CN108117331A - 一种透光混凝土砌块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透光混凝土砌块的制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明将椰壳纤维烘干得干燥椰壳纤维；将干燥椰壳纤维与钛酸四丁酯搅拌混合，过滤，得预处理椰壳纤维；将预处理椰壳纤维保温炭化，降温，得预处理炭化椰壳纤维；将预处理炭化椰壳纤维与氢氧化钙饱和溶液搅拌混合，并通入二氧化碳，过滤，充氮保温反应，得改性炭化椰壳纤维；将水泥，河沙，硅灰，粉煤灰，矿渣，水，减水剂，硅烷偶联剂，改性炭化椰壳纤维，改性海泡石，搅拌混合，得混合浆料；将混合浆料注模，静置，脱模，得混凝土砌块；将混凝土砌块浸泡于树脂中，抽真空，加热固化，抛光打磨，即得透光混凝土砌块。本发明提供的透光混凝土砌块具有优异的透光性能和力学性能。

Description

一种透光混凝土砌块的制备方法
技术领域
本发明公开了一种透光混凝土砌块的制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
混凝土透光材料是一种全新透光材料，在材料组成、透光原理、材料性能等各个方面与传统的透光材料完全不同。其材料组成特征是：基本组成为一种水泥基，光纤复合材料，大量的光纤以一定空间排列组合方式埋入水泥基材料基体中，作为基体的水泥基材料应该为细集料、高流态混凝土。透光原理不同于有机复合材料的基体透光，而是依靠大量光纤在砌块的侧表面之间传输光线。当这些砌块置于光源之前时，砌块就能透光。亮侧的物体以鲜明的轮廓出现在暗侧上，甚至颜色保持不变。
混凝土透光材料的主要优点是：①良好的透光性能：通过调整光纤的掺量和空间排列方式，最大允许80%的光线通过，接近有机复合透光材料90%的透光率。②良好的结构特性：由于光纤占的体积很小，混凝土的力学性能基本不受影响，完全可以用作结构材料和承重结构。③良好的轻质和热学特性：和普通混凝土相比，水泥基透光材料的密度要小30%左右，同时具有良好的绝热作用。④多变的装饰效果：通过调整纤维掺量和空间排列方式、以及水泥基体的材料组成，能做成不同的纹理和色彩，在灯光下达到奇特艺术效果。
目前关于该类材料的组成、制备技术与性能研究报道不多。主要报道来自Litracon公司，该公司介绍了其所生产的透光混凝土产品的物理力学性能、价格及外观特性等。Andreas Roye等也对透光混凝土进行了研究，认为透光混凝土的基本特征是透明、隔热、轻质、具有显著的建筑设计美学特征，研究采用了玻璃质光纤和聚合物光纤两种，光纤按矩阵形式进行排列，透光效果取决于纤维的类型和空间分布。目前传统的透光混凝土还存在透光性能和力学性能不佳的问题，因此还需对其进行研究。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统透光混凝土透光性能和力学性能不佳的问题，提供了一种透光混凝土砌块的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，将30～40份水泥，60～80份河沙，10～20份硅灰，10～20份粉煤灰，10～20份矿渣，20～30份水，40～50份减水剂，20～30份硅烷偶联剂，30～40份改性炭化椰壳纤维，10～20份改性海泡石，搅拌混合，得混合浆料；
（2）将混合浆料注模，静置，脱模，得混凝土砌块；
（3）将混凝土砌块浸泡于树脂中，抽真空，静置，加热固化，抛光打磨，即得透光混凝土砌块。
步骤（1）所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。
步骤（1）所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。
步骤（1）所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂或脂肪族高效减水剂中的任意一种。
步骤（1）所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
步骤（2）所述改性炭化椰壳纤维的制备过程为：将椰壳纤维烘干至含水率为8～10%，得干燥椰壳纤维；将干燥椰壳纤维与钛酸四丁酯按质量比1：30～1：50搅拌混合，过滤，得预处理椰壳纤维；将预处理椰壳纤维保温炭化，降温，得预处理炭化椰壳纤维；将预处理炭化椰壳纤维与氢氧化钙饱和溶液按质量比1：30～1：50搅拌混合，并通入二氧化碳，过滤，充氮保温反应，即得改性炭化椰壳纤维；所述氢氧化钙饱和溶液为温度为20～22℃的氢氧化钙饱和溶液。
步骤（2）所述改性海泡石的制备过程为：将海泡石与有机硅烷按质量比1：30～1：50加热搅拌混合，过滤，即得改性海泡石；所述有机硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷，氨丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，巯基丙基三乙氧基硅烷或巯基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。
步骤（3）所述树脂为环氧树脂E-51或环氧树脂E-44中的任意一种。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过添加改性炭化椰壳纤维，首先，椰壳纤维经干燥至一定含水率，再经正硅酸乙酯浸泡，椰壳纤维内部的水分与正硅酸乙酯反应，生成二氧化硅，生成的二氧化硅可促进水泥水化，从而增强体系的力学性能，其次，经充氮保温炭化，增强纤维的吸附性能，经氢氧化钙饱和溶液浸泡，使得纤维内部吸收更多的氢氧化钙，并通入二氧化碳，氢氧化钙与二氧化碳反应，生成碳酸钙沉积在炭化椰壳纤维中，在高温条件下，碳酸钙反应生成氧化钙，生成的氧化钙在体系中起发泡作用，提升体系的孔隙率，在抽真空过程中，由于体系中压力小，树脂通过孔隙进入并填充在体系中的，形成致密均匀地填充，从而提升体系中透光性能，可满足采光要求，可起到透光显影、采光节能的作用；
（2）本发明通过添加改性海泡石，在混料过程中，海泡石遇水迅速溶胀并解散，在体系中以单体纤维或较小纤维束无规则地分散穿插在树脂内部会树脂表面成互相制约的网络，有机硅烷水解后产生的硅醇可与海泡石表面的硅羟基发生醚化反应，从而使得有机硅烷接枝到海泡石表面，增强海泡石纤维束与树脂穿插结合强度，从而提升体系的力学性能。
具体实施方式
将椰壳纤维置于烘箱中，烘干至含水率为8～10%，得干燥椰壳纤维；将干燥椰壳纤维与钛酸四丁酯按质量比1：30～1：50置于1号烧杯中，于转速为200～300r/min条件下，搅拌混合20～30min，得1号混合液，再将1号混合液过滤，得预处理椰壳纤维；将预处理椰壳纤维置于炭化炉中，并以60～90mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为450～550℃条件下，保温炭化1～2h，随炉降至室温，得预处理炭化椰壳纤维；将预处理炭化椰壳纤维与氢氧化钙饱和溶液按质量比1：30～1：50置于2号烧杯中，于转速为300～500min条件下，搅拌混合30～50min，并以50～60mL/min速率持续通入二氧化碳，得2号混合液，随后将2号混合液过滤，得滤渣，再将滤渣置于管式炉中，并以60～90mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为800～900℃条件下，保温反应1～2h，即得改性炭化椰壳纤维；将海泡石与有机硅烷按质量比1：30～1：50置于3号烧杯中，并将3号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为80～100℃，转速为200～300r/min条件下，加热搅拌混合30～50min，得3号混合液，再将3号混合液过滤，即得改性海泡石；按重量份数计，将30～40份水泥，60～80份河沙，10～20份硅灰，10～20份粉煤灰，10～20份矿渣，20～30份水，40～50份减水剂，20～30份硅烷偶联剂，30～40份改性炭化椰壳纤维，10～20份改性海泡石置于混料机中，于转速为100～200r/min条件下，搅拌混合30～40min，得混合浆料；向模具中喷洒脱模剂后，将混合浆料注入模具中，静置18～24h，脱模，得混凝土砌块，将混凝土砌块浸泡于盛有树脂的容器中，于真空度为50～80Pa条件下，保压静置30～50min，得预处理混凝土砌块，将预处理混凝土砌块置于烘箱中，于温度为120～130℃条件下，加热固化，抛光打磨，即得透光混凝土砌块。所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂或脂肪族高效减水剂中的任意一种。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。所述氢氧化钙饱和溶液为温度为20～22℃的氢氧化钙饱和溶液。所述有机硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷，氨丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，巯基丙基三乙氧基硅烷或巯基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。所述树脂为环氧树脂E-51或环氧树脂E-44中的任意一种。所述脱模剂为水性甲基硅油与水按质量比1：10～1：20混合配制而成。
实例1
将椰壳纤维置于烘箱中，烘干至含水率为10%，得干燥椰壳纤维；将干燥椰壳纤维与钛酸四丁酯按质量比1：50置于1号烧杯中，于转速为300r/min条件下，搅拌混合30min，得1号混合液，再将1号混合液过滤，得预处理椰壳纤维；将预处理椰壳纤维置于炭化炉中，并以90mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为550℃条件下，保温炭化2h，随炉降至室温，得预处理炭化椰壳纤维；将预处理炭化椰壳纤维与氢氧化钙饱和溶液按质量比1：50置于2号烧杯中，于转速为500min条件下，搅拌混合50min，并以60mL/min速率持续通入二氧化碳，得2号混合液，随后将2号混合液过滤，得滤渣，再将滤渣置于管式炉中，并以90mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为900℃条件下，保温反应2h，即得改性炭化椰壳纤维；将海泡石与有机硅烷按质量比1：50置于3号烧杯中，并将3号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为100℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌混合50min，得3号混合液，再将3号混合液过滤，即得改性海泡石；按重量份数计，将40份水泥，80份河沙，20份硅灰，20份粉煤灰，20份矿渣，30份水，50份减水剂，30份硅烷偶联剂，40份改性炭化椰壳纤维，20份改性海泡石置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合40min，得混合浆料；向模具中喷洒脱模剂后，将混合浆料注入模具中，静置24h，脱模，得混凝土砌块，将混凝土砌块浸泡于盛有树脂的容器中，于真空度为80Pa条件下，保压静置50min，得预处理混凝土砌块，将预处理混凝土砌块置于烘箱中，于温度为130℃条件下，加热固化，抛光打磨，即得透光混凝土砌块。所述水泥为硅酸盐水泥。所述矿渣为高炉矿渣。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。所述氢氧化钙饱和溶液为温度为22℃的氢氧化钙饱和溶液。所述有机硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷。所述树脂为环氧树脂E-51。所述脱模剂为水性甲基硅油与水按质量比1：20混合配制而成。
实例2
将海泡石与有机硅烷按质量比1：50置于3号烧杯中，并将3号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为100℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌混合50min，得3号混合液，再将3号混合液过滤，即得改性海泡石；按重量份数计，将40份水泥，80份河沙，20份硅灰，20份粉煤灰，20份矿渣，30份水，50份减水剂，30份硅烷偶联剂，20份改性海泡石置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合40min，得混合浆料；向模具中喷洒脱模剂后，将混合浆料注入模具中，静置24h，脱模，得混凝土砌块，将混凝土砌块浸泡于盛有树脂的容器中，于真空度为80Pa条件下，保压静置50min，得预处理混凝土砌块，将预处理混凝土砌块置于烘箱中，于温度为130℃条件下，加热固化，抛光打磨，即得透光混凝土砌块。所述水泥为硅酸盐水泥。所述矿渣为高炉矿渣。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。所述氢氧化钙饱和溶液为温度为22℃的氢氧化钙饱和溶液。所述有机硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷。所述树脂为环氧树脂E-51。所述脱模剂为水性甲基硅油与水按质量比1：20混合配制而成。
实例3
将椰壳纤维置于烘箱中，烘干至含水率为10%，得干燥椰壳纤维；将干燥椰壳纤维与钛酸四丁酯按质量比1：50置于1号烧杯中，于转速为300r/min条件下，搅拌混合30min，得1号混合液，再将1号混合液过滤，得预处理椰壳纤维；将预处理椰壳纤维置于炭化炉中，并以90mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为550℃条件下，保温炭化2h，随炉降至室温，得预处理炭化椰壳纤维；将预处理炭化椰壳纤维与氢氧化钙饱和溶液按质量比1：50置于2号烧杯中，于转速为500min条件下，搅拌混合50min，并以60mL/min速率持续通入二氧化碳，得2号混合液，随后将2号混合液过滤，得滤渣，再将滤渣置于管式炉中，并以90mL/min的速率向炉内充入氮气，于温度为900℃条件下，保温反应2h，即得改性炭化椰壳纤维；按重量份数计，将40份水泥，80份河沙，20份硅灰，20份粉煤灰，20份矿渣，30份水，50份减水剂，30份硅烷偶联剂，40份改性炭化椰壳纤维，20份海泡石置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合40min，得混合浆料；向模具中喷洒脱模剂后，将混合浆料注入模具中，静置24h，脱模，得混凝土砌块，将混凝土砌块浸泡于盛有树脂的容器中，于真空度为80Pa条件下，保压静置50min，得预处理混凝土砌块，将预处理混凝土砌块置于烘箱中，于温度为130℃条件下，加热固化，抛光打磨，即得透光混凝土砌块。所述水泥为硅酸盐水泥。所述矿渣为高炉矿渣。所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂。所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550。所述氢氧化钙饱和溶液为温度为22℃的氢氧化钙饱和溶液。所述有机硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷。所述树脂为环氧树脂E-51。所述脱模剂为水性甲基硅油与水按质量比1：20混合配制而成。
对比例：广州某建筑材料有限公司生产的透光混凝土。
将实例1至3所得透光混凝土和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
力学性能：采用DKZ-5000型电动抗弯机测试抗弯强度，采用YAW-4206型全自动压力试验机测试抗压强度。
透明度：采用HRT-6000型透明度测试仪测试透明度。
具体检测结果如表1所示：
检测内容 实例1 实例2 实例3 对比例
透明度/% 34 26 30 22
抗压强度/MPa 96 80 87 75
抗弯强度/MPa 21 13 17 10
由表1检测结果可知，本发明所得透光混凝土砌块具有优异的透光性能和力学性能。

Claims (8)

1.一种透光混凝土砌块的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：
（1）按重量份数计，将30～40份水泥，60～80份河沙，10～20份硅灰，10～20份粉煤灰，10～20份矿渣，20～30份水，40～50份减水剂，20～30份硅烷偶联剂，30～40份改性炭化椰壳纤维，10～20份改性海泡石，搅拌混合，得混合浆料；
（2）将混合浆料注模，静置，脱模，得混凝土砌块；
（3）将混凝土砌块浸泡于树脂中，抽真空，静置，加热固化，抛光打磨，即得透光混凝土砌块。
2.根据权利要求1所述一种透光混凝土砌块的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述水泥为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥中的任意一种。
3.根据权利要求1所述一种透光混凝土砌块的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述矿渣为高炉矿渣，粒化高炉矿渣或矿渣棉中的任意一种。
4.根据权利要求1所述一种透光混凝土砌块的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂，三聚氰胺高效减水剂或脂肪族高效减水剂中的任意一种。
5.根据权利要求1所述一种透光混凝土砌块的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述硅烷偶联剂型号为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
6.根据权利要求1所述一种透光混凝土砌块的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述改性炭化椰壳纤维的制备过程为：将椰壳纤维烘干至含水率为8～10%，得干燥椰壳纤维；将干燥椰壳纤维与钛酸四丁酯按质量比1：30～1：50搅拌混合，过滤，得预处理椰壳纤维；将预处理椰壳纤维保温炭化，降温，得预处理炭化椰壳纤维；将预处理炭化椰壳纤维与氢氧化钙饱和溶液按质量比1：30～1：50搅拌混合，并通入二氧化碳，过滤，充氮保温反应，即得改性炭化椰壳纤维；所述氢氧化钙饱和溶液为温度为20～22℃的氢氧化钙饱和溶液。
7.根据权利要求1所述一种透光混凝土砌块的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述改性海泡石的制备过程为：将海泡石与有机硅烷按质量比1：30～1：50加热搅拌混合，过滤，即得改性海泡石；所述有机硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷，氨丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，巯基丙基三乙氧基硅烷或巯基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。
8.根据权利要求1所述一种透光混凝土砌块的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述树脂为环氧树脂E-51或环氧树脂E-44中的任意一种。
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