CN108529946A - 高强轻质混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强轻质混凝土及其制备方法，其技术方案要点是包括以下组分，各组分按照重量份分别为：水泥280~380份、硅藻土100~160份、蒙脱土80~180份、贝壳砂480~550份、膨胀石墨200~280份、陶砂80~120份、粘土100~150份、丙烯酸乳液成膜物80~100份、水50~100份、助剂30~35份，经由本申请的配方所制备的混凝土能够有效减少在使用过程中发生明显的裂痕，显著延长了混凝土的使用寿命。

Description

高强轻质混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土，特别涉及一种高强轻质混凝土及其制备方法。
背景技术
目前，随着国家城市建设迅猛发展，建筑施工工程的数量与日俱增，而工程的质量和生产成本是施工企业在市场经济大潮中相互竞争的关键所在。建筑材料的质量直接决定建筑工程的质量和成本，在建筑材料中，混凝土又是关键的原料。
目前，通常在混凝土中加入河砂、海砂等，对其消耗较大，而且这些都是自然资源，储量有限，长期开采将导致河砂资源枯竭，进而破坏生态平衡，并且对河砂、海砂的开采显著增加了单位体积中混凝土的生产成本；另外，海砂中带有含氯的物质，这些带有氯的物质对建筑工程来说为有害因素，对工程的耐久性会有影响，降低了工程的质量。
目前，现有专利中申请公开号为CN103467014A的中国专利公开了一种混凝土，采用碎屑取代大部分砂和石子，充分发挥CTF混凝土增效剂的作用，提高了水泥颗粒的分散性，提升减水剂的功效，解决了石子和砂级配不良导致的新拌混凝土的粘聚性、保水性差、易离析的问题。
但是，上述混凝土是采用碎屑、石子掺混在水泥中形成，当水泥快速地凝结时，碎屑在水泥中存在分散不均的情况，容易造成水泥干裂。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种高强轻质混凝土。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高强轻质混凝土，包括以下组分，各组分按照重量份分别为：水泥280～380份、硅藻土100～160份、蒙脱土80～180份、贝壳砂480～550份、膨胀石墨200～280份、陶砂80～120份、粘土100～150份、丙烯酸乳液成膜物80～100份、水50～100份、助剂30～35份。
通过采用上述技术方案，硅藻土是一种硅质岩石，主要成分为SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质，硅藻土的密度为1.9～2.3g/cm3，比表面积为40～65m2/g，有细腻、松散、质轻、多孔、吸水性和渗透性强的性质；蒙脱土是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，具有独特的一维层状纳米结构和阳离子交换特性，以及具有很强的吸附能力、良好的分散性能；贝壳砂是由海域的底栖与浮游性生物遗骸(主要为贝壳、珊瑚与有孔虫)或其他碎屑，搬运至海湾内堆积而成的，富含丰富的蛋白成分以及碳酸钙组分；膨胀石墨是由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质，结构松散、多孔而弯曲，表面积扩大，表面能提高，吸附能力增强，蠕虫状石墨可自行嵌合，这样增加了柔软性、回弹性和可塑性；膨胀石墨与贝壳砂复配使用，贝壳砂能够进入膨胀石墨的疏松多孔结构内，增大了贝壳砂与膨胀石墨的接触面积，有助于增强本申请的混凝土的结构整体性，减少混凝土产生干裂现象；陶砂具有轻质高强、保温隔热、导热系数低、不燃不霉、施工方便简单、经济耐久、不易开裂、脱落的特性；粘土是含沙粒很少，有黏性的土壤，水分不容易从中通过才具有较好的可塑性，粘土通常是由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成，在本申请的体系内，有助于提高各组分之间的粘结性能，从而增强本申请的混凝土的结构整体性，进一步减少体系内的干裂，经由本申请的配方所制备的混凝土能够有效减少在使用过程中发生明显的裂痕，显著延长了混凝土的使用寿命。
本发明进一步设置为：所述丙烯酸乳液成膜物是以苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸及丙烯酰胺、偶联剂KH-570为原料采用核壳乳液聚合法制备的。
通过采用上述技术方案，经由核壳乳液聚合法制备的丙烯酸乳液成膜物具有优异的亲水性，亲水性增强后，大部分羧基分布于乳胶粒的表面，由于亲水性羧基与水分子的作用比较强，乳胶粒表面水的缔合层增厚，同时，也会有少量丙烯酸在水相中形成的强亲水性聚合物存在，从而亲水性聚合物分子链的伸展会增大体系的粘度，将其添加至本申请的体系内，有效提高了各组分之间的粘结性能。
本发明进一步设置为：还包括云母粉50～80份、镁质砂石80～120份、酚醛纤维40～60份、玻化微珠30～50份。
通过采用上述技术方案，云母粉是一种非金属矿物，主要成分为SiO2，结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层，具有良好的弹性、韧性、附着力强等特性；镁质砂石具有速凝、高强、耐水、耐冻的特性，添加至本申请的体系内，有助于混凝土进行快速地凝固；玻化微珠的外部呈封闭状，内部呈中空状，在玻化微珠的搅拌过程中，表面产生微孔，酚醛纤维会插进玻化微珠内，以进一步增强本申请的混凝土的结构整体性。
本发明进一步设置为：包括以下组分，各组分按照重量份分别为：水泥300～330份、硅藻土120～130份、蒙脱土120～130份、贝壳砂500～520份、膨胀石墨210～230份、陶砂100～110份、粘土130～140份、云母粉60～70份、镁质砂石90～100份、酚醛纤维50～60份、玻化微珠40～50份、丙烯酸乳液成膜物90～100份、水70～90份、助剂30～32份。
通过采用上述技术方案，经由上述配方制备本申请的混凝土，具有高强、轻质以及优异的结构整体性的特性，使用本申请的混凝土，能够有效减少混凝土出现干裂现象，延长混凝土的使用寿命。
本发明进一步设置为：所述助剂包括氧化石墨烯0.5～1份、硅酸铝纤维5～8份、纳米二氧化钛8～10份、三氟乙酸0.5～1.5份、苯氧基乙醇1～3份、磷酸氢二钠3～5份、油酸1～1.3份、丙烯酸二甲氨基乙酯0.5～0.8份、丙烯酸羟乙酯0.8～1.3份。
通过采用上述技术方案，氧化石墨烯较石墨烯的活性增强，具有优异的亲水性，在水中具有优越的分散性；硅酸铝纤维具有弹性好、抗拉强度大、使用寿命长、隔热性能好的优点；纳米二氧化钛俗称钛白粉，具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化的特性，有助于对混凝土中的各组分进行杀菌，减少混凝土内的各组分发生霉变；三氟乙酸、苯氧乙醇、丙烯酸二甲氨基乙酯均作为溶剂使用，特别是三氟乙酸能够对贝壳砂起到良好的蛋白溶解性；丙烯酸羟乙酯具有良好的活化作用，有助于对混凝土体系内的贝壳砂进行活化，使其更易进入膨胀石墨的疏松多孔结构内；经上述配方所制备的助剂，添加到本申请的混凝土内，以制备具有高强、质轻以及防干裂的优质混凝土。
本发明进一步设置为：所述膨胀石墨的膨胀倍率为280～300mL/g。
通过采用上述技术方案，限定膨胀石墨的膨胀倍率，意味着限定了膨胀石墨的疏松度，有助于增大膨胀石墨的孔径，从而方便贝壳砂填充在膨胀石墨内。
本发明进一步设置为：所述贝壳砂的粒度为0.35～0.5mm。
通过采用上述技术方案，限定贝壳砂的粒度在0.35～0.5mm，减小贝壳砂的粒径，以保证贝壳砂能够进入膨胀石墨的疏松多孔结构内。
本发明的另一目的在于公开了一种高强轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、贝壳砂、陶砂、镁质砂石、玻化微珠混合研磨1～1.5h，再与水混合，搅拌均匀，得到混合浆液；
(2)然后将膨胀石墨、硅藻土、蒙脱土、粘土、云母粉、酚醛纤维添加至步骤(1)的混合浆液中，并加入丙烯酸乳液成膜物与助剂，搅拌30～40min，然后浇注、振捣；
(3)浇注后在湿度为60～70％的潮湿环境中进行养护8～10天即可。
通过采用上述技术方案，将砂类的组分预先进行研磨，待研磨成混合浆液的小粒径，然后向混合浆液中加入土类的各组分，有助于填充砂类组分之间的空隙，同时，将丙烯酸乳液成膜物与助剂添加到本申请的混凝土体系内，显著提高了所制备的混凝土的结构整体性，有效减小混凝土发成干裂情况。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、借助膨胀石墨，有助于提供砂类填料附着场所，特别是贝壳砂能够与膨胀石墨复配使用，增大了贝壳砂在体系内的附着面积，并且膨胀石墨与土类填料的粘附性较强，从而提高本申请的混凝土的结构整体性；
2、向体系内添加丙烯酸乳液成膜物，丙烯酸乳液成膜物分散在疏松多孔结构的各组分内，从而提高砂类填料与土类填料之间的结合性；
3、向混凝土中添加助剂，有助于增强组分中填料的活化性能，以增强各组分之间的反应性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
硅烷偶联剂KH-570选用南京能德化工有限公司生产；
丙烯酸丁酯(BA)选用东陵精细化学公司生产；
丙烯酸(AA)选用国药集团化学试剂有限公司生产；
丙烯酰胺(AM)选用天津市瑞金特化学品有限公司生产；
十二烷基硫酸钠(SDS)选用中国医药上海化学试剂公司生产；
聚乙二醇辛基苯基醚(OP-10)选用锡山市科技实验二厂生产；
过硫酸氨(APS)选用沈阳市新西试剂厂生产；
氨水、苯乙烯均选用国药集团化学试剂有限公司生产。
实施例一：
(一)丙烯酸乳液成膜物的制备过程如下：
(1)预乳化：向反应瓶中加入水和乳化剂搅匀，加入AM溶解后，搅拌条件下呈细流状加入核单体，在每分钟500转以上的高速搅拌下乳化0.5小时，制成无分层的白色预乳化液备用；
(2)核层聚合：反应瓶中加入H2O、OP-10、SDS搅拌溶解后，加入20％预乳化和40％的APS水溶液，升温到65℃，插入温度计，观察温升和反应液颜色的变化，当出现温升和兰相时，关闭水浴加热，并记录最高温度，当温度开始回落时，开启水浴开关，同时滴加预乳化液和总量为30％的APS水溶液，控制1.5～2h加完。
(3)将壳单体慢慢滴加入反应体系内，并同时滴加APS水溶液，控制在2小时左右时间加完，保温反应1小时，降温到40℃，氨水中和到pH＝7.5～8即可。
(二)高强轻质混凝土的制备过程如下：
(1)将300份水泥、500份贝壳砂、100份陶砂混合研磨1h，再与50份水混合，搅拌均匀后形成混合浆液；
(2)然后将200份膨胀石墨、100份硅藻土、100份蒙脱土、100份粘土、添加至步骤(1)中的混合浆液中，并加入80份丙烯酸乳液成膜物与30份助剂，搅拌30min，然后浇注、振捣；
(3)浇注后在70％的潮湿环境中进行养护10天。
实施例二：
丙烯酸乳液成膜物的制备过程同实施例一。
高强轻质混凝土的制备过程如下：
(1)将320份水泥、510份贝壳砂、110份陶砂、80份镁质砂石、30份玻化微珠混合研磨1h，再与50份水混合，搅拌均匀后形成混合浆液；
(2)然后将200份膨胀石墨、100份硅藻土、100份蒙脱土、100份粘土、50份云母粉以及40份酚醛纤维添加至步骤(1)中的混合浆液中，并加入80份丙烯酸乳液成膜物与30份助剂，搅拌30min，然后浇注、振捣；
(3)浇注后在60％的潮湿环境中进行养护10天。
实施例三：
丙烯酸乳液成膜物的制备过程同实施例一。
高强轻质混凝土的制备过程如下：
(1)将340份水泥、530份贝壳砂、120份陶砂、100份镁质砂石、40份玻化微珠混合研磨1h，再与80份水混合，搅拌均匀后形成混合浆液；
(2)然后将230份膨胀石墨、130份硅藻土、120份蒙脱土、120份粘土、70份云母粉以及50份酚醛纤维添加至步骤(1)中的混合浆液中，并加入80份丙烯酸乳液成膜物与30份助剂，搅拌30min，然后浇注、振捣；
(3)浇注后在65％的潮湿环境中进行养护10天。
实施例四：
丙烯酸乳液成膜物的制备过程同实施例一。
高强轻质混凝土的制备过程如下：
(1)将380份水泥、530份贝壳砂、100份陶砂、110份镁质砂石、45份玻化微珠混合研磨1h，再与100份水混合，搅拌均匀后形成混合浆液；
(2)然后将250份膨胀石墨、150份硅藻土、150份蒙脱土、140份粘土、80份云母粉以及50份酚醛纤维添加至步骤(1)中的混合浆液中，并加入100份丙烯酸乳液成膜物与30份助剂，搅拌30min，然后浇注、振捣；
(3)浇注后在70％的潮湿环境中进行养护10天。
以申请公开号为CN103467014A的中国专利中的混凝土作为对比例。
检测手段：
劈裂抗拉强度：试验在大连理工大学实验室3000KN微机控制电液伺服压力试验机上进行，具体步骤是在试验之前，在试件中部画出待劈裂的位置；然后将试件放在试验机下压板的中心位置，在上下压板与试件之间垫圆弧型垫板及木制三合板垫层，木垫层宽0.5m，厚度0.01m，长度大于0.5m；开动试验机，先手动控制以将上压板与试件接近，调整球座使接触均衡；开动试验机自动控制，加荷速度为0.05MPa/s，至构件破坏，保存试验结果。
试件劈裂抗拉强度的试验结果如下表所示：
通过上表可知，实施例的劈裂抗拉强度保持在5.7MPa以上，具有优异的抗劈裂性，表明本申请的混凝土具有良好的结构整体性，不易出现开裂情况。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种高强轻质混凝土，其特征在于包括以下组分，各组分按照重量份分别为：水泥280～380份、硅藻土100～160份、蒙脱土80～180份、贝壳砂480～550份、膨胀石墨200～280份、陶砂80～120份、粘土100～150份、丙烯酸乳液成膜物80～100份、水50～100份、助剂30～35份。
2.根据权利要求1所述的高强轻质混凝土，其特征在于：所述丙烯酸乳液成膜物是以苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸及丙烯酰胺、偶联剂KH-570为原料采用核壳乳液聚合法制备的。
3.根据权利要求1所述的高强轻质混凝土，其特征在于：还包括云母粉50～80份、镁质砂石80～120份、酚醛纤维40～60份、玻化微珠30～50份。
4.根据权利要求3所述的高强轻质混凝土，其特征在于包括以下组分，各组分按照重量份分别为：水泥300～330份、硅藻土120～130份、蒙脱土120～130份、贝壳砂500～520份、膨胀石墨210～230份、陶砂100～110份、粘土130～140份、云母粉60～70份、镁质砂石90～100份、酚醛纤维50～60份、玻化微珠40～50份、丙烯酸乳液成膜物90～100份、水70～90份、助剂30～32份。
5.根据权利要求1所述的高强轻质混凝土，其特征在于：所述助剂包括氧化石墨烯0.5～1份、硅酸铝纤维5～8份、纳米二氧化钛8～10份、三氟乙酸0.5～1.5份、苯氧基乙醇1～3份、磷酸氢二钠3～5份、油酸1～1.3份、丙烯酸二甲氨基乙酯0.5～0.8份、丙烯酸羟乙酯0.8～1.3份。
6.根据权利要求1所述的高强轻质混凝土，其特征在于：所述膨胀石墨的膨胀倍率为280～300mL/g。
7.根据权利要求1所述的高强轻质混凝土，其特征在于：所述贝壳砂的粒度为0.35～0.5mm。
8.一种高强轻质混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将水泥、贝壳砂、陶砂、镁质砂石、玻化微珠混合研磨1～1.5h，再与水混合，搅拌均匀，得到混合浆液；
(2)然后将膨胀石墨、硅藻土、蒙脱土、粘土、云母粉、酚醛纤维添加至步骤(1)的混合浆液中，并加入丙烯酸乳液成膜物与助剂，搅拌30～40min，然后浇注、振捣；
(3)浇注后在湿度为60～70％的潮湿环境中进行养护8～10天即可。
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