CN106007599B - 一种超轻质混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种超轻质混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超轻质混凝土及其制备方法，该混凝土包括以下组分及重量份含量：胶凝材料100份、水40‑45份、减水剂0.45‑0.55份、胶乳10‑15份、聚乙烯醇纤维0.35‑0.45份以及空心玻璃微珠68‑88份；制备时，先进行备料，然后加入胶凝材料、水、减水剂及胶乳并搅拌，再依次加入聚乙烯醇纤维及空心玻璃微珠，经注模及脱模后放入养护室中进行标准养护，即制得所述的超轻质混凝土。与现有技术相比，本发明充分利用工业废渣作为原材料，制得的超轻质混凝土干密度低，抗压强度高，保温、绝热效果较好，节能环保，应用范围广。

Description

一种超轻质混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，涉及一种超轻质混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土已经成为当今世界用量最大的材料，而轻骨料混凝土又名轻集料混凝土，是用轻粗骨料、轻细骨料、水泥和水，必要时加入化学外加剂的矿物掺合料配制而成，并在标准养护条件下养护28天龄期的干表观密度小于1950kg/m3的混凝土。轻质混凝土的干容重不大于1950kg/m3，而超轻质混凝土的干容重不大于1200kg/m3。超轻质水泥混凝土是轻质多孔性集料、发泡剂和水泥胶结而成的堆聚结构，它与普通混凝土不同，在超轻水泥混凝土中存在着两种微孔、微管系统——即水泥石中的微孔和多孔集料中的微孔系统。这种结构使超轻水泥混凝土具有许多优越的性能，如多孔集料的微孔、微管在轻集料混合料中具有吸水作用，水泥凝结初期可造成集料颗料表面局部低水灰比，使集料表面附近水泥石更加密实，提高界面粘结力；而在水泥硬化过程中，又能排出一部分水，供未水化水泥继续水化。其次轻集料表面粗糙并有微孔，可增加与水泥石结合的有效面积，对提高超轻水泥混凝土强度有利。此外，当某些轻集料的强度较低而不能被采用时，则可通过水泥外发泡的方法来降低轻质混凝土的容重并相应提高混凝土表面强度及抗压强度，制成超轻混凝土。除世界上极少数国家如冰岛等拥有较为丰富的可供制备高强轻质混凝土的天然轻骨料外，大多数国家用于制备高强轻质混凝土所用的轻骨料均为人造轻骨料，即通常所说的陶粒。
然而，目前市场上的混凝土大都存在着自重大、养护周期长、导热系数较大、不耐高温、拆除废弃物再生利用性较差等缺点，使其应用受到了很大限制。现在世界各国纷纷制定了绿色建材的性能指标，绿色高性能混凝土这一全新概念被提了出来。所谓“绿色”就是在混凝土材料中尽可能地使用环保原材料或对工业废渣进行回收利用，生产出性能更好、能耗更低、环境污染更小的新型混凝土。绿色高性能混凝土是今后世界混凝土发展的方向。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种充分利用工业废渣作为原材料、能耗低且性能优异的超轻质混凝土及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种超轻质混凝土，该混凝土包括以下组分及重量份含量：胶凝材料100份、水40-45份、减水剂0.45-0.55份、胶乳10-15份、聚乙烯醇纤维0.35-0.45份以及空心玻璃微珠68-88份。
所述的胶凝材料包括以下组分及重量份含量：硅酸盐水泥100份、粒化高炉矿渣35-40份以及硅灰7-10份。
所述的硅酸盐水泥的强度等级为52.5。
所述的硅灰中SiO2的质量百分含量为90-98％，并且所述的硅灰的平均粒径为0.1-0.3pm。
所述的减水剂为聚羧酸减水剂，该聚羧酸减水剂的固含量为39-41％。
所述的胶乳为丁苯胶乳，该丁苯胶乳的固含量为50-52％。
所述的聚乙烯醇纤维的长度为6-8mm。
所述的空心玻璃微珠包括以下组分及重量份含量：粒径0.1-0.3mm空心玻璃微珠20-25份、粒径0.25-0.5mm空心玻璃微珠10-15份、粒径0.5-1mm空心玻璃微珠20-25份以及粒径1-2mm空心玻璃微珠18-23份。
一种超轻质混凝土的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)按照以下组分及重量份含量进行备料：
胶凝材料100份、水40-45份、减水剂0.45-0.55份、胶乳10-15份、聚乙烯醇纤维0.35-0.45份以及空心玻璃微珠68-88份；
(2)将胶凝材料、水、减水剂及胶乳加入搅拌机中搅拌1-3min；
(3)在搅拌状态下加入聚乙烯醇纤维，之后继续搅拌0.5-2min；
(4)加入预先混合均匀的空心玻璃微珠，并搅拌1-3min，制得浆体；
(5)将浆体注入模具中，脱模后放入养护室中进行标准养护，养护28天后，即制得所述的超轻质混凝土。
步骤(3)中，聚乙烯醇纤维的加入时间为15-25s。
所述的粒化高炉矿渣为符合国家标准GB/T203-2008的粒化高炉矿渣。
所述的硅灰的pH平均值为中性，比表面积为20-28m2/g，并且所述的硅灰中细度小于1pm的硅灰含量大于80％，Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO及NaO的质量百分含量之和为2-10％。
所述的水为符合行业标准JGJ63-2006《混凝土用水》规定的拌合水。
所述的固含量以质量百分数计。
本发明中各组分的作用为：胶凝材料由硅酸盐水泥、粒化高炉矿渣和硅灰按比例组成，与水反应后，生成C-S-H凝胶、AH3凝胶、钙矾石和Ca(OH)2等，提供超轻质混凝土的基础骨架。其中，粒化高炉矿渣能作为胶结材料存在于混凝土中，改善混凝土孔结构，使孔径细化和均化，进而提高混凝土的抗渗性、抗冻融性和耐久性；硅灰是大工业冶炼中的副产物，密度很小，具有极强的火山灰效应，能够改善浆体的微观结构，提高硬化体的力学性能和耐久性。丁苯胶乳作为添加剂加入超轻质混凝土中，形成空间网状结构的聚合物膜，吸附在空心玻璃微珠和水泥水化产物结构的界面上，提高了材料的抗弯强度，增强了流动性，并阻隔了混凝土内部孔隙通道，增强了致密性。聚羧酸型的高效减水剂，较低的掺量即可获得较高的减水率，降低了水灰比，且保持较好的流动性，坍落度损失低。聚乙烯醇纤维能够增强混凝土的抗弯性能和抗裂性能。空心玻璃微珠作为骨料加入，不仅能够提高混凝土的强度和隔热性能，同时还可降低其密度，使超轻质混凝土的优点更为突出。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)充分利用工业废渣作为原材料，降低了建筑材料和制品在生产过程中对天然资源的消耗量，节约了能源，绿色环保；
2)性能优异，混凝土的干密度低(600-700kg/m3)，抗压强度高(8Mpa以上)，应用范围广；
3)导热系数低(0.1-0.15W/(m·k))，保温、绝热效果较好，作为墙体和屋面保温材料，能够降低建筑物内部维护管理的能源消耗。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例超轻质混凝土包括以下组分及重量份含量：胶凝材料100份、水40份、减水剂0.45份、胶乳10份、聚乙烯醇纤维0.35份以及空心玻璃微珠68份；其中，胶凝材料包括以下组分及重量份含量：硅酸盐水泥100份、粒化高炉矿渣35份以及硅灰7份。
硅酸盐水泥的强度等级为52.5；硅灰中SiO2的质量百分含量为90％，并且硅灰的平均粒径为0.1pm；减水剂为聚羧酸减水剂，该聚羧酸减水剂的固含量为39％；胶乳为丁苯胶乳，该丁苯胶乳的固含量为50％；聚乙烯醇纤维的长度为6mm。
空心玻璃微珠包括以下组分及重量份含量：粒径0.1-0.3mm空心玻璃微珠20份、粒径0.25-0.5mm空心玻璃微珠10份、粒径0.5-1mm空心玻璃微珠20份以及粒径1-2mm空心玻璃微珠18份。
本实施例超轻质混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按照以下组分及重量份含量进行备料：
胶凝材料100份、水40份、减水剂0.45份、胶乳10份、聚乙烯醇纤维0.35份以及空心玻璃微珠68份；
(2)将胶凝材料、水、减水剂及胶乳加入搅拌机中搅拌1min；
(3)在搅拌状态下加入聚乙烯醇纤维，之后继续搅拌0.5min；
(4)加入预先混合均匀的空心玻璃微珠，并搅拌1min，制得浆体；
(5)将浆体注入模具中，脱模后放入养护室中进行标准养护，养护28天后，即制得超轻质混凝土。
步骤(3)中，聚乙烯醇纤维的加入时间为15s。
测定所得超轻质混凝土密度为687kg/m3，强度为8.3Mpa，导热系数为0.13W/(m·k)。
实施例2：
本实施例超轻质混凝土包括以下组分及重量份含量：胶凝材料100份、水40份、减水剂0.55份、胶乳15份、聚乙烯醇纤维0.45份以及空心玻璃微珠88份；其中，胶凝材料包括以下组分及重量份含量：硅酸盐水泥100份、粒化高炉矿渣40份以及硅灰10份。
硅酸盐水泥的强度等级为52.5；硅灰中SiO2的质量百分含量为98％，并且硅灰的平均粒径为0.3pm；减水剂为聚羧酸减水剂，该聚羧酸减水剂的固含量为41％；胶乳为丁苯胶乳，该丁苯胶乳的固含量为52％；聚乙烯醇纤维的长度为8mm。
空心玻璃微珠包括以下组分及重量份含量：粒径0.1-0.3mm空心玻璃微珠25份、粒径0.25-0.5mm空心玻璃微珠15份、粒径0.5-1mm空心玻璃微珠25份以及粒径1-2mm空心玻璃微珠23份。
本实施例超轻质混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按照以下组分及重量份含量进行备料：
胶凝材料100份、水40份、减水剂0.55份、胶乳15份、聚乙烯醇纤维0.45份以及空心玻璃微珠88份；
(2)将胶凝材料、水、减水剂及胶乳加入搅拌机中搅拌3min；
(3)在搅拌状态下加入聚乙烯醇纤维，之后继续搅拌2min；
(4)加入预先混合均匀的空心玻璃微珠，并搅拌3min，制得浆体；
(5)将浆体注入模具中，脱模后放入养护室中进行标准养护，养护28天后，即制得超轻质混凝土。
步骤(3)中，聚乙烯醇纤维的加入时间为25s。
测定所得超轻质混凝土密度为644kg/m3，强度为8.7Mpa，导热系数为0.12W/(m·k)。
实施例3：
本实施例超轻质混凝土包括以下组分及重量份含量：胶凝材料100份、水41份、减水剂0.5份、胶乳13份、聚乙烯醇纤维0.4份以及空心玻璃微珠81份；其中，胶凝材料包括以下组分及重量份含量：硅酸盐水泥100份、粒化高炉矿渣37份以及硅灰10份。
硅酸盐水泥的强度等级为52.5；硅灰中SiO2的质量百分含量为94％，并且硅灰的平均粒径为0.2pm；减水剂为聚羧酸减水剂，该聚羧酸减水剂的固含量为40％；胶乳为丁苯胶乳，该丁苯胶乳的固含量为51％；聚乙烯醇纤维的长度为7mm。
空心玻璃微珠包括以下组分及重量份含量：粒径0.1-0.3mm空心玻璃微珠22份、粒径0.25-0.5mm空心玻璃微珠13份、粒径0.5-1mm空心玻璃微珠23份以及粒径1-2mm空心玻璃微珠23份。
本实施例超轻质混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按照以下组分及重量份含量进行备料：
胶凝材料100份、水41份、减水剂0.5份、胶乳13份、聚乙烯醇纤维0.4份以及空心玻璃微珠81份；
(2)将胶凝材料、水、减水剂及胶乳加入搅拌机中搅拌2min；
(3)在搅拌状态下加入聚乙烯醇纤维，之后继续搅拌1min；
(4)加入预先混合均匀的空心玻璃微珠，并搅拌2min，制得浆体；
(5)将浆体注入模具中，脱模后放入养护室中进行标准养护，养护28天后，即制得超轻质混凝土。
步骤(3)中，聚乙烯醇纤维的加入时间为20s。
测定所得超轻质混凝土密度为635kg/m3，强度为8.4Mpa，导热系数为0.11W/(m·k)。
实施例4：
本实施例超轻质混凝土包括以下组分及重量份含量：胶凝材料100份、水45份、减水剂0.45份、胶乳15份、聚乙烯醇纤维0.45份以及空心玻璃微珠74份；其中，胶凝材料包括以下组分及重量份含量：硅酸盐水泥100份、粒化高炉矿渣36份以及硅灰8份。
硅酸盐水泥的强度等级为52.5；硅灰中SiO2的质量百分含量为92％，并且硅灰的平均粒径为0.2pm；减水剂为聚羧酸减水剂，该聚羧酸减水剂的固含量为40％；胶乳为丁苯胶乳，该丁苯胶乳的固含量为51％；聚乙烯醇纤维的长度为8mm。
空心玻璃微珠包括以下组分及重量份含量：粒径0.1-0.3mm空心玻璃微珠20份、粒径0.25-0.5mm空心玻璃微珠12份、粒径0.5-1mm空心玻璃微珠22份以及粒径1-2mm空心玻璃微珠20份。
本实施例超轻质混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按照以下组分及重量份含量进行备料：
胶凝材料100份、水45份、减水剂0.45份、胶乳15份、聚乙烯醇纤维0.45份以及空心玻璃微珠74份；
(2)将胶凝材料、水、减水剂及胶乳加入搅拌机中搅拌2min；
(3)在搅拌状态下加入聚乙烯醇纤维，之后继续搅拌1min；
(4)加入预先混合均匀的空心玻璃微珠，并搅拌2min，制得浆体；
(5)将浆体注入模具中，脱模后放入养护室中进行标准养护，养护28天后，即制得超轻质混凝土。
步骤(3)中，聚乙烯醇纤维的加入时间为22s。
测定所得超轻质混凝土密度为656kg/m3，强度为8.1Mpa，导热系数为0.14W/(m·k)。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超轻质混凝土，其特征在于，该混凝土包括以下组分及重量份含量：胶凝材料100份、水40-45份、减水剂0.45-0.55份、胶乳10-15份、聚乙烯醇纤维0.35-0.45份以及空心玻璃微珠68-88份；
所述的胶凝材料包括以下组分及重量份含量：硅酸盐水泥100份、粒化高炉矿渣35-40份以及硅灰7-10份；
所述的空心玻璃微珠包括以下组分及重量份含量：粒径0.1-0.3mm空心玻璃微珠20-25份、粒径0.25-0.5mm空心玻璃微珠10-15份、粒径0.5-1mm空心玻璃微珠20-25份以及粒径1-2mm空心玻璃微珠18-23份；
所述的混凝土的干密度为600-700kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种超轻质混凝土，其特征在于，所述的硅酸盐水泥的强度等级为52.5。
3.根据权利要求1所述的一种超轻质混凝土，其特征在于，所述的硅灰中SiO2的质量百分含量为90-98％。
4.根据权利要求1所述的一种超轻质混凝土，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸减水剂，该聚羧酸减水剂的固含量为39-41％。
5.根据权利要求1所述的一种超轻质混凝土，其特征在于，所述的胶乳为丁苯胶乳，该丁苯胶乳的固含量为50-52％。
6.根据权利要求1所述的一种超轻质混凝土，其特征在于，所述的聚乙烯醇纤维的长度为6-8mm。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的超轻质混凝土的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)按照以下组分及重量份含量进行备料：
胶凝材料100份、水40-45份、减水剂0.45-0.55份、胶乳10-15份、聚乙烯醇纤维0.35-0.45份以及空心玻璃微珠68-88份；
(2)将胶凝材料、水、减水剂及胶乳加入搅拌机中搅拌1-3min；
(3)在搅拌状态下加入聚乙烯醇纤维，之后继续搅拌0.5-2min；
(4)加入预先混合均匀的空心玻璃微珠，并搅拌1-3min，制得浆体；
(5)将浆体注入模具中，脱模后放入养护室中进行标准养护，养护28天后，即制得所述的超轻质混凝土。
8.根据权利要求7所述的一种超轻质混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，聚乙烯醇纤维的加入时间为15-25s。
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