CN106365549A

CN106365549A - 一种纤维增强纳米多孔混凝土

Info

Publication number: CN106365549A
Application number: CN201610703787.7A
Authority: CN
Inventors: 王尧尧
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2017-02-01

Abstract

本发明涉及一种纤维增强纳米多孔混凝土，包括以下步骤：（1）制备预混料；（2）将预混料与水泥混合；（3）模压成型。本发明制备的纤维增强纳米多孔混凝土，具有三维网络微孔结构，强度可达0.2~50MPa，不开裂，不粉化，可仅作为墙体保温材料，也可作为承重保温一体化功能墙体。为纯无机材料，防火性能好，环保无污染，耐久性高，可以与建筑物同寿命。本发明制备的纤维增强纳米多孔混凝土，因内部具有纳米多孔结构，有较好的隔声和吸音性能，还可以作为隔声吸音材料；有较大的吸附能力，还可以作为水处理和空气净化材料。

Description

一种纤维增强纳米多孔混凝土

技术领域

本发明涉及一种多孔混凝土，特别涉及纤维增强纳米多孔混凝土，属于建筑材料领域。

背景技术

目前制备多孔混凝土主要有以下三种方式1）在混凝土制备过程中加入多孔材料。2）在混凝土制备过程中加引入发泡或加气工艺。3）在混凝土制备过程中同时加入多孔材料和引气或发泡工艺。以上的制备方法仍然存在一些问题。1）传统混凝土制备过程中加入多孔材料。理论上可以通过控制多孔材料的种类和比例来获得需要强度、密度和导热系数，实际操作中，多孔材料往往密度较小且容易破碎，与其他物料不宜形成均匀混合的整体，从而导致产品内部的密度、强度、导热系数可能出现分布不均，产品因内部应力集中出现开裂等质量问题。2）在混凝土制备过程中加引入发泡或加气工艺。该法的主要问题一般只能获得强度较低的混凝土产品，不能作为承重结构，虽然一些改进的做法一定程度上可以提升原有混凝土强度，但幅度有限，很难得到强度较大的产品，同时自身也很难达到节能的要求。3）在混凝土制备过程中同时加入多孔材料和引气或发泡工艺。该法理论上也能在一定程度上缓解强度和导热系数的矛盾，实际实践中，改进效果不是很明显。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种新的纤维增强纳米多孔混凝土，其包括以下步骤。

（1）制备预混料；

将触变性胶体、纤维、添加剂球磨混合，得到预混料；触变性胶体为无机触变性胶体中一种或几种；所述无机触变性胶体包括氧化铝胶体、氧化钛胶体、氧化锆胶体、氢氧化铁胶体、五氧化二钒胶体、氧化硅-氧化铝胶体、硅酸镁铝、硅酸镁锂、蒙脱石、钠基膨润土、有机膨润土、白土、凹凸棒石粉、气相二氧化硅、气凝胶、预剪切硅凝胶；所述氧化硅-氧化铝胶体，由硅溶胶与铝溶胶生产，将硅溶胶用水稀释，硅溶胶与水质量分数为1~50:100，得稀释硅溶胶；铝溶胶用水稀释，铝溶胶与水质量分数为1~50:100，得稀释铝溶胶。将硅溶胶与铝溶胶按1~100:1~100混合得粘稠状的氧化硅-氧化铝胶体。

所述预剪切硅凝胶，是在硅溶胶变稠即将转变为凝胶时，或在已经变成凝胶后，对硅凝胶进行搅拌等剪切处理制成硅凝胶浆料。

所述纤维包括玻璃纤维、、聚酯纤维、聚丙烯纤维、木纤维、纤维素纤维、碳纤维；

所述添加剂包括减水剂、减缩剂、防水剂、增稠剂、泵送剂、早强剂、缓凝剂中的一种或几种；

所述预混料，其物料质量分数比是触变性胶体：纤维：添加剂=10~1000:1~100:0.01~1。

（2）将预混料与水泥混合；

将预混料与水泥加入带有碾轮的混合机中，搅拌均匀后得到浆料；所述水泥包括硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥，及以上水泥掺合矿渣、粉煤灰、火山灰和石膏形成的复合水泥；其物料质量分数比是，预混料：水泥=1~100:1~100，优选1~10:1~10。

（3）模压成型；

将步骤（2）所述的浆料注入模具中，成型得到纤维增强纳米多孔混凝土。

所述注入模具成型，获得产品包括砖块、砌块、板材和装配式墙体部件，同时还可以在施工现场现浇成型。

首先介绍触变性胶体为模板剂制备纳米多孔混凝土的机理。

模板剂又叫结构导向剂，在微孔化合物生成过程中起着结构模板作用，诱导特殊结构的生成，在沸石分子筛的制备过程中广泛采用有机胺类和季铵离子作为模板剂。

触变性胶体，一类具有触变结构的胶体，其具有以下特点：(1)从有结构到无结构，或从结构的拆散作用到结构的恢复作用是一个等温可逆转换过程；(2)体系结构的这种反复转换与时间有关，即结构的破坏和结构的恢复过程是时间的函数。同时结构的机械强度变化也与时间有关。实际上，触变性是体系在恒温下“凝胶-溶胶”之间的相互转换过程的表现，对于触变性胶体，只用机械力(振摇等)，不需加热就可使凝胶变为溶胶；不需冷却，只需静置一定时间，又由溶胶变为凝胶。

实际上也可以理解为触变性胶体是介于溶胶和凝胶之间粘稠状胶体。胶体的基本粒子为1~100nm，基本粒子之间相互结合形成具有三维网络结构的纳米多孔骨架，故而，简单的来说，触变性胶体就是在剪切力下仍然具有纳米多孔结构的粘稠性物质。

当结合剂和其他物质与触变性胶体混合时，由于胶体粘稠性和可剪切性，结合剂和其他物质可以均匀地分散在胶体中，直到逐步硬化从而具备了触变性胶体原有的纳米多孔结构。这就是本发明中触变性胶体发挥的模板剂作用。

无机胶体触变剂一般具有棒状或片状的结构，比表面积较大、表面带有电荷，具较好的悬浮性，吸水后会膨胀胶化从而具有胶黏性和触变性。其中氧化铝胶体还具有易分散性、水溶可逆性、稳定性等特性。氧化硅-氧化铝胶体目前研究较少，这里稍作介绍。

氧化硅-氧化铝胶体，由硅溶胶与铝溶胶反应生成，其反应原理如下：

SiO₂·nH₂O+Al₂O₃·mH₂OAl₂O₃·SiO₂·(m+n)H₂O

在搅拌条件下，上述反应生成氧化硅-氧化铝胶体不能长大，成为微小颗粒物，由于水溶液中的氧化硅-氧化铝胶体具有众多水合羟基，从而使得生成的氧化硅-氧化铝胶体微小颗粒均匀悬浮于水相中而成为一种粘稠胶体物质。如果视氧化硅-氧化铝胶体为观察主体，则可以认为氧化硅-氧化铝胶体颗粒团聚堆积成松散的网络结构，结构内部填充着水分。试验表明，氧化硅-氧化铝胶体具有较好的稳定性，可以长达数月不沉积于底部，也不会发生重结晶或交联而成为凝胶，同时还有较好的触变性，静置的氧化硅-氧化铝胶体经搅拌后粘度会恢复到初始的水平。

硅凝胶是一种刚性凝胶，本来不具备触变性，即硅溶胶转化为硅凝胶后不能通过搅拌的方式再由硅凝胶转变成硅溶胶。不过硅凝胶性脆，在高剪切力下可以破碎成颗粒细小的硅凝胶，这些硅凝胶表面有高活性的羟基和并带有电荷，加上硅凝胶内部90%以上体积都是水，故而可以悬殊于水中，在与结合剂和其他物质混合时，也能起到增稠防沉降的作用，并起到了一定的纳米多孔模板剂的作用。

下面详述本发明技术方案实施的控制要点和方案的技术特点。

硅溶胶与铝溶胶反应生成氧化硅-氧化铝胶体时，硅溶胶溶液和铝溶胶水的浓度越低，搅拌速度越快，二者反应生成氧化硅-氧化铝胶体粒径也越小，但如果硅溶胶溶液和铝溶胶水的浓度过低，形成的氧化硅-氧化铝胶体颗粒虽然以胶体的形式存在，但由于氧化硅-氧化铝胶体颗粒太少，不能形成粘稠的胶体物，也就起不到均为分散水泥等结合剂，发挥模板剂的作用。从成本的角度考虑，氧化硅-氧化铝胶体作为模板剂也不希望用太多。故而优选方案中会限定一个较佳的硅溶胶和铝溶胶与水的比例。

步骤中触变性胶体在预混料中的物料比，直接影响了所得隔热材料的密度、强度和导热系数。总体上，触变性胶体比例越高，隔热材料密度越低、导热系数越低、强度也越低，反之亦然。外加剂和增强纤维的加入可以改善隔热材料施工和易性、和隔热材料的防水性、抗收缩性、抗裂性和耐久性等。

借助相应的设备和模具，通过本发明技术方案可以获得多孔混凝土砖、多孔混凝土板材、多孔混凝土构件和多孔混凝土砂浆。

有益效果

综上所述，相对于已有技术，本发明具有以下突出的优势。

1）本发明制备的纤维增强纳米多孔混凝土，具有三维网络微孔结构，强度可达0.2~50MPa，导热系数为0.04~0.4w/m·k，干密度〈2000kg/m3，不开裂，不粉化，可仅作为墙体保温材料，也可作为承重保温一体化功能墙体。

2）本发明制备的纤维增强纳米多孔混凝土，为纯无机材料，防火性能好，环保无污染，耐久性高，可以与建筑物同寿命。

3）本发明制备的纤维增强纳米多孔混凝土，原料低廉易得，工艺简单，物料相容性好，稳定性高，生产过程易于控制，有利于自动化大批量工业化生产。

4）本发明制备的纤维增强纳米多孔混凝土，因内部具有纳米多孔结构，有较好的隔声和吸音性能，还可以作为隔声吸音材料；有较大的吸附能力，还可以作为水处理和空气净化材料。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

取4.0kg浓度40%的铝溶胶溶于50.0kg水，配制稀释铝溶胶，静置2d，得到半透明触变性氧化铝胶体。预混料按如下配比球磨混合：氧化铝胶体54kg，聚酯纤维0.1kg，防水剂0.1kg。然后将预混料中加入硅酸盐水泥40.0kg在混合机中混合搅拌，所得粘稠膏体注入磨具，90℃蒸汽养护6h，得纳米多孔混凝土砌块，密度1360kg/m3，强度14MPa，导热系数0.17w/m·k。

实施例2

取5.0kg浓度30%硅溶胶溶于30.0kg水，配制稀释硅溶胶，取4.0kg浓度40%的铝溶胶溶于45.0kg水，配制稀释铝溶胶。将稀释铝溶胶置于容器内，在700r/min搅拌的情况下缓慢加入稀释硅溶胶，得到半透明触变性氧化硅-氧化铝胶体。预混料按如下配制并球磨混合：氧化硅-氧化铝胶体75.0kg，玻璃纤维1.0kg和减缩剂0.1kg。然后将预混料中加入铝酸盐水泥30.0kg混合搅拌，所得浆料倒入模具，自然养护28d后，得纳米多孔混凝土板材，密度1480kg/m3，强度15MPa，导热系数0.19w/m·k。

实施例3

取10.0kg预剪切硅凝胶和0.1kg聚乙烯醇加水40.0kg，浸泡24h，然后以2600r/mim的速度剪切分散3h，制得粘稠预剪切硅凝胶-聚乙烯醇触变性胶体。预混料按如下配比球磨混合：粘稠预剪切硅凝胶-聚乙烯醇触变性胶体50.0kg，碳纤维1.0kg，防水剂剂0.1kg。然后将预混料中加入硅酸盐水泥10.0kg，混合搅拌，所得浆料倒入模具，薄膜养护28d后，得纳米多孔混凝土砂浆，密度230kg/m3，导热系数0.054w/m·k。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制。凡是依据本发明的技术和方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术和方法方案的范围内。

Claims

1.一种纤维增强纳米多孔混凝土，其其特征在于，通过以下步骤制备得到：

（1）制备预混料；

将触变性胶体、纤维、添加剂球磨混合，得到预混料；触变性胶体为无机触变性胶体中一种或几种；所述无机触变性胶体包括氧化铝胶体、氧化钛胶体、氧化锆胶体、氢氧化铁胶体、五氧化二钒胶体、氧化硅-氧化铝胶体、硅酸镁铝、硅酸镁锂、蒙脱石、钠基膨润土、有机膨润土、白土、凹凸棒石粉、气相二氧化硅、气凝胶、预剪切硅凝胶；所述纤维包括玻璃纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、木纤维、纤维素纤维、碳纤维；

所述预混料，其物料质量分数比是触变性胶体：纤维：添加剂=10~1000:1~100:0.01~1；

（2）将预混料与水泥混合；

将预混料与水泥加入带有碾轮的混合机中，搅拌均匀后得到浆料；所述水泥包括硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥，及以上水泥掺合矿渣、粉煤灰、火山灰和石膏形成的复合水泥；其物料质量分数比是，预混料：水泥=1~100:1~100；

（3）模压成型；

2.根据权利要求1所述纤维增强纳米多孔混凝土，其特征是，步骤（1）所述无机触变性胶体优选氧化铝胶体、氧化硅-氧化铝胶体、硅酸镁铝、硅酸镁锂、白土、凹凸棒石粉和预剪切硅凝胶。

3.根据权利要求1所述纤维增强纳米多孔混凝土，其特征是，步骤（1）所述氧化硅-氧化铝胶体，由硅溶胶与铝溶胶生成，将硅溶胶用水稀释，硅溶胶与水质量分数为1~50:100，得稀释硅溶胶；铝溶胶用水稀释，铝溶胶与水质量分数为1~50:100，得稀释铝溶胶。

4.根据权利要求1所述纤维增强纳米多孔混凝土，其特征是，步骤（1）所述预剪切硅凝胶，是在硅溶胶变稠即将转变为凝胶时，或在已经变成凝胶后，对硅凝胶进行搅拌等剪切处理制成硅凝胶浆料。

5.根据权利要求1所述纤维增强纳米多孔混凝土，其特征是，步骤（1）所述预混料，其物料质量分数比是触变性胶体：纤维：外加剂=100~1000:10~100:0.01~1。

6.根据权利要求1所述纤维增强纳米多孔混凝土，其特征是，步骤（2）所述预混料和水泥混合，其物料质量分数比是预混料：水泥=1~50:1~50，优选1~10:1~10。