R-U混凝土试样在不同橡胶替代比下的平均极限应变值。所有试样的极限应变均被视为在下降支段的对应于0.85倍峰值应力的点处的应变。由于混凝土试样的应力-应变曲线的下降部分取决于试验机器的刚度，因此给出的极限应变值仅用于参考并且在分析建模时不考虑。
对于R-U混凝土试样，观察到在与NAC试样相比时，高至40％的粗橡胶骨料的替代比对极限应变没有显著影响。然而，对于R50-U和R100-U混凝土试样，观察到R-U混凝土试样的极限应变与NAC试样相比增加。例如，NAC试样的平均极限应变为0.0032，对于R50-U、R80-U和R100-U试样，平均极限应变分别增加至0.0038、0.0051和0.0093。
对于R-C混凝土试样，观察到极限应变随着橡胶替代比的增加而降低。例如，当与NAC试样相比时，R10-C和R30-C试样表现出41％和46％的极限应变的降低。所有R-U混凝土试样均表现出高于相应R-C混凝土试样的极限应变。
所有混凝土试样的弹性模量由轴向应力-应变曲线的初始斜率来确定。图8(d)显示了混凝土试样的弹性模量的平均值。对于R-U混凝土试样，观察到弹性模量随着橡胶替代比的增加而降低。例如，NAC试样表现出29GPa的平均弹性模量，对于R10-U、R30-U、R50-U和R100-U试样，平均弹性模量分别降低至21GPa、13GPa、6GPa和1GPa。粗橡胶骨料的弹性模量远低于碎的花岗岩的弹性模量，这导致R-混凝土试样的弹性模量与NAC试样相比较低。
对于R-C混凝土试样，观察到并入高至15％的橡胶替代比的试样的弹性模量增加。例如，R10-C和R15-C试样表现出如与NAC试样相比的9％和38％的弹性模量的增加。观察到在15％的橡胶替代比下达到其峰值之后，R-C混凝土试样的弹性模量随着橡胶替代比的增加而降低。尽管如此，橡胶替代比高至30％的试样表现出高于或接近于NAC试样的弹性模量。
所有R-C混凝土试样均表现出显著高于相应R-U混凝土试样的弹性模量。R50-C试样的弹性模量高于R10试样，这证明了压力下浇注在提高R-混凝土的刚度方面的有效性。
混凝土试样的韧性(即，能量吸收能力)被确定为应力-应变曲线下达到混凝土试样的极限应变的面积。图8(e)示出了混凝土试样的平均韧性值。对于R-U混凝土试样，通常观察到橡胶替代比的增加使韧性降低。不希望受理论的束缚，当与NAC试样相比时韧性的降低归因于R-U混凝土试样的较低压缩强度。
R-C混凝土试样也表现出随着橡胶替代比的增加韧性的初始增加然后降低。在15％的橡胶替代比下达到最大韧性。R-U混凝土试样的韧性类似于但通常高于相应R-C混凝土试样的韧性。所有R-混凝土试样均表现出低于NAC试样的韧性值。
由于韧性受混凝土试样的压缩强度影响，因此发明人认为比韧性(即，韧性与压缩强度的比率)是更好的韧性度量。图8(f)示出了混凝土试样的平均比韧性值。对于R-U混凝土试样，高至40％橡胶替代比的橡胶的并入对比韧性没有显著影响。然而，观察到当与NAC试样相比时，50％至100％的橡胶替代比使比韧性增加。
对于R-C混凝土试样，观察到随着橡胶替代比增加高至40％，比韧性略有降低。该趋势从50％的橡胶替代比开始逆转。所有R-U混凝土试样均表现出显著高于相应R-C混凝土试样的比韧性。
还对压缩测试之后获得的NAC、R-C和R-U混凝土试样进行了扫描电子显微术(SEM)。在使用Quanta FEG 250环境扫描电子显微镜进行分析之前，将样品烘干并镀金。图9再现了NAC试样(图9(a))、R20-C混凝土试样(图9(b))和R20-U混凝土试样(图9(c))的SEM图像。与NAC和R-U混凝土试样相比，从R20-C混凝土试样中观察到更少的微裂纹和更密集的微观结构。不希望受理论的束缚，这归因于在压力下浇注期间孔的填充和颗粒的重新排列。还可以在图10中测试试样的内表面图像中观察到类似的混凝土结构。因此，因此认为压力下R-混凝土的浇注产生更密集的微观结构，进而产生改善的强度和耐久性性能。
混凝土材料特性通常是相关的，并且混凝土强度与其他材料特性(例如杨氏模量和峰值应变)之间的关系通常用于工程设计。尽管R-C混凝土可以实现与NAC类似的强度和杨氏模量，但目前讨论的材料特性之间的关系显著不同。
本发明人研究了两种压缩条件：
(a)对于在高至40％的橡胶替代比下的R-C试样，所施加的压力被选择为以确保湿混凝土减少的体积等于粗橡胶骨料的体积；以及
(b)对于橡胶替代比为50％至100％的试样，施加27.7MPa的最大压力。
图12示出了NAC、R-C和R-U混凝土试样的不同机械特性的关系。也示出了现有设计规范推荐的典型模型用于比较。图12描绘了R-U混凝土的弹性模量显著低于NAC和R-C混凝土。此外，高至40％的橡胶替代比下的R-C混凝土试样的弹性模量与NAC试样的弹性模量相当，但略小于NAC试样的弹性模量。另一方面，50％至100％的橡胶替代比下的R-C混凝土试样的弹性模量高于NAC试样。该现象表明R-C混凝土的弹性模量与浇注期间所施加的压力密切相关，并且通过施加另外的压力，可能可以获得高于NAC的弹性模量的弹性模量。
如图12(b)所示，R-U和R-C混凝土试样的峰值应变趋势与NAC试样的峰值应变趋势非常不同。R-C混凝土的峰值应变值似乎与混凝土强度无关，并且可能潜在地被认为是常数。这些观察表明R-C混凝土的应力-应变曲线的参数可能与NAC的参数不同。
本发明人的发现可以显著地提高R-混凝土的机械特性同时提供降低的制造成本。现在对390mm x 190mm x 190mm Besser混凝土块(如图11所示)所需的原料成本进行比较。具有比例为1:3:5的水泥、砂和粗骨料的并入和未并入粗橡胶骨料的一个Besser混凝土块的材料成本分别估计为3.68澳元和3.72澳元。计算的细节提供在下表3中。估计的成本包括用于在压力下浇注混凝土块的电成本。成本的比较表明由新技术制造的混凝土产品与普通混凝土材料相比可以是成本有效的。
表3-常规和压缩的橡胶Besser块(390x190x190mm)之间的成本比较
成本的计算 常规的 橡胶化的
一个块中混凝土的体积(cm<sup>3</sup>) 14080 14079
混凝土混合物(水泥∶砂∶粗骨料) 1∶3∶5 1∶3∶5
具有粗骨料的橡胶替代品(％) - 30
粗骨料的价格(澳元/Kg) 0.04 0.04
砂的价格(澳元/Kg) 0.04 0.04
水泥的价格(澳元/Kg) 0.33 0.33
橡胶的价格(澳元/Kg) - 0.08
水泥的量(Kg) 7.59 7.59
砂的量(Kg) 11.56 11.56
粗骨料的量(Kg) 18.24 12.77
橡胶的量(Kg) - 2.54
水泥的成本(澳元) 2.47 2.47
砂的成本(澳元) 0.47 0.47
粗骨料的成本(澳元) 0.78 0.55
橡胶的成本(澳元) - 0.198
用于块生产的电成本(澳元) - 0.001
以澳元计的总成本(不包括运输) 3.72 3.68
用于制造橡胶混凝土的新压缩技术可以用于制造预制建筑材料，例如混凝土块/砖、路面块和其他混凝土构件，例如墙板、梁、板、路障等。除在制造环境友好的建筑方面的显著优点之外，由该技术制造的产品的成本可以低于常规/现有的混凝土产品。同样重要地，现有的制造过程和设施通常可以保留以进行本发明的压力浇注步骤。
比较图9和图10中的压缩混凝土和未压缩混凝土的图像，可以清楚地看出在混凝土浇注期间压缩过程大大减少了混凝土中的孔。通过压力下浇注，混凝土材料的孔的减少和密实化(condensation)显著地改善了混凝土的微观结构及其材料特性。该机制类似于水/水泥比对混凝土强度的影响。混凝土的较低的水/水泥比在硬化混凝土中提供了较少的孔，因此，混凝土强度较高。从这个角度出发，这项工作中使用的密实化技术通常可以应用于所有混凝土材料。
虽然上述实验是关于粗橡胶骨料而进行的，但也可以生产其中将橡胶碎屑作为细橡胶骨料并入到混凝土浆料中以例如代替波特兰水泥混凝土中另外存在的砂的全部或一部分的混凝土。在这种情况下，所得混凝土产品可以包含细橡胶骨料、粗橡胶骨料、或两者。另外地，根据需要或认为合适的话，混凝土产品可以包含金属加强件或其他添加剂。可以将可以例如由金属制成的诸如增强网(在澳大利亚通常称为“reo”)的加强件在压力下浇注之前并入到混凝土浆料中或单独引入到浇注模具中。可以将替代地(或另外地)增强纤维例如玻璃纤维、聚合物纤维(例如，尼龙或聚丙烯纤维)、纤维素纤维或金属纤维在浇注之前并入到混凝土浆料中。设想可以将其他添加剂并入到混凝土浆料或浇注混凝土产品中。
本发明领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行修改。因此，如本文所述的实施方案和/或实施例被认为是说明性的而非限制性的。
Figure BDA0003681852160000151

Claims (19)

1.一种生产浇注混凝土产品的方法，所述方法包括：
形成并入有橡胶骨料的混凝土浆料；以及
在压力下浇注所述混凝土浆料。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在2MPa至50MPa，任选地5MPa至35MPa，进一步任选地6.9MPa至27.7MPa的压力下浇注所述混凝土浆料。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括基于待浇注的所述混凝土浆料内橡胶骨料的量来选择浇注所述混凝土浆料所用的压力。
4.根据权利要求3所述的方法，包括选择浇注所述混凝土所用的压力以将所述混凝土浆料的体积减少近似于在压力下浇注之前的所述混凝土浆料内橡胶骨料的体积。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述橡胶骨料包含粗橡胶骨料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述粗橡胶骨料基本上符合ASTM C33/C33M中规定的关于粗骨料的分级要求。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中所述粗橡胶骨料构成在压力下浇注之前的所述混凝土浆料内全部粗骨料的1体积％至体积100％，任选地5体积％至80体积％，任选地10体积％至50体积％，进一步任选地15体积％至35体积％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述橡胶骨料包含细橡胶骨料。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述细橡胶骨料基本上符合ASTM C33/C33M中规定的关于细骨料的分级要求。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其中所述细橡胶骨料构成即将在压力下浇注之前的所述混凝土浆料内全部细骨料的1体积/体积％至100体积/体积％，任选地5体积/体积％至50体积/体积％，进一步任选地15体积/体积％至35体积/体积％。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述混凝土浆料在压力下浇注3小时至48小时，任选地6小时至36小时，进一步任选地基本上24小时。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述混凝土浆料的整个浇注中压力被基本上维持以保持混凝土体积不变。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在浇注之后，使浇注的混凝土产品在大气压下、在15℃至30℃下和在50％至100％湿度下进一步固化10天至30天。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述混凝土浆料包含波特兰水泥。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述橡胶骨料预先不经历用于改变其表面特性的化学处理，例如通过用氢氧化钠的处理。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述橡胶骨料由废材料，任选地废轮胎来生产。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在浇注之前在模具或所述浆料中加入增强网或增强纤维。
18.一种根据前述权利要求中任一项所述的方法生产的浇注混凝土产品。
19.根据权利要求18所述的浇注混凝土产品，其中所述浇注混凝土产品为以下中的任一者：砌筑砖或砌筑块例如贝塞麦块、预制管、预制建筑梁、预制建筑墙、或预制建筑板。
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