CN107216093B - 一种界面增强轻质混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种界面增强轻质混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轻质混凝土材料领域，特别涉及一种界面增强轻质混凝土，由以下配比的原料组成：按重量份数计，147～150份的水泥，25～50份的水，0.2～0.7份的减水剂，0.1～0.7份的纤维素醚，6～12份的有机硅乳液偶联改性可发性聚苯乙烯(改性EPS)。本发明提供的界面增强轻质混凝土，加入颗粒级配后的改性EPS，可提高改性EPS的填充率和改性EPS颗粒在水泥基体的比表面积，偶联处理后的EPS与水泥浆体粘接强度提高，使混凝土的重量大大减轻并紧密结合；加入的纤维素醚使浆体粘度增加，EPS颗粒不易上浮，并更均匀分布。

Description

一种界面增强轻质混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种界面增强轻质混凝土及其制备方法。
背景技术
可发性聚苯乙烯泡沫(Expandable PolyStyrene，EPS)是一种轻质内部含有闭孔结构的泡沫，将EPS泡沫颗粒料掺入砂浆或混凝土中能制备不同表观密度的轻质混凝土。近年来，随着高层建筑的不断涌现，对轻质高强混凝土需求量越来越大。EPS轻质混凝土具有密度大，质量轻等特点，因而在建筑施工上有了越来越普遍的应用。然而，EPS颗粒具有两大弱点，一是特别轻，在混凝土搅拌过程中易产生离析，其二是憎水，与水泥浆体界面粘结力弱，这两大缺陷严重制约了EPS混凝土技术的应用和推广。
在已有的研究报道中，大多采用一些高成本的界面添加剂，如环氧树脂或水溶性乙烯丙酸脂，这大大提高了EPS混凝土的价格；同时，目前报道的EPS混凝土主要集中在强度较低的范围内，这大大限制了其应用。
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界面增强轻质混凝土及其制备方法，密度低、隔音性能好、强度高，混凝土不易沿EPS-水泥界面开裂。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种界面增强轻质混凝土，其原料按重量份数计包括：水泥147～150份，水25～50份，减水剂0.2～0.7份，纤维素醚0.1～0.7份，有机硅乳液偶联改性发泡聚苯乙烯(简称为：改性EPS，下同)颗粒6～12份。
按上述方案，所述有机硅乳液偶联改性发泡聚苯乙烯颗粒的制备方法为：按照有机硅乳液与发泡聚苯乙烯颗粒质量比1:5-12，将有机硅乳液喷涂于发泡聚苯乙烯(EPS)颗粒表面，搅拌分散并在50～70℃烘干30～180分钟，即可完成改性。
按上述方案，所述有机硅乳液为中性硅溶胶水溶液与烯丙基聚醚、烯丙基硅氧烷、甲基丙烯酸丁酯混合共聚合得到的乳液。
上述有机硅乳液的具体制备过程如下：中性硅溶胶水溶液与烯丙基聚醚水溶液、烯丙基硅氧烷水溶液、纯甲基丙烯酸丁酯按体积比1：(0.01-0.1)：(0.01-0.1)：(1-2)混合，超声分散后得到共混物；然后，往共混物中添加0.1-0.2g/L双氧水与质量分数为5-10％聚乙烯醇1788水溶液，添加的双氧水与聚乙烯醇水溶液的体积分别为共混物总体积的0.1-1％与0.5-2％，并在100-3000rpm转速条件下搅拌升温至70-85℃，反应3-3.5小时，制得有机硅乳液。其中，中性硅溶胶的质量浓度为30-40％；烯丙基聚醚摩尔质量为1500-3000g/mol，水溶液浓度为0.1-0.5mol/L；烯丙基硅烷为KH570，水溶液浓度为0.01-0.05mol/L。
按上述方案，所述发泡聚苯乙烯为粒径0.2～0.3mm、0.4～0.5mm两种级配按体积比为1：(10～20)混合而成，密度为15-30kg/m3，以一种面心立方紧密堆积的方式紧密结合，结合时四面体空隙半径比为0.225～0.200:1，八面体空隙半径比为0.414～0.400:1。
按上述方案，所述原料中纤维素醚的重量份数优选0.1份。
按上述方案，所述原料中水泥与水的重量比优选0.29。
按上述方案，所述纤维素醚选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素醚等中的一种或两种以上按任意比例混合。
本发明所述界面增强轻质混凝土的制备方法，按配比准备上述原料，经分散，搅拌混合，成型，即可得到界面增强轻质混凝土。其中，分散常用设备为塑料常用高速混料分散机，搅拌混合常用设备为混凝土常用搅拌机，搅拌时间为5～10分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的界面增强轻质混凝土，加入颗粒级配后的改性EPS，可提高改性EPS的填充率和改性EPS颗粒在水泥基体的比表面积；同时，偶联改性处理后的EPS与水泥浆体粘接强度提高，使混凝土的重量大大减轻并紧密结合；而加入的纤维素醚使浆体粘度增加，EPS颗粒不易上浮，并更均匀分布；
2、本发明中EPS颗粒界面采用有机硅乳液作为界面剂进行偶联改性，界面剂附着EPS颗粒表面，粘结性能好，体系界面粘结强度大大提高，体系结合得更加紧密，混凝土不易沿EPS-水泥界面开裂，从而提高轻质混凝土强度，满足施工质量要求；
3、本发明具有制备方法简单、制品密度低、强度高等特点。因其内部含有EPS，而EPS内含多处气孔，还具有隔音性能好的特点。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
下述实施例中，所述水泥为P.O 42.5水泥，由华新水泥厂生产；所述减水剂为CG-D3聚羧酸减水剂，减水率25％～35％；发泡聚苯乙烯颗粒为龙王牌发泡颗粒；纤维素醚是采用赫克力士(中国)有限公司生产的羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)，粘度值为100000Pa·S。
实施例1
一种界面增强轻质混凝土，按照重量份计由以下组分组成：水泥150份，水43份，减水剂0.4份，纤维素醚0.1份，有机硅乳液偶联改性发泡聚苯乙烯(改性EPS)12份。
上述界面增强轻质混凝土的制备方法，具体步骤如下：
一、有机硅乳液制备：有机硅乳液为中性硅溶胶水溶液与烯丙基聚醚、烯丙基硅氧烷、甲基丙烯酸丁酯混合共聚合得到的乳液，具体制备过程如下：中性硅溶胶水溶液与烯丙基聚醚水溶液、烯丙基硅氧烷水溶液、纯甲基丙烯酸丁酯按体积比1：0.05：0.05：1混合，超声分散后得到共混物；然后，往共混物中添加0.1g/L双氧水与质量分数10％的聚乙烯醇1788水溶液，添加的双氧水与饱和聚乙烯醇水溶液的体积分别为共混物体积的0.5％与1％，并在800rpm转速条件下搅拌升温至85℃，反应3小时，制得有机硅乳液。其中，中性硅溶胶的质量浓度为30％；烯丙基聚醚摩尔质量为1500g/mol，水溶液浓度为0.334mol/L；烯丙基硅烷为KH570，水溶液浓度为0.026mol/L。
二、有机硅乳液偶联改性发泡聚苯乙烯颗粒(改性EPS颗粒)的制备：取粒径为0.4～0.5mm、0.2～0.3mm两种粒径发泡聚苯乙烯颗粒(EPS颗粒)，因密度一致，称重量份数分别为11份、1份，以一种面心立方紧密堆积的方式紧密结合，结合时四面体空隙半径比为0.225～0.200:1，八面体空隙半径比为0.414～0.400:1；将步骤一所得有机硅乳液1份喷涂于12份EPS颗粒表面，搅拌分散并在70℃烘干60分钟，即可得到EPS颗粒；
三、将各原料按照重量份数称取：水泥150份，水43份，减水剂0.4份，纤维素醚0.1份，步骤二所得改性EPS颗粒；将水、减水剂与纤维素醚放入高速混料分散机内充分混合分散，得到共混物；将得到的共混物与水泥、改性EPS颗粒放入搅拌机内搅拌混合，经成型得到界面增强轻质混凝土。
所制备界面增强轻质混凝土容重为1015.625kg/m3，7d强度可达16.63MPa。
该界面增强轻质混凝土其内部含有EPS，而EPS内含多处气孔，具有隔音性能好的特点，并添加了增稠剂纤维素醚，使体系粘度增加，以有机硅乳液作为界面剂进行偶联改性，界面剂附着EPS颗粒表面，粘结性能好，体系界面粘结强度大大提高，体系结合得更加紧密，混凝土不易沿EPS-水泥界面开裂，从而提高轻质混凝土强度，满足施工质量要求。
实施例2-10
实施例2-10中各组分按照重量份计如表1所示，具体原料以及制备方法均与实施例1相同。
表1
实施例2-10所制备界面增强轻质混凝土容重为800-1200kg/m3，7d强度可达10-20MPa。其中，掺入的水含量不宜太少，适量的水有利于混凝土成型，并对混凝土强度有一定影响，水掺入量越多，混凝土强度越低，优选35-45份。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种界面增强轻质混凝土，其特征在于它的原料按重量份数计包括：水泥147~150份，水25~50份，减水剂0.2~0.7份，纤维素醚0.1~0.7份，有机硅乳液偶联改性发泡聚苯乙烯颗粒6~12份；所述有机硅乳液偶联改性发泡聚苯乙烯颗粒的制备方法为：按照有机硅乳液与发泡聚苯乙烯颗粒质量比1:5-12，将有机硅乳液喷涂于发泡聚苯乙烯颗粒表面，搅拌分散并在50~70℃烘干30~180分钟，即完成改性，得到有机硅乳液偶联改性发泡聚苯乙烯颗粒；
所述有机硅乳液为中性硅溶胶水溶液与烯丙基聚醚、烯丙基硅氧烷、甲基丙烯酸丁酯混合共聚合得到的乳液。
2.根据权利要求1所述的一种界面增强轻质混凝土，其特征在于所述有机硅乳液的具体制备过程如下：中性硅溶胶水溶液与烯丙基聚醚水溶液、烯丙基硅氧烷水溶液、纯甲基丙烯酸丁酯按体积比1：（0.01-0.1）：（0.01-0.1）：（1-2）混合，超声分散后得到共混物；然后，往共混物中添加0.1-0.2g/L双氧水与质量分数为5-10%聚乙烯醇1788水溶液，添加的双氧水与聚乙烯醇水溶液的体积分别为共混物总体积的0.1-1%与0.5-2%，并在100-3000rpm转速条件下搅拌升温至70-85℃，反应3-3.5小时，制得有机硅乳液。
3.根据权利要求2所述的一种界面增强轻质混凝土，其特征在于中性硅溶胶的质量浓度为30-40%；烯丙基聚醚摩尔质量为1500-3000g/mol，水溶液浓度为0.1-0.5mol/L；烯丙基硅烷为KH570，水溶液浓度为0.01-0.05mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种界面增强轻质混凝土，其特征在于所述发泡聚苯乙烯为粒径0.2~0.3mm、0.4~0.5mm两种级配按体积比为1：（10~20）混合而成，密度为15-30kg/m3，以一种面心立方紧密堆积的方式紧密结合，结合时四面体空隙半径比为0.225~0.200:1，八面体空隙半径比为0.414~0.400:1。
5.根据权利要求1所述的一种界面增强轻质混凝土，其特征在于所述原料中纤维素醚的重量份数为0.1份。
6.根据权利要求1所述的一种界面增强轻质混凝土，其特征在于所述原料中水泥与水的重量比为0.29。
7.根据权利要求1所述的一种界面增强轻质混凝土，其特征在于所述纤维素醚选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素醚中的一种或两种以上按任意比例混合。
8.权利要求1所述的一种界面增强轻质混凝土，其特征在于按配比准备上述原料，经分散，搅拌混合，成型，即可得到界面增强轻质混凝土。
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