CN109020616A - 一种复合增韧轻质混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种复合增韧轻质混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合增韧轻质混凝土，按重量份计包括如下组分：水泥30‑60份、陶粒20‑50份、锂渣粉20‑40份、硅灰10‑20份、细砂10‑30份、纳米二氧化硅5‑15份、脱硫石膏8‑15份、石英砂5‑10份、复合增韧材料10‑20份、聚丙烯酸酯5‑10份、减水剂1‑5份、生石灰1‑3份、发泡剂2‑4份、膨胀剂0.4‑1.6份、超细微珠10‑20份和三乙醇胺5‑10份；采用增强增韧性能优异的氮化硼为基础材料作为混凝土用添加材料，赋予混凝土良好的微观界面结合、各同向性、韧性和抗疲劳性，是高性能混凝土增强增韧添加材料，能够增加陶粒混凝土的韧性，具有很好的工程应用价值。

Description

一种复合增韧轻质混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种复合增韧轻质混凝土及其制备方法。
背景技术
陶粒混凝土是一种轻质混凝土，主要利用页岩、城市建筑垃圾或者淤泥生产的陶粒代替石子作为骨料，具有保温效果好、耐侵蚀、隔音效果好、环保等优点。随着中国近年来快速的城市化进程，陶粒混凝土的使用范围越来越广。陶粒混凝土为一种轻骨料混凝土，轻质混凝土的强度很低(一般低于5MPa)，韧性不好，无法满足建筑结构的要求，只能做非承重的隔墙，与之对应的适合于承重结构用的陶粒混凝土研究很少。然而，相对于陶粒混凝土的来说，目前普通混凝土和加气混凝土都属于脆性材料，很容易因收缩而产生微裂缝，甚至完全破坏。因此，若要在承重结构中使用如陶粒混凝土的轻质混凝土，则需要进行强度调节，同时要增加混凝土的韧性。现有技术中主要是通过掺加钢纤维、玻璃纤维等纤维材料来改善轻骨料混凝土的脆性，提高韧性，但是提高幅度有限，主要是由于轻骨料自身存在大量微裂纹，弹模较低，易造成应力集中，导致裂纹扩展而断裂，限制了纤维材料的增韧作用，而且会降低混凝土的工作性，同时，纤维材料的掺量过大会提高混凝土的自重，虽然能够有效增加混凝土的强度，但是目前通过高强骨料的颗粒强度主要在6.0-8.0MPa，且布满微小裂纹，所以难以配制出高韧性、高强度混凝土。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种复合增韧轻质混凝土及其制备方法，以增强增韧性能优异的氮化硼为基础材料作为混凝土用添加材料，赋予混凝土良好的微观界面结合、各同向性、韧性和抗疲劳性，是高性能混凝土增强增韧添加材料，能够增加再生骨料混凝土的韧性，具有很好的工程应用价值。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种复合增韧轻质混凝土，按重量份计包括如下组分：水泥30-60份、陶粒20-50份、锂渣粉20-40份、硅灰10-20份、细砂10-30份、纳米二氧化硅5-15份、脱硫石膏8-15份、石英砂5-10份、复合增韧材料10-20份、聚丙烯酸酯5-10份、减水剂1-5份、生石灰1-3份、发泡剂2-4份、膨胀剂0.4-1.6份、超细微珠10-20份和三乙醇胺5-10份。
其中，所述陶粒为页岩陶粒、黏土陶粒、煤矸石陶粒、粉煤灰陶粒中的一种或几种混合物，其直径为10-20mm；所述锂渣粉的平均粒径为4.0-6.6μm；所述硅灰的比表面积大于1600m2/kg；所述细砂为河沙，其细度模数为2.5-3.5，堆积密度为1500-1800kg/m3；所述减水剂为萘系高效减水剂，其减水率为18-24％；所述超细微珠为从粉煤灰中分选出来的浅灰色粉末状空心玻璃微珠，密度为2.49g/cm3，比表面积为1200m2/kg；所述发泡剂为动植物蛋白发泡剂、松香皂类发泡剂或洗涤类表面活性剂中的一种；所述膨胀剂为低碱型混凝土膨胀剂。
其中，所述复合增韧材料由X组分氮化硼添加材料和Y组分氮化硼添加材料组成；所述X组分氮化硼添加材料与Y氮化硼添加材料的优化质量配比为1.2-1.5:1；所述X组分氮化硼添加材料由经活化处理的氮化硼在引发剂的作用下溶解在有机溶剂M中，并与单体化合物、乙醇与蒸馏水反应制得；所述Y组分氮化硼添加材料由经活化处理的氮化硼依次与三官能团有机化合物发生反应，与聚乙烯吡咯烷酮发生亲核取代反应制得。
其中，所述氮化硼平均长度为20μm，平均直径为100nm，比表面积为23m2/g；所述引发剂为三氟化硼乙醚；所述有机溶剂M为二氯甲烷；所述单体化合物为3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷；所述三官能团有机化合物为三聚氯氰；所述聚乙烯吡咯烷酮的氮的质量分数为11.5-12.8％，聚乙烯吡咯烷酮中树脂含量大于95％，分子量为37900，粘度为2.4，灼烧残渣的质量分数小于1％，玻璃化温度为160℃。
其中，所述复合增韧材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1、按X组分氮化硼添加材料、Y组分氮化硼添加材料和蒸馏水的质量配比1.2-1.5:1:60备料；
S2、上述步骤S1的X组分氮化硼添加材料、Y组分氮化硼添加材料和蒸馏水，在30-50℃下搅拌5-10h后待用；
S3、将经上述步骤S2处理后的混合物，在70-80℃下减压蒸除蒸馏水后，在65℃下真空干燥24-36h后得到复合增韧材料。
其中，所述X组分氮化硼添加材料的制备方法包括如下步骤：
A1、将0.2-0.5kg的三氟化硼乙醚和经活化处理后1-8kg的氮化硼在40-180L的二氯甲烷中混合，在真空和25℃下搅拌0.5-1.5h后，在4-7h的反应时间内缓慢滴加1-2.5kg的3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷，再升温到30℃恒温反应50-55h后，加入25-90L的乙醇并继续搅拌2-3h；
A2、在上述步骤A1的体系中加入200-420L的蒸馏水，放置32-40h后过滤，所得到的固体用蒸馏水洗净，最后在60-75℃下真空干燥32-50h，得到X组分氮化硼添加材料。
其中，所述Y组份氮化硼添加材料的制备方法包括如下步骤：
B1、选取经活化处理后2-10kg的氮化硼和0.2-2kg的三聚氯氰在40-220L的丙酮中混合，在10℃下搅拌8-10h后，再在11-15℃下反应76-80h后，然后经丙酮洗净，在5℃下真空干燥20-25h；
B2、将上述步骤B1处理后2-10kg的氮化硼在70-190L的N,N’-二甲基乙酰胺中溶解后，加入到溶解有0.5-1kg的聚乙烯吡咯烷酮的20-50L的N,N’-二甲基甲酰胺溶液中，在5℃下搅拌3-6h后，在氮气保护下升温至65℃恒温反应20-25h后，再升温至90℃恒温反应18-20h；所述聚乙烯吡咯烷酮需在70℃下真空干燥48h后使用。
B3、反应完全后，减压蒸除溶剂，用二氯甲烷洗净后，在55℃下真空干燥20-25h后得到Y组分改性氮化硼添加材料；所述Y组分改性氮化硼添加材料中氮化硼与聚乙烯吡咯烷酮的质量含量为1:0.05-0.1。
其中，所述氮化硼的活化处理步骤如下：
C1、选取未处理的氮化硼6kg，在转速为400-500rpm、且每45-50分钟自动转换旋转方向的条件下球磨30-48h后，得到平均长度为0.2-1.0μm的短切氮化硼，用蒸馏水洗净后，于85-90℃下真空干燥36-40h后待用；
C2、将经上述步骤C1处理后4-6kg的氮化硼和10-15kg的亚硫酰氯在25-30L的有机溶剂N中，在85-90℃下搅拌5-12h后，再以5500-6000rpm的转速离心40-60min，分离固体并经有机溶剂Q洗净后，在25-35℃下真空干燥18-20h；
C3、在氮气保护下，将上述步骤C2处理后4-6kg的氮化硼、3-10L的吡啶和0.5-1.2kg的有机二元醇化合物在80-150L的有机溶剂R中混合，在80-85℃下反应10-20h后，减压蒸除有机溶剂R和吡啶，再经有机溶剂Q洗净后，在15-25℃下真空干燥18-24h，得到经活化处理的氮化硼。
其中，所述有机溶剂N为N,N’-二甲基甲酰胺或N,N’-二甲基乙酰胺中的一种；所述有机溶剂Q为无水丙酮或四氢呋喃中的一种；所述有机二元醇化合物为1,3-丙二醇或乙二醇中的一种；所述有机溶剂R为N-甲基吡咯烷酮或N,N’-二甲基甲酰胺中的一种。
一种制备复合增韧轻质混凝土的方法，具体包括如下步骤：
D1、从粉煤灰中分选出呈浅灰色粉末状的空心玻璃微珠作为超细微珠待用；
D2、将水泥、陶粒、锂渣灰、纳米二氧化硅、脱硫石膏、石英砂、复合增韧材料和超细微珠倒入混凝土搅拌机中干拌2-3min；
D3、然后加入聚丙烯酸酯、减水剂、生石灰、发泡剂、膨胀剂和三乙醇胺继续拌合15-20min；
D4、接着将搅拌好的混合料放入模具中，经插捣、压实、常压蒸汽养护、拆模以及蒸汽高压养护后即可得到复合增韧轻质混凝土。
本发明的有益效果：
(1)本发明的复合轻质增韧混凝土中加入了以氮化硼为基础材料制成的复合增韧材料。氮化硼由六方氮化硼层卷曲而成，是一种具有很高拉伸强度与弹性模量的一维纳米材料，具有优异的热稳定性和化学稳定性。在微观上，氮化硼能与水泥基材晶粒形成桥联、桥联耦合与独特的断裂方式；进一步通过桥联、裂纹的偏转、拔出和断裂等增韧补强机制，能够增强微观界面结合，抑制裂纹扩展，这是一种重要的复合材料增韧增强手段。因此，氮化硼是一种理想的高效能混凝土增强增韧材料。
(2)本发明的混凝土用添加材料是以氮化硼为基础，通过多步表面化学反应，在氮化硼表面共价键合具有优异界面相容性的超支化聚合物链，制备得到X组分氮化硼添加材料；同时，通过表面改性反应，将氮化硼与具有良好水溶性和界面相容性的聚乙烯吡咯烷酮共价键合，制备得到Y组分氮化硼添加材料。透水混凝土用添加材料中X组分氮化硼添加材料与Y组分氮化硼添加材料的优化质量配比为1.2-1.5:1，这样，将两种组分添加材料有效结合，能有效发挥各组分材料的协同补强增韧的效果，赋予混凝土良好的界面结合、各向同性、韧性和抗疲劳性。
(3)本发明的混凝土用添加材料中，氮化硼及其所用的聚乙烯吡咯烷酮和超支化聚合物链等改性成分均具有水溶性且环境友好，发明中混凝土用添加材料的制备条件易于满足且原料来源丰富。
(4)本发明的混凝土用添加材料即复合增韧材料可以很方便地与其它混凝土制备材料混合分散均匀，再经标养后即得到增韧混凝土材料，可应用于隧道拱墙、高架桥桥面，道路，结构等建筑混凝土材料领域。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
氮化硼为市售产品，纤维状白色粉末，含量为99.9％，平均长度为20μm，平均直径为100nm，比表面积为23m2/g；
聚乙烯吡咯烷酮的氮的质量分数为11.5-12.8％，聚乙烯吡咯烷酮中树脂含量大于95％，分子量为37900，粘度为2.4，灼烧残渣的质量分数小于1％，玻璃化温度为160℃。
引发剂为市售的三氟化硼乙醚，分析纯；
有机溶剂M为市售的二氯甲烷，分析纯；
单体化合物为市售的3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷，分析纯；
三官能团有机化合物为市售的三聚氯氰，分析纯。
实施例1
一种复合增韧轻质混凝土，按重量份计包括如下组分：水泥30份、陶粒20份、锂渣粉20份、硅灰10份、细砂10份、纳米二氧化硅5份、脱硫石膏8份、石英砂5份、复合增韧材料10份、聚丙烯酸酯5-10份、减水剂1份、生石灰1份、发泡剂2份、膨胀剂0.4份、超细微珠10份和三乙醇胺5份。
其中，所述陶粒为页岩陶粒，其平均直径为10mm；所述锂渣粉的平均粒径为4.0μm；所述硅灰的比表面积大于1600m2/kg；所述细砂为河沙，其细度模数为2.5，堆积密度为1500kg/m3；所述减水剂为萘系高效减水剂，其减水率为18％；所述超细微珠为从粉煤灰中分选出来的浅灰色粉末状空心玻璃微珠，密度为2.49g/cm3，比表面积为1200m2/kg；所述发泡剂为动植物蛋白发泡剂；所述膨胀剂为低碱型混凝土膨胀剂。
其中，制备复合增韧轻质混凝土的方法具体包括如下步骤：
D1、从粉煤灰中分选出呈浅灰色粉末状的空心玻璃微珠作为超细微珠待用；
D2、将水泥、陶粒、锂渣灰、纳米二氧化硅、脱硫石膏、石英砂、复合增韧材料和超细微珠倒入混凝土搅拌机中干拌2min；
D3、然后加入聚丙烯酸酯、减水剂、生石灰、发泡剂、膨胀剂和三乙醇胺继续拌合15min；
D4、接着将搅拌好的混合料放入模具中，经插捣、压实、常压蒸汽养护、拆模以及蒸汽高压养护后即可得到复合增韧轻质混凝土；制得高韧性低收缩抗裂轻质混凝土28天抗压强度为63.7MPa，28天劈裂强度为6.95MPa。
其中，所述复合增韧材料由X组分氮化硼添加材料和Y组分氮化硼添加材料组成；所述X组分氮化硼添加材料与Y氮化硼添加材料的优化质量配比为1.2:1；所述复合增韧材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1、按X组分氮化硼添加材料、Y组分氮化硼添加材料和蒸馏水的质量配比1.2:1:60备料；
S2、上述步骤S1的X组分氮化硼添加材料、Y组分氮化硼添加材料和蒸馏水，在30℃下搅拌5h后待用；
S3、将经上述步骤S2处理后的混合物，在70℃下减压蒸除蒸馏水后，在65℃下真空干燥24h后得到复合增韧材料。
其中，所述X组分氮化硼添加材料由经活化处理的氮化硼在三氟化硼乙醚的作用下混溶解在二氯甲烷中，并与3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷、乙醇与蒸馏水反应制得，具体步骤如下：
A1、将0.2kg的三氟化硼乙醚和经活化处理后1kg的氮化硼在40L的二氯甲烷中混合，在真空和25℃下搅拌0.5h后，在4h的反应时间内缓慢滴加1kg的3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷，再升温到30℃恒温反应50h后，加入25L的乙醇并继续搅拌2h；
A2、在上述步骤A1的体系中加入200L的蒸馏水，放置32h后过滤，所得到的固体用蒸馏水洗净，最后在60℃下真空干燥32h，得到X组分氮化硼添加材料。
其中，所述Y组分氮化硼添加材料由经活化处理的氮化硼依次与三聚氯氰发生反应，与聚乙烯吡咯烷酮发生亲核取代反应制得，具体步骤如下：
B1、选取经活化处理后4kg的氮化硼和0.2kg的三聚氯氰在40L的丙酮中混合，在10℃下搅拌8h后，再在11℃下反应76h后，然后经丙酮洗净，在5℃下真空干燥20h；
B2、将上述步骤B1处理后2kg的氮化硼在70L的N,N’-二甲基乙酰胺中溶解后，加入到溶解有0.5kg的聚乙烯吡咯烷酮的20L的N,N’-二甲基甲酰胺溶液中，在5℃下搅拌3h后，在氮气保护下升温至65℃恒温反应20h后，再升温至90℃恒温反应18h；所述聚乙烯吡咯烷酮需在70℃下真空干燥48h后使用。
B3、反应完全后，减压蒸除溶剂，用二氯甲烷洗净后，在55℃下真空干燥20h后得到Y组分改性氮化硼添加材料；所述Y组分改性氮化硼添加材料中氮化硼与聚乙烯吡咯烷酮的质量含量为1:0.05。
其中，所述氮化硼的活化处理步骤如下：
C1、选取未处理的氮化硼6kg，在转速为400rpm、且每45分钟自动转换旋转方向的条件下球磨30h后，得到平均长度为0.2μm的短切氮化硼，用蒸馏水洗净后，于85℃下真空干燥36h后待用；
C2、将经上述步骤C1处理后4kg的氮化硼和10kg的亚硫酰氯在25L的N,N’-二甲基甲酰胺中，在85℃下搅拌5h后，再以5500rpm的转速离心40min，分离固体并经无水丙酮洗净后，在25℃下真空干燥20h；
C3、在氮气保护下，将上述步骤C2处理后4kg的氮化硼、3L的吡啶和0.5kg的1,3-丙二醇在80L的N-甲基吡咯烷酮中混合，在80℃下反应10h后，减压蒸除N-甲基吡咯烷酮和吡啶，再经无水丙酮洗净后，在15℃下真空干燥18h，得到经活化处理的氮化硼。
实施例2
一种复合增韧轻质混凝土，按重量份计包括如下组分：水泥40份、陶粒35份、锂渣粉30份、硅灰15份、细砂20份、纳米二氧化硅10份、脱硫石膏10份、石英砂6份、复合增韧材料12份、聚丙烯酸酯7份、减水剂1份、生石灰1份、发泡剂3份、膨胀剂1份、超细微珠10份和三乙醇胺7份。
其中，所述陶粒为黏土陶粒和煤矸石陶粒的混合物，其平均直径为15mm；所述锂渣粉的平均粒径为5.0μm；所述硅灰的比表面积大于1600m2/kg；所述细砂为河沙，其细度模数为3，堆积密度为1600kg/m3；所述减水剂为萘系高效减水剂，其减水率为20％；所述超细微珠为从粉煤灰中分选出来的浅灰色粉末状空心玻璃微珠，密度为2.49g/cm3，比表面积为1200m2/kg；所述发泡剂为松香皂类发泡剂；所述膨胀剂为低碱型混凝土膨胀剂。
其中，制备复合增韧轻质混凝土的方法具体包括如下步骤：
D1、从粉煤灰中分选出呈浅灰色粉末状的空心玻璃微珠作为超细微珠待用；
D2、将水泥、陶粒、锂渣灰、纳米二氧化硅、脱硫石膏、石英砂、复合增韧材料和超细微珠倒入混凝土搅拌机中干拌3min；
D3、然后加入聚丙烯酸酯、减水剂、生石灰、发泡剂、膨胀剂和三乙醇胺继续拌合20min；
D4、接着将搅拌好的混合料放入模具中，经插捣、压实、常压蒸汽养护、拆模以及蒸汽高压养护后即可得到复合增韧轻质混凝土；制得高韧性低收缩抗裂轻质混凝土28天抗压强度为69.8MPa，28天劈裂强度为7.55MPa。
其中，所述复合增韧材料由X组分氮化硼添加材料和Y组分氮化硼添加材料组成；所述X组分氮化硼添加材料与Y氮化硼添加材料的优化质量配比为1.5:1；所述复合增韧材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1、按X组分氮化硼添加材料、Y组分氮化硼添加材料和蒸馏水的质量配比1.5:1:60备料；
S2、上述步骤S1的X组分氮化硼添加材料、Y组分氮化硼添加材料和蒸馏水，在50℃下搅拌10h后待用；
S3、将经上述步骤S2处理后的混合物，在80℃下减压蒸除蒸馏水后，在65℃下真空干燥36h后得到复合增韧材料。
其中，所述X组分氮化硼添加材料由经活化处理的氮化硼在三氟化硼乙醚的作用下溶解在二氯甲烷中，并与3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷、乙醇与蒸馏水反应制得，具体步骤如下：
A1、将0.5kg的三氟化硼乙醚和经活化处理后8kg的氮化硼在180L的二氯甲烷中混合，在真空和25℃下搅拌1.5h后，在7h的反应时间内缓慢滴加2.5kg的3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷，再升温到30℃恒温反应55h后，加入90L的乙醇并继续搅拌3h；
A2、在上述步骤A1的体系中加入420L的蒸馏水，放置40h后过滤，所得到的固体用蒸馏水洗净，最后在75℃下真空干燥50h，得到X组分氮化硼添加材料。
其中，所述Y组分氮化硼添加材料由经活化处理的氮化硼依次与三聚氯氰发生反应，与聚乙烯吡咯烷酮发生亲核取代反应制得，具体步骤如下：
B1、选取经活化处理后10kg的氮化硼和2kg的三聚氯氰在220L的丙酮中混合，在10℃下搅拌10h后，再在15℃下反应80h后，然后经丙酮洗净，在5℃下真空干燥25h；
B2、将上述步骤B1处理后9kg的氮化硼在190L的N,N’-二甲基乙酰胺中溶解后，加入到溶解有1kg的聚乙烯吡咯烷酮的50L的N,N’-二甲基甲酰胺溶液中，在5℃下搅拌6h后，在氮气保护下升温至65℃恒温反应25h后，再升温至90℃恒温反应20h；所述聚乙烯吡咯烷酮需在70℃下真空干燥48h后使用。
B3、反应完全后，减压蒸除溶剂，用二氯甲烷洗净后，在55℃下真空干燥25h后得到Y组分改性氮化硼添加材料；所述Y组分改性氮化硼添加材料中氮化硼与聚乙烯吡咯烷酮的质量含量为1:0.1。
其中，所述氮化硼的活化处理步骤如下：
C1、选取未处理的氮化硼6kg，在转速为500rpm、且每50分钟自动转换旋转方向的条件下球磨48h后，得到平均长度为1.0μm的短切氮化硼，用蒸馏水洗净后，于90℃下真空干燥40h后待用；
C2、将经上述步骤C1处理后6kg的氮化硼和15kg的亚硫酰氯在30L的N,N’-二甲基乙酰胺中，在90℃下搅拌12h后，再以6000rpm的转速离心60min，分离固体并经四氢呋喃洗净后，在35℃下真空干燥20h；
C3、在氮气保护下，将上述步骤C2处理后6kg的氮化硼、10L的吡啶和1.2kg的乙二醇在150L的N,N’-二甲基甲酰胺中混合，在85℃下反应20h后，减压蒸除N,N’-二甲基甲酰胺和吡啶，再经四氢呋喃洗净后，在25℃下真空干燥24h，得到经活化处理的氮化硼。
实施例3
一种复合增韧轻质混凝土，按重量份计包括如下组分：水泥60份、陶粒50份、锂渣粉40份、硅灰20份、细砂30份、纳米二氧化硅15份、脱硫石膏15份、石英砂10份、复合增韧材料20份、聚丙烯酸酯5-10份、减水剂3份、生石灰2份、发泡剂2-4份、膨胀剂1.6份、超细微珠20份和三乙醇胺10份。
其中，所述陶粒为页岩陶粒和粉煤灰陶粒的混合物，其平均直径为20mm；所述锂渣粉的平均粒径为6.6μm；所述硅灰的比表面积大于1600m2/kg；所述细砂为河沙，其细度模数为3.5，堆积密度为1800kg/m3；所述减水剂为萘系高效减水剂，其减水率为24％；所述超细微珠为从粉煤灰中分选出来的浅灰色粉末状空心玻璃微珠，密度为2.49g/cm3，比表面积为1200m2/kg；所述发泡剂为洗涤类表面活性剂；所述膨胀剂为低碱型混凝土膨胀剂。
其中，制备复合增韧轻质混凝土的方法具体包括如下步骤：
D1、从粉煤灰中分选出呈浅灰色粉末状的空心玻璃微珠作为超细微珠待用；
D2、将水泥、陶粒、锂渣灰、纳米二氧化硅、脱硫石膏、石英砂、复合增韧材料和超细微珠倒入混凝土搅拌机中干拌2min；
D3、然后加入聚丙烯酸酯、减水剂、生石灰、发泡剂、膨胀剂和三乙醇胺继续拌合18min；
D4、接着将搅拌好的混合料放入模具中，经插捣、压实、常压蒸汽养护、拆模以及蒸汽高压养护后即可得到复合增韧轻质混凝土；制得高韧性低收缩抗裂轻质混凝土28天抗压强度为65.8MPa，28天劈裂强度为7.25MPa。
其中，所述复合增韧材料由X组分氮化硼添加材料和Y组分氮化硼添加材料组成；所述X组分氮化硼添加材料与Y氮化硼添加材料的优化质量配比为1.3:1；所述复合增韧材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1、按X组分氮化硼添加材料、Y组分氮化硼添加材料和蒸馏水的质量配比1.3:1:60备料；
S2、上述步骤S1的X组分氮化硼添加材料、Y组分氮化硼添加材料和蒸馏水，在40℃下搅拌7h后待用；
S3、将经上述步骤S2处理后的混合物，在75℃下减压蒸除蒸馏水后，在65℃下真空干燥30h后得到复合增韧材料。
其中，所述X组分氮化硼添加材料由经活化处理的氮化硼在三氟化硼乙醚的作用下溶解在二氯甲烷中，并与3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷、乙醇与蒸馏水反应制得，具体步骤如下：
A1、将0.3kg的三氟化硼乙醚和经活化处理后5kg的氮化硼在100L的二氯甲烷中混合，在真空和25℃下搅拌1h后，在6h的反应时间内缓慢滴加2kg的3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷，再升温到30℃恒温反应52h后，加入70L的乙醇并继续搅拌3h；
A2、在上述步骤A1的体系中加入320L的蒸馏水，放置36h后过滤，所得到的固体用蒸馏水洗净，最后在70℃下真空干燥45h，得到X组分氮化硼添加材料。
其中，所述Y组分氮化硼添加材料由经活化处理的氮化硼依次与三聚氯氰发生反应，与聚乙烯吡咯烷酮发生亲核取代反应制得，具体步骤如下：
B1、选取经活化处理后6kg的氮化硼和1kg的三聚氯氰在180L的丙酮中混合，在10℃下搅拌9h后，再在13℃下反应78h后，然后经丙酮洗净，在5℃下真空干燥22h；
B2、将上述步骤B1处理后4kg的氮化硼在120L的N,N’-二甲基乙酰胺中溶解后，加入到溶解有0.8kg的聚乙烯吡咯烷酮的40L的N,N’-二甲基甲酰胺溶液中，在5℃下搅拌4h后，在氮气保护下升温至65℃恒温反应22h后，再升温至90℃恒温反应22h；所述聚乙烯吡咯烷酮需在70℃下真空干燥48h后使用。
B3、反应完全后，减压蒸除溶剂，用二氯甲烷洗净后，在55℃下真空干燥22h后得到Y组分改性氮化硼添加材料；所述Y组分改性氮化硼添加材料中氮化硼与聚乙烯吡咯烷酮的质量含量为1:0.08。
其中，所述氮化硼的活化处理步骤如下：
C1、选取未处理的氮化硼6kg，在转速为450rpm、且每48分钟自动转换旋转方向的条件下球磨40h后，得到平均长度为0.5μm的短切氮化硼，用蒸馏水洗净后，于85℃下真空干燥38h后待用；
C2、将经上述步骤C1处理后5kg的氮化硼和12kg的亚硫酰氯在28L的N,N’-二甲基乙酰胺中，在87℃下搅拌8h后，再以5800rpm的转速离心50min，分离固体并经四氢呋喃洗净后，在30℃下真空干燥19h；
C3、在氮气保护下，将上述步骤C2处理后5kg的氮化硼、6L的吡啶和1kg的1,3-丙二醇在100L的N-甲基吡咯烷酮中混合，在82℃下反应15h后，减压蒸除N-甲基吡咯烷酮和吡啶，再经无水丙酮洗净后，在20℃下真空干燥20h，得到经活化处理的氮化硼。
性能测试：根据GB50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准进行混凝土力学测试
28天抗压强度(MPa) 28天劈裂强度(MPa)
实施例1 63.7 6.95
实施例2 69.8 7.55
实施例3 65.8 7.25
综上所述，在原始混凝土中加入复合增韧材料后，相较于现有的轻质混凝土的28d抗弯强度，本发明中混凝土的28d抗弯强度可达到60MPa以上，28d劈裂强度可达到6MPa以上，强度得到了显著的提高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合增韧轻质混凝土，其特征在于：按重量份计包括如下组分：水泥30-60份、陶粒20-50份、锂渣粉20-40份、硅灰10-20份、细砂10-30份、纳米二氧化硅5-15份、脱硫石膏8-15份、石英砂5-10份、复合增韧材料10-20份、聚丙烯酸酯5-10份、减水剂1-5份、生石灰1-3份、发泡剂2-4份、膨胀剂0.4-1.6份、超细微珠10-20份和三乙醇胺5-10份。
2.根据权利要求1所述的复合增韧轻质混凝土，其特征在于：所述陶粒为页岩陶粒、黏土陶粒、煤矸石陶粒、粉煤灰陶粒中的一种或几种混合物，其直径为10-20mm；所述锂渣粉的平均粒径为4.0-6.6μm；所述硅灰的比表面积大于1600m2/kg；所述细砂为河沙，其细度模数为2.5-3.5，堆积密度为1500-1800kg/m3；所述减水剂为萘系高效减水剂，其减水率为18-24%；所述超细微珠为从粉煤灰中分选出来的浅灰色粉末状空心玻璃微珠，密度为2.49g/cm3，比表面积为1200m2/kg；所述发泡剂为动植物蛋白发泡剂、松香皂类发泡剂或洗涤类表面活性剂中的一种；所述膨胀剂为低碱型混凝土膨胀剂。
3.根据权利要求2所述的复合增韧轻质混凝土，其特征在于：所述复合增韧材料由X组分氮化硼添加材料和Y组分氮化硼添加材料组成；所述X组分氮化硼添加材料与Y氮化硼添加材料的优化质量配比为1.2-1.5:1；所述X组分氮化硼添加材料由经活化处理的氮化硼在引发剂的作用下溶解在有机溶剂M中，并与单体化合物、乙醇与蒸馏水反应制得；所述Y组分氮化硼添加材料由经活化处理的氮化硼依次与三官能团有机化合物发生反应，与聚乙烯吡咯烷酮发生亲核取代反应制得。
4.根据权利要求3所述的复合增韧轻质混凝土，其特征在于：所述氮化硼平均长度为20μm，平均直径为100nm，比表面积为23m2/g；所述引发剂为三氟化硼乙醚；所述有机溶剂M为二氯甲烷；所述单体化合物为3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷；所述三官能团有机化合物为三聚氯氰；所述聚乙烯吡咯烷酮的氮的质量分数为11.5-12.8%，聚乙烯吡咯烷酮中树脂含量大于95%，分子量为37900，粘度为2.4，灼烧残渣的质量分数小于1%，玻璃化温度为160℃。
5.根据权利要求4所述的复合增韧轻质混凝土，其特征在于：所述复合增韧材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1、按X组分氮化硼添加材料、Y组分氮化硼添加材料和蒸馏水的质量配比1.2-1.5:1:60备料；
S2、上述步骤S1的X组分氮化硼添加材料、Y组分氮化硼添加材料和蒸馏水，在30-50℃下搅拌5-10h后待用；
S3、将经上述步骤S2处理后的混合物，在70-80℃下减压蒸除蒸馏水后，在65℃下真空干燥24-36h后得到复合增韧材料。
6.根据权利要求5所述的复合增韧轻质混凝土，其特征在于：所述X组分氮化硼添加材料的制备方法包括如下步骤：
A1、将0.2-0.5kg的三氟化硼乙醚和经活化处理后1-8kg的氮化硼在40-180L的二氯甲烷中混合，在真空和25℃下搅拌0.5-1.5h后，在4-7h的反应时间内缓慢滴加1-2.5kg的3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷，再升温到30℃恒温反应50-55h后，加入25-90L的乙醇并继续搅拌2-3h；
A2、在上述步骤A1的体系中加入200-420L的蒸馏水，放置32-40h后过滤，所得到的固体用蒸馏水洗净，最后在60-75℃下真空干燥32-50h，得到X组分氮化硼添加材料。
7.根据权利要求5所述的复合增韧轻质混凝土，其特征在于：所述Y组份氮化硼添加材料的制备方法包括如下步骤：
B1、选取经活化处理后2-10kg的氮化硼和0.2-2kg的三聚氯氰在40-220L的丙酮中混合，在10℃下搅拌8-10h后，再在11-15℃下反应76-80h后，然后经丙酮洗净，在5℃下真空干燥20-25h；
B2、将上述步骤B1处理后2-10kg的氮化硼在70-190L的N,N’-二甲基乙酰胺中溶解后，加入到溶解有0.5-1kg的聚乙烯吡咯烷酮的20-50L的N,N’-二甲基甲酰胺溶液中，在5℃下搅拌3-6h后，在氮气保护下升温至65℃恒温反应20-25h后，再升温至90℃恒温反应18-20h；所述聚乙烯吡咯烷酮需在70℃下真空干燥48h后使用；
B3、反应完全后，减压蒸除溶剂，用二氯甲烷洗净后，在55℃下真空干燥20-25h后得到Y组分改性氮化硼添加材料；所述Y组分改性氮化硼添加材料中氮化硼与聚乙烯吡咯烷酮的质量含量为1:0.05-0.1。
8.根据权利要求6或7任一所述的复合增韧轻质混凝土，其特征在于：所述氮化硼的活化处理步骤如下：
C1、选取未处理的氮化硼6kg，在转速为400-500rpm、且每45-50分钟自动转换旋转方向的条件下球磨30-48h后，得到平均长度为0.2-1.0μm的短切氮化硼，用蒸馏水洗净后，于85-90℃下真空干燥36-40h后待用；
C2、将经上述步骤C1处理后4-6kg的氮化硼和10-15kg的亚硫酰氯在25-30L的有机溶剂N中，在85-90℃下搅拌5-12h后，再以5500-6000rpm的转速离心40-60min，分离固体并经有机溶剂Q洗净后，在25-35℃下真空干燥18-20h；
C3、在氮气保护下，将上述步骤C2处理后4-6kg的氮化硼、3-10L的吡啶和0.5-1.2kg的有机二元醇化合物在80-150L的有机溶剂R中混合，在80-85℃下反应10-20h后，减压蒸除有机溶剂R和吡啶，再经有机溶剂Q洗净后，在15-25℃下真空干燥18-24h，得到经活化处理的氮化硼。
9.根据权利要求8所述的复合增韧轻质混凝土，其特征在于：所述有机溶剂N为N,N’-二甲基甲酰胺或N,N’-二甲基乙酰胺中的一种；所述有机溶剂Q为无水丙酮或四氢呋喃中的一种；所述有机二元醇化合物为1,3-丙二醇或乙二醇中的一种；所述有机溶剂R为N-甲基吡咯烷酮或N,N’-二甲基甲酰胺中的一种。
10.一种制备权利要求1所述的复合增韧轻质混凝土的方法，具体包括如下步骤：
D1、从粉煤灰中分选出呈浅灰色粉末状的空心玻璃微珠作为超细微珠待用；
D2、将水泥、陶粒、锂渣灰、纳米二氧化硅、脱硫石膏、石英砂、复合增韧材料和超细微珠倒入混凝土搅拌机中干拌2-3min；
D3、然后加入聚丙烯酸酯、减水剂、生石灰、发泡剂、膨胀剂和三乙醇胺继续拌合15-20min；
D4、接着将搅拌好的混合料放入模具中，经插捣、压实、常压蒸汽养护、拆模以及蒸汽高压养护后即可得到复合增韧轻质混凝土。
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