CN106007580A

CN106007580A - 轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法

Info

Publication number: CN106007580A
Application number: CN201610350722.9A
Authority: CN
Inventors: 陈静波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2016-10-12

Abstract

一种轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法，包括水泥粉体颗粒混合料的制备，水泥悬浮液的配置，水泥悬浮液的酸碱性的中和，水泥悬浮液的改性步骤，本发明在水泥混合干料中按比例加入水，混合料与水发生水化反应，改变了水泥固体颗粒表面水膜的结构，使得水泥颗粒悬浮于水中，从而形成了一种稳定的非牛顿流体型水泥悬浮液，再采用醋酸镁和醋酸钾进行电化学中和改性，进一步形成稳定的水泥浆液，该浆液中水泥颗粒不下沉，高分子塑化剂羟丙基甲基纤维素的作用为调节介质黏度或界面膜性质，阻碍水泥颗粒接近粘并，使水泥颗粒在水中呈稳定悬浮状态。

Description

轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法

技术领域

本发明属于建筑用材料制作技术领域，尤其涉及一种轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法。

背景技术

在聚苯颗粒混凝土中，由于聚苯颗粒表面具有憎水性和惰性化学性质，其作为骨料和水泥加水搅拌时聚苯颗粒容易上浮，很容易出现水灰比大时水容易析出，出现骨料和水泥浆液分层现象，而水灰比小时混凝土的流动性差甚至丧失，常规方法在解决此问题时存在工艺复杂或者成本较高等问题，更主要的是，常规方法制备的聚苯颗粒混凝土遇水后强度下降25%以上，冻融循环后强度下降30%以上，物理力学特征表现为耐久性差。

发明内容

有必要提出一种流动性良好、抗渗水、防冻融、可实现自密实的轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法。

一种轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：

水泥粉体颗粒混合料的制备：称取10kg的普通硅酸盐水泥，按水泥质量百分比加入以下粉体材料：0.4%～0.8%的甲基硅酸钠粉末、 0.05%～0.15%的羟丙基甲基纤维素、5%～10%的硅灰、羧甲基纤维素钠1%～3% ，其中硅灰颗粒平均粒径为不大于0.1um，将这三种粉体材料干搅拌2分钟以上，使其混合均匀，制备出水泥为主体的粉体材料混合料；

水泥悬浮液的配置：量取3～5L水，将水一次性加入到上述混合料中，采用卧式螺杆式搅拌器或立式螺带式搅拌器持续搅拌，借助搅拌机械力反复持续搅拌，搅拌时间不小于3分钟，不能出现水泥结块，直至水泥均匀分散在羟丙基甲基纤维素溶液中，形成水泥悬浮液；

水泥悬浮液的改性：在所述水泥悬浮液中加入占水泥质量百分比为0.5%的醋酸镁，使醋酸根离子与水泥中的氧化物发生螯合作用，减小了离子间的排斥力，提高水泥悬浮液与水的相容性，避免了水泥在物理场的作用下形成聚团而下沉；

水泥悬浮液的酸碱性的中和：然后在上述水泥悬浮液中加入占水泥质量百分比为0.1%的醋酸钾，水解后的钾离子和醋酸根离子与水泥悬浮液中的离子螯合，调整了溶液状态的酸碱性，产生中和作用，也具有防腐功能，能提高混凝土的耐久性；

轻质骨料的加入：量取16L～42L粒径为1mm～4mm、自然堆积密度约为14kg/m³的聚苯颗粒，加入到上述改性中和后的水泥悬浮液中，借助于搅拌机械力反复搅拌，搅拌时间不少于3分钟，直至聚苯颗粒和水泥悬浮液混合均匀，得到干体积密度约为250～600 kg/m³的聚苯颗粒混凝土，该混凝土软化系数不小于0.8，体积吸水率不大于10%，是一种轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土。

本发明中，羟丙基甲基纤维素溶于水搅拌均匀后制备出高分子溶液，该溶液和水泥水化后，改变了水泥固体颗粒表面水膜的结构，高分子聚合物将水泥表面充分包覆，使得水泥颗粒表现为溶解于水的性质，使得水泥在羟丙基甲基纤维素溶液中均匀分布，从而形成了一种稳定的非牛顿流体型水泥悬浮液，再采用醋酸镁进行电化学中和改性，进一步形成稳定的水泥浆液，该浆液中水泥颗粒不下沉，高分子塑化剂羟丙基甲基纤维素的作用为调节介质黏度或界面膜性质，阻碍水泥颗粒接近粘并，使水泥颗粒在水中呈稳定悬浮状态。

加入硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，甲基硅酸钠和硅灰共同作用使得混凝土的防渗水性能大大提高，耐冻性能也同样提高，适合于室外恶劣环境使用。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。

本发明实施例提供了一种轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：

水泥粉体颗粒混合料的制备：称取10kg的普通硅酸盐水泥，按水泥质量百分比加入以下粉体材料：0.4%～0.8%的甲基硅酸钠粉末，分子式为CH₅SiO₃Na，0.05%～0.15%的羟丙基甲基纤维素，5%～10%的硅灰，羧甲基纤维素钠1%～3% ，硅粉的指标为在化学性能上主要要求SiO₂含量≥85％，烧失量≤6％，含水率≤3%，比表面积≥15000m²/kg，火山灰活性指数≥85%～90％，将这三种粉体材料干搅拌2分钟以上，使其混合均匀，制备出水泥为主体的粉体材料混合料。

水泥中加入的硅灰，其颗粒平均粒径度为0.1um，仅为水泥平均粒径的几百分之一，掺入水泥混凝土后能很好地填充于水泥颗粒空隙之中，使浆体更致密。硅粉还具有火山灰反应，即硅粉接触拌合水后，首先形成富硅的凝胶，并吸收水分，凝胶在尚未水化的水泥颗粒间聚集，逐渐包裹水泥颗粒，水化产物Ca(OH)₂与上述硅凝胶的表面反应生成C－S－H凝胶，该水化物凝胶强度高于Ca(OH)₂晶体。C－S－H凝胶的产生多处于水泥水化的C－S－H凝胶孔隙中，大大提高了混凝土的结构密度。因此具有优异的火山灰效应和微粒效应，能改善新拌混凝土的泌水和粘聚性。

主要作用表现为：①增加强度：用硅粉代替部分水泥加到混凝土中，增加了密度和凝聚力，使混凝土抗压抗折强度大大增强，掺入5％～10％的硅粉，抗压强度可提高10%～30%，抗折强度提高10％以上。②增加致密度：硅粉可均匀地充填于水泥颗粒空隙之中，使混凝土更加致密，克服了混凝土常见的空隙弊病，对渗水性、碳化深度进行测试，结果表明，抗渗性可提高5～18倍，抗碳化能力提高4倍以上③抗冻性：测试表明硅粉混凝土在经过300～500次快速冻融循环，相对动弹性模量降低1％～2％，而普通混凝土仅通过25～50次循环，相对动弹性模量降低36％～73％。④早强性：硅粉加入混凝土后，与游离的Ca(OH)₂结合，从而降低Ca⁺²和OH^－的浓度，使诱导期缩短，促进C2S水化，表现了硅粉使混凝土早强的特性，有资料介绍，硅粉能将混凝土18小时强度可提高30％。⑤抗冲磨、抗空蚀性：我国水工建筑物60％以上受不同程度的冲磨、空蚀破坏。经测试表明，硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力高0.5～2.5倍，抗空蚀能力提高3～16倍。

由于混凝土使用在室外时，其抗水性和耐冻性直接影响其使用质量和使用寿命，本发明还加入了甲基硅酸钠粉末，以通过降低吸水率来增强耐冻性，在干水泥粉体中加入占水泥质量比例为0.4%～0.8%的甲基硅酸钠粉末，分子式为CH₅SiO₃Na，聚苯颗粒混凝土硬化过程中，已经溶于水中的甲基硅酸钠与空气中的二氧化碳反应生成的絮状物，堵塞微空隙，这样孔隙率下降了，吸水率也就下降了，也就提高了混凝土的耐冻能力。

水泥悬浮液的配置：量取3～5L水，将水一次性加入到上述混合料中，采用卧式螺杆式搅拌器或立式螺带式搅拌器持续搅拌，借助搅拌机械力反复持续搅拌，搅拌时间不小于3分钟，不能出现水泥结块，直至水泥均匀分散在羟丙基甲基纤维素溶液中，形成水泥悬浮液。

轻质骨料的加入：量取16L～42L粒径为1mm～4mm、自然堆积密度约为14kg/m³的聚苯颗粒，加入到上述改性后的泥悬浮液中，借助于搅拌机械力反复搅拌，搅拌时间不少于3分钟，直至聚苯颗粒和水泥悬浮液混合均匀，得到干体积密度约为250～600 kg/m³的聚苯颗粒混凝土，该混凝土软化系数不小于0.8，体积吸水率不大于10%，是一种防渗抗冻的轻质混凝土。

现有技术制备的聚苯乙烯颗粒混凝土大多用于屋面或墙面的保温，而将现有技术制备的聚苯乙烯颗粒混凝土用于地下工程时，存在许多问题，比如其在水环境下的耐久性问题，主要包括干湿循环与冻融循环，传统方法制备的聚苯乙烯颗粒混凝土只注重轻质保温和隔音性能，而不考虑其水环境下的工作性能，这导致聚苯乙烯颗粒混凝土的使用方法大大受到限制，针对这一问题，本发明给出了一种水环境下具有耐久性高的高密实性轻质聚苯乙烯颗粒混凝土，解决了在地下水位以下或者潮湿环境下聚苯乙烯颗粒混凝土耐久性差的问题，扩大了聚苯乙烯颗粒混凝土的使用范围。

进一步，为了增强该轻质自闭型混凝土的密实性，在水泥悬浮液的酸碱性的中和步骤之后加入复合增密剂，以增加混凝土的密实度，所述复合增密剂包括三乙醇胺、氯化钠、亚硝酸钠，加入时分别按照占水泥质量百分比为0.05%、0.5%、1%的比例加入。

当三乙醇胺和氯化钠、亚硝酸钠复合掺加时，在水泥浆体中，三乙醇胺不但能促进水泥本身的水化，而且还能促进无机盐与水泥成分的反应，促使低硫型硫铝酸钙和六方板状固溶体提前生成，并能增加生产量，由于氯化钠和亚硝酸钠等无机盐在水泥水化过程中能分别生成氯铝酸盐和亚硝酸铝酸盐等络合物，生成过程中发生体积膨胀，填充了混凝土内部孔隙和堵塞了毛细管通道，因而增加了混凝土的密实型，提高了强度和抗渗性，早强效果也非常明显。

进一步，该复合增密剂还可以为氯化铁类增密剂，所述氯化铁类增密剂包括氯化铁、氯化亚铁，加入时分别按照占水泥质量百分比为1%、2%。

其综合防渗机理为：

氯化铁、氯化亚铁能够与水泥石中的成份C₃S和C₂S水化释放出的C_a（OH）₂发生反应，生成氢氧化铁、氢氧化亚铁等不溶于水的胶体，反应式如下：

进一步，所述复合增密剂还可以为硫酸盐类增密剂，所述硫酸盐类增密剂包括硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸镁，加入时分别按照占水泥质量百分比为5%、2%、2%、3%的比例加入。

采用增密剂后的效果描述：

（a）这些胶体填充了混凝土内的孔隙，堵塞微空隙，堵塞毛细管渗水通道，增加了混凝土的密实性。

（b）降低了泌水率。混凝土中掺加氯化铁类防渗剂后，由于浆体中生成了氢氧化铁、氢氧化亚铁和氢氧化铝等胶状物，混凝土的泌水率降低了，减少了因此而引起的缺陷。

（c）氯化铁类防渗剂与Ca(OH)₂作用生成氯化钙，不但能起填充作用，而且这种新生态的氯化钙能激发水泥熟料矿物，加水其水化速度，并与硅酸二钙、铝酸三钙和水反应生成氯硅酸钙和氯铝酸钙晶体，提高了混凝土的密实性，因而抗渗性提高。

进一步，上述的借助于搅拌机械力的反复搅拌过程中，采用螺带式搅拌器或螺杆式搅拌器。如果搅拌器是卧式，则搅拌时采用螺旋式搅拌器，例如螺带式搅拌器或螺杆式搅拌器，这种搅拌器能产生有效的水平剪切力，混合效果好，如果是立式搅拌器，能产生有效的上下剪切循环。本发明中制备的聚苯颗粒混凝土在形态上呈非牛顿型流体，搅拌器除有较大的循环能力外，还要有较高的剪切能力。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本发明中的各组分的含量按照实施例的比例添加。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

轻质骨料的加入的制备：量取16L～42L粒径为1mm～4mm、自然堆积密度约为14kg/m³的聚苯颗粒，加入到上述改性中和后的水泥悬浮液中，借助于搅拌机械力反复搅拌，搅拌时间不少于3分钟，直至聚苯颗粒和水泥悬浮液混合均匀，得到干体积密度约为250～600 kg/m³的聚苯颗粒混凝土，该混凝土软化系数不小于0.8，体积吸水率不大于10%，是一种轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土。

2.如权利要求1所述的轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法，其特征在于：在水泥悬浮液的酸碱性的中和步骤之后加入复合增密剂，以增加混凝土的密实度，所述复合增密剂包括三乙醇胺、氯化钠、亚硝酸钠，加入时分别按照占水泥质量百分比为0.05%、0.5%、1%的比例加入。

3.如权利要求2所述的轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法，其特征在于：所述复合增密剂还可以为氯化铁类增密剂，所述氯化铁类增密剂包括氯化铁、氯化亚铁，加入时分别按照占水泥质量百分比为1%、2%的比例加入。

4.如权利要求3所述的轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法，其特征在于：所述复合增密剂还可以为硫酸盐类增密剂，所述硫酸盐类增密剂包括硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸镁，加入时分别按照占水泥质量百分比为5%、2%、2%、3%的比例加入。

5.如权利要求1至4中之一所述的轻质自闭型防渗耐冻聚苯乙烯颗粒混凝土的制备方法，其特征在于：上述的借助于搅拌机械力的反复搅拌过程中，采用螺带式搅拌器或螺杆式搅拌器。