CN103332902A - 一种吸水膨胀树脂集料混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸水膨胀树脂集料混凝土及其制备方法，所述吸水膨胀树脂集料混凝土是由水泥300-420重量份，掺合料186-306重量份，吸水膨胀集料0-624重量份，细集料0-954重量份，拌合水87-131重量份，减水剂11-14重量份，纤维1.8-2.2重量份的原材料经过一定制备工艺拌合而成。本发明以一种粒径大小可调控的球形高分子吸水树脂颗粒作为吸水膨胀集料，通过控制吸水膨胀集料粒径，制备出一种内部孔结构可调控的混凝土，混凝土内部具有形状规则、均匀分布的封闭球形孔，且具有密度小、强度高，性能良好和节约混凝土固体原料的优点，且吸水膨胀集料吸水前体积小，质量轻，方便运输。

Description

一种吸水膨胀树脂集料混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种吸水膨胀树脂集料混凝土及其制备方法。

背景技术

近年来，我国混凝土年产量已连续多年超过世界混凝土年产量的50%，2011年我国混凝土实际产量达到13.3亿立方米，预计2012年我国混凝土实际产量将达到15亿立方米。对于普通混凝土而言，碎石、砂子的总体积占混凝土体积的70%~80%，每年需要消耗碎石和砂子数十亿吨，对资源，环境产生非常大的影响；另外，普通混凝土中砂石集料总重量占成品混凝土总重量的80%以上，对于当地资源无法提供合适集料的地区而言，混凝土原材料的长途运输（尤其是砂石集料）费用将使混凝土的成本大大增加。因此，寻找一种可有效替代砂石集料，且轻质易于运输的材料是十分有意义的。

目前国内外对于使用橡胶颗粒、破碎废弃混凝土、废弃玻璃、工业废渣以及淤泥烧制轻集料等完全或部分替代砂石集料都有一定研究。但是，这些材料都存在一些不同程度的缺陷：橡胶颗粒与混凝土基体之间存在界面问题，往往会因为粘结差而导致实际上产生的是形状不规则的“空洞”；破碎废弃混凝土不易加工，粒形难以控制，且吸水率高，含泥量高；废弃玻璃加工不便，且粒形不易满足要求；工业废渣存在潜在碱活性，会存在一些后期耐久性问题，且同样存在吸水率、含泥量高的问题；淤泥烧制轻集料强度普遍不高，且吸水率高，能耗高。另外，前面提到的这些取代材料还存在体积大，质量较大，不易运输等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种吸水膨胀树脂集料混凝土及其制备方法，该混凝土密度小、强度高，避免了大量使用砂石集料，且质量轻，体积小，便于运输。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种吸水膨胀树脂集料混凝土，它包括以下重量份的原材料拌合而成的：水泥300-420份、掺合料186-306份、吸水膨胀集料0-624份、细集料0-954份、拌合水87-131份、减水剂11-14份、纤维1.8-2.2份。

按上述方案，所述的吸水膨胀集料是一种粒径大小可调控的球形高分子吸水树脂颗粒，浸泡处理后粒径范围为2~30mm，也可根据实际需求合理设计级配。

按上述方案，所述水泥强度等级应在42.5以上，可以是硅酸盐水泥、普通水泥、特种水泥等中的一种或两种以上复配而成，两种以上复配时可以是任意比例，具体应根据原材料种类而定。

按上述方案，所述掺合料是由粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉、硅灰等一种或两种以上组成，不同掺合料之间的比例应根据原材料种类而定。

按上述方案，所述细集料是陶砂、机制砂、河砂等人工或天然集料中的任意一种，最大粒径为4.75mm。

按上述方案，所述纤维为金属纤维、有机合成纤维或无机矿物纤维等中的任意一种，不同长度纤维可进行多尺度复掺。

按上述方案，所述的拌合水可为淡水或盐水。

上述吸水膨胀树脂集料混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1）吸水膨胀集料进行预吸水：将吸水膨胀集料浸泡在盐水或淡水中达到特定粒径或直至饱和状态，捞出并沥干多余水分，待用；

2）取料：按照重量份数计取料，水泥300-420份、掺合料186-306份、吸水膨胀集料0-624份、细集料0-954份、拌合水87-131份、减水剂11-14份、纤维1.8-2.2份；

3）搅拌：采用自落式搅拌机时，先加入水泥、掺合料、细集料、纤维、拌合水、减水剂，搅拌1~2分钟，然后加入预吸水处理的吸水膨胀集料，搅拌2~3分钟，得到拌合物；

或采用强制式搅拌机，先加入细集料、纤维、二分之一用量的拌合水，搅拌30秒钟，然后加入水泥、掺合料、吸水膨胀集料，搅拌1分钟，最后加入剩余的拌合水及减水剂，搅拌1分钟以上，得到拌合物；

4）成型：观察搅拌结束后的拌合物状态良好，无离析泌水，吸水膨胀集料均匀分布于拌合物内，即可出料，浇筑成型，得到吸水膨胀树脂集料混凝土。

本发明的原理是：本发明通过首先吸水膨胀集料进行预吸水，使之达到所需尺寸（可通过吸水前的粒径或吸水时间进行控制，可达到砂石集料的粒径），球形吸水膨胀集料在硬化后的混凝土内部缓慢释放水分后体积缩小基本消失，形成规则球形孔，且可起到内养护作用。另外，吸水膨胀集料吸水前体积小，且吸水前后质量均很轻，不仅节约了混凝土原材料，减轻了混凝土质量，同时方便运输。

与普通混凝土相比，本发明的有益效果是： 

第一，本发明避免了对砂石资源的大量消耗，所需的固体原材料总量小，比相同强度等级普通混凝土所需固体原材料总量节约了近一半，节约混凝土固体原料，且吸水膨胀集料体积小、质量轻，在长距离运输方面显现出巨大的优势。

第二，本发明使用一种大小可调控可级配的规则球形吸水膨胀树脂部分或完全替代粗集料，通过控制吸水膨胀集料粒径（2-30mm），以及不同粒径吸水膨胀集料的合理级配等，制备出一种内部孔结构可调控的混凝土，该种混凝土内部具有形状规则、均匀分布的封闭球形孔。

第三，本发明利用吸水膨胀集料制备出的混凝土密度小（1000~1700kg/ m³），强度可达C30以上，制备工艺简单、生产成本低，密度小、强度高，性能良好。

第四，在一定程度上避免或改善了橡胶颗粒、破碎废弃混凝土、废弃玻璃、工业废渣以及淤泥烧制轻集料等取代材料存在的一些缺陷。

附图说明

图1为 吸水膨胀树脂集料混凝土内部结构示意图，其中1-大颗粒吸水膨胀集料（球形孔）； 2-小颗粒吸水膨胀集料（球形孔）；3-细集料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

一种吸水膨胀树脂集料混凝土，它包括以下重量份的原材料拌合而成的：水泥420重量份，掺合料186重量份，吸水膨胀集料125重量份（浸泡后），细集料686重量份，淡水91重量份，减水剂13重量份，纤维2重量份；所述的水泥强度等级为42.5，由20wt%的硫铝酸盐水泥和80wt%的普通硅酸盐水泥复合而成；所述的掺合料是由41wt%的粉煤灰、41wt%的矿渣粉和18wt%的硅灰组成；所述的吸水膨胀集料浸泡处理后的粒径范围为4~5mm, 5~6mm, 7~8mm；所述的细集料是陶砂，最大粒径为4.75mm，表观密度为1.20g/cm??，吸水率17%；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20%；所述的纤维为聚甲醛纤维，长度为6mm~12mm。

上述吸水膨胀树脂集料混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1）吸水膨胀集料进行预吸水：将吸水膨胀集料浸泡在盐水中达到特定粒径（本实施例中所述的吸水膨胀集料浸泡处理后的粒径范围为4~5mm, 5~6mm, 7~8mm）或直至饱和状态，捞出并沥干多余水分，待用；

2）取料：按照上述配比称取原料；

3）搅拌：采用自落式搅拌机时，先加入水泥、掺合料、细集料、纤维、拌合水、减水剂，搅拌1~2分钟，然后加入预吸水处理的吸水膨胀集料，搅拌2~3分钟，得到拌合物；

或采用强制式搅拌机，先加入细集料、纤维、二分之一用量的拌合水，搅拌30秒钟，然后加入水泥、掺合料、吸水膨胀集料，搅拌1分钟，最后加入剩余的拌合水及减水剂，搅拌1分钟以上，得到拌合物；

4）成型：观察搅拌结束后的拌合物状态良好，无离析泌水，吸水膨胀集料均匀分布于拌合物内，即可出料，浇筑成型，得到吸水膨胀树脂集料混凝土。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例2：

一种吸水膨胀树脂集料混凝土，它包括以下重量份的原材料拌合而成的：水泥419重量份，掺合料187重量份，吸水膨胀集料156重量份（浸泡后），细集料644重量份，淡水94重量份，减水剂12重量份，纤维2重量份；所述的水泥强度等级为42.5，由20wt%的硫铝酸盐水泥和80wt%的普通硅酸盐水泥复合而成；所述的掺合料是由41%的粉煤灰、41%的矿渣粉和18%的硅灰组成；所述的吸水膨胀集料的粒径范围（浸泡处理后）为4~5mm, 5~6mm, 7~8mm；所述的细集料是陶砂，最大粒径为4.75mm，表观密度为1.20 g/cm??，吸水率17%；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20%；所述的纤维为聚甲醛纤维，长度为6mm~12mm。

上述吸水膨胀树脂集料混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1）吸水膨胀集料进行预吸水：将吸水膨胀集料浸泡在盐水中达到特定粒径或直至饱和状态（所述的吸水膨胀集料的粒径范围（浸泡处理后）为4~5mm, 5~6mm, 7~8mm），捞出并沥干多余水分，待用；

2）取料：按照上述配比称取原料；

3）搅拌：采用自落式搅拌机时，先加入水泥、掺合料、细集料、纤维、拌合水、减水剂，搅拌1~2分钟，然后加入预吸水处理的吸水膨胀集料，搅拌2~3分钟，得到拌合物；

或采用强制式搅拌机，先加入细集料、纤维、二分之一用量的拌合水，搅拌30秒钟，然后加入水泥、掺合料、吸水膨胀集料，搅拌1分钟，最后加入剩余的拌合水及减水剂，搅拌1分钟以上，得到拌合物；

4）成型：观察搅拌结束后的拌合物状态良好，无离析泌水，吸水膨胀集料均匀分布于拌合物内，即可出料，浇筑成型，得到吸水膨胀树脂集料混凝土。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例3：

一种吸水膨胀树脂集料混凝土，它包括以下重量份的原材料拌合而成的：水泥420重量份，掺合料186重量份，吸水膨胀集料187重量份（浸泡后），细集料601重量份，淡水96重量份，减水剂12重量份，纤维2重量份；所述的水泥强度等级为42.5，由20wt%的硫铝酸盐水泥和80wt%的普通硅酸盐水泥复合而成；所述的掺合料是由41%的粉煤灰、41%的矿渣粉和18%的硅灰组成；所述的吸水膨胀集料的粒径范围（浸泡处理后）为4~5mm, 5~6mm, 7~8mm；所述的细集料是陶砂，最大粒径为4.75mm，表观密度为1.20 g/cm??，吸水率17%；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20%；所述的纤维为聚甲醛纤维，长度为6mm~12mm。

上述吸水膨胀树脂集料混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1）吸水膨胀集料进行预吸水：将吸水膨胀集料浸泡在盐水中达到特定粒径或直至饱和状态（所述的吸水膨胀集料的粒径范围（浸泡处理后）为4~5mm, 5~6mm, 7~8mm），捞出并沥干多余水分，待用；

2）取料：按照上述配比称取原料；

3）搅拌：采用自落式搅拌机时，先加入水泥、掺合料、细集料、纤维、拌合水、减水剂，搅拌1~2分钟，然后加入预吸水处理的吸水膨胀集料，搅拌2~3分钟，得到拌合物；

或采用强制式搅拌机，先加入细集料、纤维、二分之一用量的拌合水，搅拌30秒钟，然后加入水泥、掺合料、吸水膨胀集料，搅拌1分钟，最后加入剩余的拌合水及减水剂，搅拌1分钟以上，得到拌合物；

4）成型：观察搅拌结束后的拌合物状态良好，无离析泌水，吸水膨胀集料均匀分布于拌合物内，即可出料，浇筑成型，得到吸水膨胀树脂集料混凝土。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例4：

一种吸水膨胀树脂集料混凝土，它包括以下重量份的原材料拌合而成的：水泥420重量份，掺合料187重量份，吸水膨胀集料250重量份（浸泡后），细集料515重量份，淡水99重量份，减水剂11重量份，纤维2重量份；所述的水泥强度等级为42.5，由20wt%的硫铝酸盐水泥和80wt%的普通硅酸盐水泥复合而成；所述的掺合料是由41%的粉煤灰、41%的矿渣粉和18%的硅灰组成；所述的吸水膨胀集料的粒径范围（浸泡处理后）为4~5mm, 5~6mm, 7~8mm；所述的细集料是陶砂，最大粒径为4.75mm，表观密度为1.20 g/cm??，吸水率17%；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20%；所述的纤维为聚甲醛纤维，长度为6mm~12mm。

上述吸水膨胀树脂集料混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1）吸水膨胀集料进行预吸水：将吸水膨胀集料浸泡在盐水中达到特定粒径或直至饱和状态（所述的吸水膨胀集料的粒径范围（浸泡处理后）为4~5mm, 5~6mm, 7~8mm），捞出并沥干多余水分，待用；

2）取料：按照上述配比称取原料；

3）搅拌：采用自落式搅拌机时，先加入水泥、掺合料、细集料、纤维、拌合水、减水剂，搅拌1~2分钟，然后加入预吸水处理的吸水膨胀集料，搅拌2~3分钟，得到拌合物；

或采用强制式搅拌机，先加入细集料、纤维、二分之一用量的拌合水，搅拌30秒钟，然后加入水泥、掺合料、吸水膨胀集料，搅拌1分钟，最后加入剩余的拌合水及减水剂，搅拌1分钟以上，得到拌合物；

4）成型：观察搅拌结束后的拌合物状态良好，无离析泌水，吸水膨胀集料均匀分布于拌合物内，即可出料，浇筑成型，得到吸水膨胀树脂集料混凝土。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例5：

实施例5~7是使用吸水膨胀树脂取代集料制备轻质较低强度的混凝土。

一种吸水膨胀树脂集料混凝土，它包括以下重量份的原材料拌合而成的：水泥420重量份，掺合料186重量份，吸水膨胀集料375重量份（浸泡后），细集料343重量份，淡水117重量份，减水剂11重量份，纤维2重量份；所述的水泥强度等级为42.5，由20wt%的硫铝酸盐水泥和80wt%的普通硅酸盐水泥复合而成；所述的掺合料是由41%的粉煤灰、41%的矿渣粉和18%的硅灰组成；所述的吸水膨胀集料的粒径范围（浸泡处理后）为4~5mm, 5~6mm, 7~8mm；所述的细集料是陶砂，最大粒径为4.75mm，表观密度为1.20 g/cm??，吸水率17%；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20%；所述的纤维为聚甲醛纤维，长度为6mm~12mm。

上述吸水膨胀树脂集料混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1）吸水膨胀集料进行预吸水：将吸水膨胀集料浸泡在盐水中达到特定粒径或直至饱和状态（所述的吸水膨胀集料的粒径范围（浸泡处理后）为4~5mm, 5~6mm, 7~8mm），捞出并沥干多余水分，待用；

2）取料：按照上述配比称取原料；

3）搅拌：采用自落式搅拌机时，先加入水泥、掺合料、细集料、纤维、拌合水、减水剂，搅拌1~2分钟，然后加入预吸水处理的吸水膨胀集料，搅拌2~3分钟，得到拌合物；

或采用强制式搅拌机，先加入细集料、纤维、二分之一用量的拌合水，搅拌30秒钟，然后加入水泥、掺合料、吸水膨胀集料，搅拌1分钟，最后加入剩余的拌合水及减水剂，搅拌1分钟以上，得到拌合物；

4）成型：观察搅拌结束后的拌合物状态良好，无离析泌水，吸水膨胀集料均匀分布于拌合物内，即可出料，浇筑成型，得到吸水膨胀树脂集料混凝土。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例6：

实施例6所用原材料及性能指标均与实施例5相同，不同之处在于：吸水膨胀集料（浸泡处理后）重量份为499，陶砂重量份为172，拌合水重量份为126。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例7：

实施例7与实施例5不同之处在于：吸水膨胀集料（浸泡处理后）624重量份，陶砂重量份为0，拌合水重量份为131。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例8：

实施例8与实施例4不同之处在于：所用细集料为河砂，最大粒径为4.75mm，细度模数为2.84，表观密度为2.65 g/cm??。河砂的重量份为954，拌合水的重量份为105。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例9：

实施例9与实施例1基本相同，不同之处在于水泥与掺合料的比重不同，水泥的重量份为364，掺合料的重量份为242。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例10：

实施例10与实施例1基本相同，不同之处在于所用纤维为聚丙烯纤维。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例11：

实施例11与实施例8基本相同，不同之处在于所用河砂细度模数为1.45，拌合水重量份为96。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例12：

实施例12与实施例5基本相同，不同之处在于吸水膨胀集料浸泡处理后粒径范围为7~8mm。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见附表。

实施例13：

实施例13与实施例7基本相同，不同之处在于作为对比吸水膨胀集料0重量份，陶砂859重量份，拌合水87重量份。

该种吸水膨胀树脂集料混凝土主要性能见表1。

表1

从附表中的数据可以直观看出，该种吸水膨胀树脂集料混凝土可以满足不同强度等级要求；使用该种吸水膨胀集料替代粗集料，避免了砂石资源的大量消耗；混凝土所需固体原材料总量得到大幅降低（普通混凝土固体原料总量约为2400kg/ m³），节约了近一半，这对长途运输具有很大的意义；制备出的混凝土密度小（1000~1700kg/ m³），强度可达40MPa以上。除此之外，所用吸水膨胀集料形状规则，大小可调，可据此控制混凝土内部孔结构；在一定程度上避免了所列举的取代材料存在的一些缺陷，如制备工艺难，存在薄弱界面，吸水率高，含泥量高，能耗高，存在潜在碱活性等问题。 

Claims (8)

1. 一种吸水膨胀树脂集料混凝土，其特征在于它包括以下重量份的原材料拌合而成的：水泥300-420份、掺合料186-306份、吸水膨胀集料0-624份、细集料0-954份、拌合水87-131份、减水剂11-14份、纤维1.8-2.2份。

2. 根据权利要求1所述的一种吸水膨胀树脂集料混凝土，其特征在于所述的吸水膨胀集料是一种粒径大小可调控的球形高分子吸水树脂颗粒，浸泡处理后粒径范围为2~30mm。

3. 根据权利要求1所述的一种吸水膨胀树脂集料混凝土，其特征在于所述水泥强度等级在42.5以上，是硅酸盐水泥、普通水泥、特种水泥中的一种或两种以上复配而成，两种以上复配时是任意比例。

4. 根据权利要求1所述的一种吸水膨胀树脂集料混凝土，其特征在于所述掺合料是由粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉、硅灰中的一种或两种以上组成，两种以上复配时是任意比例。

5. 根据权利要求1所述的一种吸水膨胀树脂集料混凝土，其特征在于所述细集料是陶砂、机制砂、河砂中的任意一种，粒径不超过4.75mm。

6. 根据权利要求1所述的一种吸水膨胀树脂集料混凝土，其特征在于所述纤维是金属纤维、有机合成纤维或无机矿物纤维中的任意一种。

7. 根据权利要求1所述的一种吸水膨胀树脂集料混凝土，其特征在于所述的拌合水是淡水或盐水。

8.权利要求1所述的一种吸水膨胀树脂集料混凝土的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1）吸水膨胀集料进行预吸水：将吸水膨胀集料浸泡在盐水或淡水中达到特定粒径或直至饱和状态，捞出并沥干多余水分，待用；

2）取料：按照重量份数计取料，水泥300-420份、掺合料186-306份、吸水膨胀集料0-624份、细集料0-954份、拌合水87-131份、减水剂11-14份、纤维1.8-2.2份；

3）搅拌：采用自落式搅拌机时，先加入水泥、掺合料、细集料、纤维、拌合水、减水剂，搅拌1~2分钟，然后加入预吸水处理的吸水膨胀集料，搅拌2~3分钟，得到拌合物；

或采用强制式搅拌机，先加入细集料、纤维、二分之一用量的拌合水，搅拌30秒钟，然后加入水泥、掺合料、吸水膨胀集料，搅拌1分钟，最后加入剩余的拌合水及减水剂，搅拌1分钟以上，得到拌合物；

4）成型：观察搅拌结束后的拌合物状态良好，无离析泌水，吸水膨胀集料均匀分布于拌合物内，即可出料，浇筑成型，得到吸水膨胀树脂集料混凝土。