废橡胶粉的改性及其水泥基复合材料.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 废橡胶粉的改性及其水泥基复合材料 姓名：冯雪 申请学位级别：硕士 专业：化学工艺 指导教师：解孝林;周兴平 20090528 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 废橡胶粉应用于水泥混凝土中，可有效地解决废旧轮胎带来的环境污染和社会 问题，并提高混凝土的韧性，具有重要的现实意义但橡胶混凝土的低强度限制了 它的应用 本文分别采用 NaOH 溶液、纳米 SiO2和原位 SiO2对废橡胶粉进行改性，主要 研究了胶粉的改性对橡胶混凝土基本性能的影响，研究结果表明： 1．与未处理胶粉相比，改性后胶粉有良好的水分散性；原位 SiO2胶粉干燥后 易结块，粒径分布不均匀 2．胶粉的掺入，水泥砂浆流动性下降，强度降低，韧性提高，胶粉的掺量不 宜过大； NaOH 溶液处理一定程度上改善了橡胶与水泥浆体的界面， 强度有所提高 3．将未处理胶粉、NaOH 溶液处理胶粉、纳米 SiO2改性胶粉、原位 SiO2改性 胶粉分别以 5%、10%、15%等质量替代水泥，加入到混凝土中胶粉改性，显著提 高了橡胶混凝土的强度和耐磨性能；SiO2改性方法比 NaOH 溶液处理更有效。

4．成型方法对橡胶混凝土的性能有显著影响使用二步法成型，可改善原位 SiO2改性胶粉混凝土的力学性能 5．纳米 SiO2可与混凝土中的结构不良晶体 Ca(OH)2发生反应，生成水化硅酸 钙（C-S-H）凝胶，橡胶与水泥浆体以 C-S-H 为结点紧密连结，界面性能得到改善， 起到增强橡胶混凝土的作用 关键词关键词：废橡胶粉 改性 水泥混凝土 性能 机理 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Use of waste rubber powder in cement concrete is availability to relieve the environmental and social problem caused by the deposal of worn tires, and improve the ductile of concrete as well. Therefore many researchers observed a serious decrease in mechanical properties of cementitious composites with waste tire powder, which limited its application. How to improve the performance is a hotpot. In this work, NaOH treated, nano-SiO2 modified and in-situ SiO2 modified rubber powder were prepared. And the effect on the basic properties of rubberized concrete was investigated. Main results were as below: 1. Compared with untreated rubber powder, the modified rubber powder showed better dispersity in water. In-situ SiO2 modified rubber powder was agglomerated to “blocks” after dried, with wide size distribution. 2. The addition of rubber powder has negative effect on the flowability and strength of cement mortar, but improves the ductile. NaOH treated rubber has better adhesion with cement mortar than the untreated rubber. The amount of rubber powder is suggested not too much. 3. Four different kinds of rubber powder were used in the cement concrete: (1) untreated, (2) NaOH treated, (3) nano- SiO2 modified, and (4) in-situ SiO2 modified. Cement was substituted on weight by 5%, 10%, 15% respectively. Modifications of rubber powder could improve the strength and abrasion resistance of rubberized concrete. SiO2 modification was more effective than NaOH treated. 4. Molding method has significance effect on the performance of concrete. The concrete with in-situ SiO2 modified rubber powder displayed better mechanical properties when molded with two-step. 5. Nano-SiO2 on the surface of rubber was reactive to the Ca(OH)2 crystal, which was structural harmful in concrete, and then calcium silicate hydrate (C-S-H) gel was formed. Thus the rubber and matrix had a better interface, and the strength of concrete was improved. Key words: waste rubber powder; modification; cement concrete; performance; mechanism. 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□ ，在_____年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密□ （ 请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 随着汽车工业的飞速发展，大量废旧轮胎的回收利用问题亟待解决据国家统 计局公布的数据显示，2008 年中国累计生产 5.4614 亿条轮胎，同比增加 6.7%[1]。

另外， 我国每年报废的轮胎数量已由 2000 年的 0.32 亿条增加到 2007 年的 1.5 亿条， 重量从 1.2 万吨增加到 310 万吨[2] 越来越多的废旧轮胎形成的“黑色污染”，正在威胁着全人类的生存环境无害 化、资源化充分利用这些固体废弃物，将对我国经济的可持续发展和建设资源节约 型、环境友好型社会起到积极的作用，同时也可缓解环境和橡胶资源匮乏带来的压 力 1.1 废旧轮胎的回收利用现状废旧轮胎的回收利用现状 废旧轮胎为交联高分子材料，不溶不熔，不易被生物降解若采用燃烧处理， 其释放出来的烟雾严重污染大气如果填埋处理，不仅占用大量土地，还易滋生蚊 虫，引发火灾[3]其回收利用形式主要有两大途径：一是旧胎翻新，二是废胎资源 循环利用，包括生产胶粉、再生胶等 1.1.1 旧胎翻新 轮胎翻新是将磨损的旧胎外层削去，并粘贴胶料，再进行硫化，以重新利用 一般，翻新胎所需原材料仅为同规格新胎的 15-30%，价格也较低[4]，是旧胎的有效 利用形式目前，世界翻新轮胎年产量约 8000 万条，为新胎产量的 7%[5]我国轮 胎翻新量仅占新胎产量的 4.5%，而发达国家一般为 10%，欧盟国家可达 20%以上。

旧胎翻新技术分为热翻新和冷翻新热翻新是传统方法，旧胎体经磨蹉后粘上 混合胶，放入钢模内，于 150℃以上温度硫化该法是我国翻胎业的主导工艺，但 在发达国家已逐渐被淘汰冷翻新也叫预硫化翻新，是将预先模制硫化的胎条或胎 环贴在磨光的旧胎体上，然后低温硫化该法可节约能源，同时可减轻胎体因二次 硫化产生的老化现象，提高翻胎质量 但轮胎翻新技术落后，翻胎质量不过关，将严重危害轮胎的使用和汽车驾驶者 的安全 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 1.1.2 废胎资源循环利用 一条旧胎最多翻新 7 次，就不能再作为轮胎使用，即成为废胎不能再翻新的 废胎，其主要回收利用方式见图 1-1 图 1-1 废胎资源循环利用方式 Fig1-1 Recycling of waste tire （1）原型改制 原型改制是指通过捆绑、裁剪、冲切等方式，将废旧轮胎改造成有利用价值的 物品，如码头和船舶的护舷、沉入海底充当人工渔礁、航标灯的漂浮灯塔等[5]但 原型利用消耗废胎数量非常有限，无法满足大量废胎的回收利用 （2）热能利用 废橡胶燃烧作为发电、锅炉的燃料和水泥厂、钢铁厂的热能燃料，其热值高达 3.3×104kJ/kg[6]。

但焚烧废橡胶释放出来的烟雾和一氧化碳，会污染大气 （3）再生胶 生产再生胶是综合利用废轮胎的传统方法，是将废轮胎经过粉碎、加热、机械 处理等物理化学过程，使其高弹态变成具有可塑性和粘弹性的，便于加工并能够硫 化的再生橡胶，可部分代替天然橡胶和合成橡胶[7]但工艺复杂，耗能高，发达国 家已逐年削减其生产量，有计划地关闭再生胶厂 （4）生产胶粉 通过机械方式将废轮胎粉碎、筛选后得到的粉末状物质就是胶粉与再生胶相 废胎资源循环利用 原型改制 护舷、人工礁 漂浮灯塔 公路防护栏等 热能利用 固体垃圾燃料 水泥厂 造纸厂等 再生胶 生胶掺用料 橡胶板 防水卷材等 胶粉 改性塑料 保温砂浆 塑胶跑道等 热裂解 炭黑、燃气 裂解油 低聚物等 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 比，胶粉生产工艺较简单，耗费能源少，排放废水、废气少，生产环境较好粗略 估计，生产胶粉比生产同等重量的再生胶节能 40%左右，详见表 1-1[8]通过生产 胶粉来回收废旧轮胎是集环保与资源再利用于一体的很有前途的方式，因此大多数 国家将废轮胎利用重点由再生胶转向胶粉和开辟其他领域 （5）热裂解 热裂解是具有高技术含量的化学利用方法。

近年来，各国科学家对此都有专门 研究，但该方法技术复杂，装置庞大，投资很高，难易大规模工业化生产 表 1-1 生产橡胶及相关主要原材料能耗的比较 Tab1-1 Comparison of the e。