CN108424051A - 一种轻集料混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轻集料混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明利用膨润土颗粒的单位晶层中存在极弱的键的特点，通过羧甲基纤维素钠与碳酸钠与膨润土交换阳离子，因阳离子本身半径小，离子价低，水很容易进人单位晶层间，引起晶格膨胀，使颗粒的体积膨胀为原来颗粒体积的30倍，吸水后形成一道不透水的可塑性胶体，同时挤占与其接触的陶粒之间的孔隙，形成致密的防渗层，从而达到防水的作用，同时协同粉煤灰在水化过程中密实混凝土，为粗、细集料构件自由悬浮的水泥砂浆环境，产生自流平效果，当水泥砂浆能完全填充集料间隙，并形成足够的包裹厚度后，改善混凝土的体积稳定性。

Description

一种轻集料混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种轻集料混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
轻集料混凝土也被称为轻骨料混凝土，它是指用轻粗集料、轻砂（或普通砂）、水泥和水，必要时加入化学外加剂和矿物掺合料配制而成的，并且在标准养护条件下，28天龄期的干表观密度不大于1950kg/m3的混凝土。轻集料混凝土的优点有轻质高强特性明显；高耐久性和多功能性。与普通集料混凝土相比，虽然生产相同强度等级的高强轻集料混凝土的成本高，但使用轻集料混凝土可以降低建筑物的自重，从而有效的降低了建筑施工中的基础处理费用，或者在不增加基础处理费用的前提下，增加建筑物的高度，扩大使用面积，具有显著的综合经济效益。国内外的工程实践证明，20层以上的高层建筑，采用高强轻集料混凝土可以降低工程造价10%左右。
轻集料混凝土具有与普通集料混凝土相当的耐久性。如50MPa～100MPa的高强轻集料混凝土具有非常低的渗透性和良好的抗冻性。由于轻集料本身属于多孔材料，尤其是污泥烧结陶粒，其微孔微管系统在搅拌的过程中会吸收一定量的水分，减少了贴近界面区的水膜层厚度，还能在水泥水化过程中不断地释放水分，通过促进水泥水化反应来提高集料表面附近区域水泥石的密实性、促使混凝土强度的快速提高。，轻集料混凝土是广泛用于建造水坝、地下工程的非常理想的建筑材料之一。由此可见，轻集料混凝土是一种既消除了碱集料反应危害、同时又具备良好的抗冻性能和优良的抗渗性能的新型建材，其应用前景很广。
但轻集料多孔吸水的特性使轻集料在拌和、运输过程中会吸收混凝土拌合物中的水分，降低混凝土拌合物的流动性，在泵压作用下轻集料的吸水率还会继续增大，进而容易导致混凝土流动度会很快地降低和堵泵，导致可泵性较差、体积稳定性差，因此亟需研究改善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有轻集料混凝土可泵性较差、体积稳定性差的问题，提供了一种轻集料混凝土及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种轻集料混凝土，所述轻集料混凝土包括下述重量份原料：400～450份水泥，60～80份粉煤灰，40～50份硅灰，600～700份轻质陶瓷颗粒，200～250份陶砂，700～750份天然砂，20～25份聚羧酸减水剂，150～200份去离子水。
所述轻质陶瓷颗粒为陶粒素坯浸泡在防水浆料中挂浆，挂浆量为0.1～0.2g/cm2后干燥烧结制得。
所述陶粒素坯为铸造旧砂和废玻璃粉碎后与赤泥、去离子水混合制成粒径为5～10mm的颗粒制得。
所述铸造旧砂、废玻璃、赤泥、去离子水的重量份为200～250份铸造旧砂，150～180份废玻璃，100～120份赤泥、100～200份去离子水。
所述防水浆料中各物料的重量份为20～25份碳酸钙，30～35份氧化铝，50～80份改性膨润土，300～400份去离子水，12～15份磷酸二氢铝，2～3份羟甲基纤维素，1～2份硫酸镁，2～3份硬脂酸钙。
所述改性膨润土为羧甲基纤维素钠加入质量分数为15%碳酸钠溶液中，再加入膨润土，混合均匀后装入旋转挤压机中挤压30～40min，再陈化2～3天后干燥制得。
所述羧甲基纤维素钠、碳酸钠溶液、膨润土的重量份为20～30份羧甲基纤维素钠，150～200份碳酸钠溶液，300～500份膨润土。
所述干燥烧结过程为在150～160℃下干燥8～10h后转入高温烧结炉中，在氩气氛围下，以20℃/min升温至300～400℃，保温预热15～20min，继续升温至600～900℃，保温煅烧1～2h。
所述的一种轻集料混凝土的制备方法，具体步骤为：
（1）将羧甲基纤维素钠加入质量分数为15%碳酸钠溶液中，再加入膨润土，混合均匀后装入旋转挤压机中挤压30～40min，陈化2～3天后干燥得改性膨润土；
（2）取碳酸钙、氧化铝、改性膨润土装入球磨机中球磨过筛并加入去离子水中混合均匀，再加入磷酸二氢铝、羟甲基纤维素、硫酸镁、硬脂酸钙，搅拌均匀得防水浆料；
（3）取铸造旧砂和废玻璃粉碎过筛后与赤泥、去离子水混合均匀，再装入陶瓷颗粒制粒机中制粒，控制粒径为5～10mm，得陶粒素坯；
（4）将陶粒素坯浸泡在防水浆料中挂浆，将挂浆后的陶粒素坯干燥后高温烧结，得轻质陶瓷颗粒；
（5）取水泥、粉煤灰、硅灰、轻质陶瓷颗粒、陶砂、天然砂、聚羧酸减水剂、去离子水装入拌料桶中搅拌1～2min，得轻集料混凝土。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明充分利用铸造旧砂中的黏土、树脂、黏结剂，结合废玻璃、赤泥制成陶粒素坯，并在陶粒表面包覆一层微晶玻璃涂层，封闭陶粒表面气孔，使陶粒表面致密无气孔，涂层内部有孤立的闭气孔，使防水浆料紧密粘结，避免空气进入，烧结后形成气孔，加强防水浆料与陶粒的结合力，同时防水浆料进入基体的表面孔隙中，在烧结过程中进一步与基体紧密结合，形成牢固的复合体，不易产生裂纹，有效改善陶粒的力学性能；
（2）本发明利用膨润土颗粒的单位晶层中存在极弱的键的特点，通过羧甲基纤维素钠与碳酸钠与膨润土交换阳离子，因阳离子本身半径小，离子价低，水很容易进人单位晶层间，引起晶格膨胀，使颗粒的体积膨胀为原来颗粒体积的10～40倍，吸水后形成一道不透水的可塑性胶体，同时挤占与其接触的陶粒之间的孔隙，形成致密的防渗层，从而达到防水的作用，同时协同粉煤灰在水化过程中密实混凝土，为粗、细集料构件自由悬浮的水泥砂浆环境，产生自流平效果，当水泥砂浆能完全填充集料间隙，并形成足够的包裹厚度后，改善混凝土的体积稳定性。
具体实施方式
取20～30g羧甲基纤维素钠，加入150～200g质量分数为15%碳酸钠溶液中，以300～400r/min搅拌20～30min，再加入300～500g膨润土，混合均匀后装入旋转挤压机中挤压30～40min，再陈化2～3天后转入干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得改性膨润土，取20～25g碳酸钙，30～35g氧化铝，50～80g改性膨润土装入球磨机中，以180～240r/min球磨1～2h，过200目筛，将过筛后的复合粉末加入300～400mL去离子水中以300～400r/min搅拌1～2h，再加入12～15g磷酸二氢铝，2～3g羟甲基纤维素，1～2g硫酸镁，2～3g硬脂酸钙，继续搅拌1～2h，得防水浆料，取200～250g铸造旧砂和150～180g废玻璃，加入粉碎机中粉碎，过100目筛，将过筛后的粉末与100～120g赤泥、100～200mL去离子水，混合均匀后装入陶瓷颗粒制粒机中制粒，控制粒径为5～10mm，得陶粒素坯，将陶粒素坯浸泡在防水浆料中10～20min，控制挂浆量为0.1～0.2g/cm2，待挂浆结束后，将挂浆后的陶粒素坯置于干燥箱中，在150～160℃下干燥8～10h后转入高温烧结炉中，在氩气氛围下，以20℃/min升温至300～400℃，保温预热15～20min，继续升温至600～900℃，保温煅烧1～2h，冷却至室温后出料，得轻质陶瓷颗粒，取400～450g水泥，60～80g粉煤灰，40～50g硅灰，600～700g轻质陶瓷颗粒，200～250g陶砂，700～750g天然砂，20～25g聚羧酸减水剂，150～200mL去离子水装入拌料桶中搅拌1～2min，得轻集料混凝土。
取20g羧甲基纤维素钠，加入150g质量分数为15%碳酸钠溶液中，以300r/min搅拌20min，再加入300g膨润土，混合均匀后装入旋转挤压机中挤压30min，再陈化2天后转入干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，得改性膨润土，取20g碳酸钙，30g氧化铝，50g改性膨润土装入球磨机中，以180r/min球磨1h，过200目筛，将过筛后的复合粉末加入300mL去离子水中以300r/min搅拌1h，再加入12g磷酸二氢铝，2g羟甲基纤维素，1g硫酸镁，2g硬脂酸钙，继续搅拌1h，得防水浆料，取200g铸造旧砂和150g废玻璃，加入粉碎机中粉碎，过100目筛，将过筛后的粉末与100g赤泥、100mL去离子水，混合均匀后装入陶瓷颗粒制粒机中制粒，控制粒径为5mm，得陶粒素坯，将陶粒素坯浸泡在防水浆料中10min，控制挂浆量为0.1g/cm2，待挂浆结束后，将挂浆后的陶粒素坯置于干燥箱中，在150℃下干燥8h后转入高温烧结炉中，在氩气氛围下，以20℃/min升温至300℃，保温预热15min，继续升温至600℃，保温煅烧1h，冷却至室温后出料，得轻质陶瓷颗粒，取400g水泥，60g粉煤灰，40g硅灰，600g轻质陶瓷颗粒，200g陶砂，700g天然砂，20g聚羧酸减水剂，150mL去离子水装入拌料桶中搅拌1min，得轻集料混凝土。
取25g羧甲基纤维素钠，加入180g质量分数为15%碳酸钠溶液中，以350r/min搅拌25min，再加入400g膨润土，混合均匀后装入旋转挤压机中挤压35min，再陈化2天后转入干燥箱中，在108℃下干燥至恒重，得改性膨润土，取22g碳酸钙，32g氧化铝，60g改性膨润土装入球磨机中，以210r/min球磨1h，过200目筛，将过筛后的复合粉末加入350mL去离子水中以350r/min搅拌1h，再加入13g磷酸二氢铝，2g羟甲基纤维素，1g硫酸镁，2g硬脂酸钙，继续搅拌1h，得防水浆料，取220g铸造旧砂和165g废玻璃，加入粉碎机中粉碎，过100目筛，将过筛后的粉末与110g赤泥、150mL去离子水，混合均匀后装入陶瓷颗粒制粒机中制粒，控制粒径为8mm，得陶粒素坯，将陶粒素坯浸泡在防水浆料中15min，控制挂浆量为0.1g/cm2，待挂浆结束后，将挂浆后的陶粒素坯置于干燥箱中，在155℃下干燥9h后转入高温烧结炉中，在氩气氛围下，以20℃/min升温至350℃，保温预热18min，继续升温至750℃，保温煅烧1h，冷却至室温后出料，得轻质陶瓷颗粒，取420g水泥，70g粉煤灰，45g硅灰，650g轻质陶瓷颗粒，220g陶砂，720g天然砂，22g聚羧酸减水剂，180mL去离子水装入拌料桶中搅拌1min，得轻集料混凝土。
取30g羧甲基纤维素钠，加入200g质量分数为15%碳酸钠溶液中，以400r/min搅拌30min，再加入500g膨润土，混合均匀后装入旋转挤压机中挤压40min，再陈化3天后转入干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，得改性膨润土，取25g碳酸钙，35g氧化铝，80g改性膨润土装入球磨机中，以240r/min球磨2h，过200目筛，将过筛后的复合粉末加入400mL去离子水中以400r/min搅拌2h，再加入15g磷酸二氢铝，3g羟甲基纤维素，2g硫酸镁，3g硬脂酸钙，继续搅拌2h，得防水浆料，取250g铸造旧砂和180g废玻璃，加入粉碎机中粉碎，过100目筛，将过筛后的粉末与120g赤泥、200mL去离子水，混合均匀后装入陶瓷颗粒制粒机中制粒，控制粒径为10mm，得陶粒素坯，将陶粒素坯浸泡在防水浆料中20min，控制挂浆量为0.2g/cm2，待挂浆结束后，将挂浆后的陶粒素坯置于干燥箱中，在160℃下干燥10h后转入高温烧结炉中，在氩气氛围下，以20℃/min升温至400℃，保温预热20min，继续升温至900℃，保温煅烧2h，冷却至室温后出料，得轻质陶瓷颗粒，取450g水泥，80g粉煤灰，50g硅灰，700g轻质陶瓷颗粒，250g陶砂，750g天然砂，25g聚羧酸减水剂，200mL去离子水装入拌料桶中搅拌2min，得轻集料混凝土。
对照例：安徽某公司生产的轻集料混凝土。
将实例及对照例的轻集料混凝土进行检测，具体检测如下：
混凝土力学性能测试：混凝土的抗压强度、弹性模量的测试按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行。
干缩测试：混凝土干缩率测试按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中要求进行。
吸水率和绝干密度测试：混凝土试样的吸水率和绝干密度测试按照GB/T11970-1997《加气混凝土体积密度、含水率和吸水率的试验方法》中的要求进行测试。
具体检测结果如表1。
表1性能表征对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
抗压强度/MPa 32 31 35 20
弹性模量/GPa 14.0 14.5 15.0 9.1
干缩率/10﹣6 233 245 250 700
吸水率/% 5.6 6.1 6.5 12.3
绝干密度/kg/m3 1245 1240 1241 1000
由表1可知，本发明制备的轻集料混凝土具有良好的力学性能、干缩率、吸水率和绝干密度，使产品的稳定性增强。

Claims (9)

1.一种轻集料混凝土，其特征在于，所述轻集料混凝土包括下述重量份原料：400～450份水泥，60～80份粉煤灰，40～50份硅灰，600～700份轻质陶瓷颗粒，200～250份陶砂，700～750份天然砂，20～25份聚羧酸减水剂，150～200份去离子水。
2.如权利要求1所述的一种轻集料混凝土，其特征在于，所述轻质陶瓷颗粒为陶粒素坯浸泡在防水浆料中挂浆，挂浆量为0.1～0.2g/cm2后干燥烧结制得。
3.如权利要求2所述的一种轻集料混凝土，其特征在于，所述陶粒素坯为铸造旧砂和废玻璃粉碎后与赤泥、去离子水混合制成粒径为5～10mm的颗粒制得。
4.如权利要求3所述的一种轻集料混凝土，其特征在于，所述铸造旧砂、废玻璃、赤泥、去离子水的重量份为200～250份铸造旧砂，150～180份废玻璃，100～120份赤泥、100～200份去离子水。
5.如权利要求2所述的一种轻集料混凝土，其特征在于，所述防水浆料中各物料的重量份为20～25份碳酸钙，30～35份氧化铝，50～80份改性膨润土，300～400份去离子水，12～15份磷酸二氢铝，2～3份羟甲基纤维素，1～2份硫酸镁，2～3份硬脂酸钙。
6.如权利要求5所述的一种轻集料混凝土，其特征在于，所述改性膨润土为羧甲基纤维素钠加入质量分数为15%碳酸钠溶液中，再加入膨润土，混合均匀后装入旋转挤压机中挤压30～40min，再陈化2～3天后干燥制得。
7.如权利要求6所述的一种轻集料混凝土，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠、碳酸钠溶液、膨润土的重量份为20～30份羧甲基纤维素钠，150～200份碳酸钠溶液，300～500份膨润土。
8.如权利要求2所述的一种轻集料混凝土，其特征在于，所述干燥烧结过程为在150～160℃下干燥8～10h后转入高温烧结炉中，在氩气氛围下，以20℃/min升温至300～400℃，保温预热15～20min，继续升温至600～900℃，保温煅烧1～2h。
9.如权利要求1～8任意一项所述的一种轻集料混凝土的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）将羧甲基纤维素钠加入质量分数为15%碳酸钠溶液中，再加入膨润土，混合均匀后装入旋转挤压机中挤压30～40min，陈化2～3天后干燥得改性膨润土；
（2）取碳酸钙、氧化铝、改性膨润土装入球磨机中球磨过筛并加入去离子水中混合均匀，再加入磷酸二氢铝、羟甲基纤维素、硫酸镁、硬脂酸钙，搅拌均匀得防水浆料；
（3）取铸造旧砂和废玻璃粉碎过筛后与赤泥、去离子水混合均匀，再装入陶瓷颗粒制粒机中制粒，控制粒径为5～10mm，得陶粒素坯；
（4）将陶粒素坯浸泡在防水浆料中挂浆，将挂浆后的陶粒素坯干燥后高温烧结，得轻质陶瓷颗粒；
（5）取水泥、粉煤灰、硅灰、轻质陶瓷颗粒、陶砂、天然砂、聚羧酸减水剂、去离子水装入拌料桶中搅拌1～2min，得轻集料混凝土。
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