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将废弃轮胎橡胶研磨成橡胶颗粒加入水泥基材料,不仅是回收利用废弃轮胎的有效途径,也是改善水泥基材料脆性、提高抗裂性能的有效途径,但也带来负面影响即力学强度显著降低,这限制了橡胶集料水泥基材料的发展与应用。碳纳米管(Carbonnanotubes, CNT)作为新型一维纳米材料以优异的力学特性在金属、陶瓷中表现出显著的增韧效果,但是CNT在橡胶集料水泥基材料中的应用尚未有相关研究。本文首次制备了CNT复合橡胶集料砂浆,确定了CNT掺入方式、掺量与拌和方法。在此基础上,通过试验研究了CNT对橡胶集料砂浆力学强度、抗渗性能与防覆冰能力的影响,并从水泥水化与复合材料微观结构角度讨论了CNT对橡胶集料砂浆的增强机理。结果表明:
(1)CNT降低了橡胶集料砂浆的流动性,但降低幅度较小,可以通过调整减水剂掺量予以弥补,以满足实际工程要求;CNT降低了橡胶集料砂浆的吸水率,这表明CNT有利于降低橡胶集料砂浆的开口孔隙率。
(2)CNT有效提高了橡胶集料砂浆的力学强度,养护28天后,当CNT掺量为0.08%时,抗压强度、抗折强度、抗折能量吸收较橡胶集料砂浆分别增加57.0%、24.0%、21.3%,破坏应变与位移也相应提高,体现CNT显著的增强效果。但是,抗压强度随着CNT掺量增加提高幅度降低,这表明在本文使用的分散方法前提下,CNT掺量存在阈值。
(3)热重试验与X射线衍射试验结果表明,CNT促进水泥水化,CNT掺量为0.04%、0.08%与0.12%时,水泥水化程度较普通橡胶砂浆分别提高5.6%、26.9%与19.1%,CNT掺量为0.08%时水化程度达到最高,这是由于CNT掺量增加而本文使用的分散方法分散能力有限,CNT团聚增多,结晶核效应削弱,这解释了抗压强度出现平台期与能量吸收能力随着CNT掺量增加出现先增长后下降的趋势。微观结构观察表明,CNT具有“森林状”分布方式,具有填充空隙、桥接裂缝的能力,CNT拔出过程可以限制裂缝开展提高能量吸收能力。
(4)CNT显著降低橡胶集料砂浆亲水性,有效提高了抗渗能力,减小了冰-橡胶集料砂浆附着强度,有利于寒冷条件下的工程应用。当CNT掺量为0.04%、0.08%、0.12%时,与普通橡胶集料砂浆相比,水滴渗入速率减小4.3%、7.6%与8.7%,冰附着能减小6.3%、25.1%与31.9%。
(1)CNT降低了橡胶集料砂浆的流动性,但降低幅度较小,可以通过调整减水剂掺量予以弥补,以满足实际工程要求;CNT降低了橡胶集料砂浆的吸水率,这表明CNT有利于降低橡胶集料砂浆的开口孔隙率。
(2)CNT有效提高了橡胶集料砂浆的力学强度,养护28天后,当CNT掺量为0.08%时,抗压强度、抗折强度、抗折能量吸收较橡胶集料砂浆分别增加57.0%、24.0%、21.3%,破坏应变与位移也相应提高,体现CNT显著的增强效果。但是,抗压强度随着CNT掺量增加提高幅度降低,这表明在本文使用的分散方法前提下,CNT掺量存在阈值。
(3)热重试验与X射线衍射试验结果表明,CNT促进水泥水化,CNT掺量为0.04%、0.08%与0.12%时,水泥水化程度较普通橡胶砂浆分别提高5.6%、26.9%与19.1%,CNT掺量为0.08%时水化程度达到最高,这是由于CNT掺量增加而本文使用的分散方法分散能力有限,CNT团聚增多,结晶核效应削弱,这解释了抗压强度出现平台期与能量吸收能力随着CNT掺量增加出现先增长后下降的趋势。微观结构观察表明,CNT具有“森林状”分布方式,具有填充空隙、桥接裂缝的能力,CNT拔出过程可以限制裂缝开展提高能量吸收能力。
(4)CNT显著降低橡胶集料砂浆亲水性,有效提高了抗渗能力,减小了冰-橡胶集料砂浆附着强度,有利于寒冷条件下的工程应用。当CNT掺量为0.04%、0.08%、0.12%时,与普通橡胶集料砂浆相比,水滴渗入速率减小4.3%、7.6%与8.7%,冰附着能减小6.3%、25.1%与31.9%。