CN109437704A - 一种地暖用混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域,尤其是涉及一种地暖用混凝土及其制备方法。本发明中的地暖用混凝土主要包括如下重量份数的组分:水泥45‑60份、减水剂12‑24份、矿物掺合料48‑75份和水39‑78份;所述减水剂包括氧化石墨烯2‑4重量份、聚羧酸1‑2重量份和水9‑18重量份。通过将氧化石墨烯加入混凝土材料中,掺合料选用飞灰、矿粉和硅灰,该地暖用混凝土具有良好的导热性能及耐高温性能,并且在坍塌度、扩展度、流动性、保水性、粘聚性及抗压强度方面均满足地暖用混凝土的要求。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域,尤其是涉及一种地暖用混凝土及其制备方法。
背景技术
因混凝土具有原料丰富,价格低廉,生产工艺简单等特点,使其用量越来越大。并且混凝土还具有耐久性好,抗压强度高,强度等级范围宽等特点,在造船业,机械工业,海洋的开发,地热工程等领域具有广泛的应用。
对于在地热工程方面的应用,混凝土会在高温条件下产生温度应力裂缝。混凝土产生温度应力裂缝的原因是混凝土在浇筑完成之后,混凝土内部的水化热不容易发散出来,致使混凝土内部温度较高,然而混凝土表面散热速度比较快,在混凝土表面及内部出现一定温差,致使混凝土内部出现压应力,而混凝土表面则出现拉应力,会加重裂缝的问题。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种地暖用混凝土,为解决现有技术中存在的地暖用水泥易产生温度应力裂缝,该地暖用混凝土主要包括如下重量份数的组分:水泥45-60份、减水剂12-24份、矿物掺合料48-75份和水39-78份;所述减水剂包括氧化石墨烯2-4重量份、聚羧酸1-2重量份和水9-18重量份。本发明在混凝土中加入氧化石墨烯,氧化石墨烯与水泥基结合过程中会出现“模板效应”,即可以使得水泥水化产物-钙矾石集中生长,可以有效减少针状钙矾石,从而提高水泥基材料的致密性,减少有害孔和微裂缝的存在,提高混凝土的抗渗等级。本发明中的地暖用混凝土具有优异的导热性能及耐高温性能,满足地暖用混凝土的性能要求。
本发明的另一个目的是提供一种地暖用混凝土的制备方法,该方法将水泥、减水剂、矿物掺合料和水混合并进行搅拌,即可得到混凝土。该地暖用混凝土的制备方法操作简单,通过该方法得到的地暖用混凝土具有良好的导热性能及耐高温性能。
为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:
一种地暖用混凝土,主要包括如下重量份数的组分:
水泥45-60份、减水剂12-24份、矿物掺合料48-75份、水39-78份;
所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯2-4份、聚羧酸1-2份和水9-18份。
优选地,所述地暖用混凝土主要包括如下重量份数的组分:
水泥50-55份、减水剂15-20份、矿物掺合料56-64份和水50-70份;
所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯3.5-4份、聚羧酸1.5-2份、水10-14份。
优选地,所述矿物掺合料包括飞灰15-25份、矿粉25-35份和硅灰8-15份。
优选地,所述矿物掺合料包括飞灰18-22份、矿粉28-30份和硅灰10-12份。
如上所述的地暖用混凝土的制备方法,包括如下步骤:
将水泥、减水剂、矿物掺合料和水混合并进行搅拌,得到混凝土。
优选地,所述搅拌时间为1.5-4min,优选为2-3min。
优选地,所述矿物掺合料是将飞灰、矿粉和硅灰混合搅拌3-5min得到,更优选为4-4.5min。
优选地,所述减水剂是将氧化石墨烯、水和聚羧酸混合并经过超声波处理得到。
优选地,所述超声波处理的时间为2-4h,更优选为2.5-3h。
优选地,述超声波处理的温度为27-33℃,更优选为29-31℃。
与已有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)本发明中的地暖用混凝土包括水泥45-60重量份、减水剂12-24重量份、矿物掺合料48-75重量份和水39-78重量份;所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯2-4份、聚羧酸1-2份和水9-18份。本发明在地暖用混凝土中加入氧化石墨烯,氧化石墨烯表面具有羟基、羧基和环氧基等活性功能基团,从微观层面影响混凝土中水化产物的微观结构,从而改善混凝土的裂缝问题。氧化石墨烯与水泥基结合过程中会出现“模板效应”,即可以使得水泥水化产物-钙矾石集中生长,可以有效减少针状钙矾石,从而提高水泥基材料的致密性,减少有害孔和微裂缝的存在,提高混凝土的抗渗等级。
通过将氧化石墨烯加入混凝土材料中,掺合料选用飞灰、矿粉和硅灰,此类矿物掺合料富含二氧化硅等活性成分,在水泥水化所产生的碱性环境条件下可二次水化生成水化硅酸钙凝胶,减少集料界面区的薄弱环节,强化界面粘结力,抗裂性能有所提高,降低内部孔隙率,可以改善热能传递效率。
(2)本发明中地暖用混凝土的制备方法,该方法将水泥、减水剂、矿物掺合料和水混合并进行搅拌,即可得到混凝土。该地暖用混凝土的制备方法操作简单,成本较低,通过该方法得到的地暖用混凝土具有良好的导热性能及耐高温性能,并且在坍塌度、扩展度、流动性、保水性、粘聚性及抗压强度方面均满足地暖用混凝土的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中的混凝土在50±2℃温度下出现的裂缝图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
一种地暖用混凝土,主要包括如下重量份数的组分:
水泥45-60份、减水剂12-24份、矿物掺合料48-75份和水39-78份;
水泥的重量份数典型但非限制性的例如为45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份或60份。
减水剂的重量份数典型但非限制性的例如为12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份或24份。
矿物掺合料重量份数典型但非限制性的例如为48份、50份、52份、55份、58份、60份、62份、65份、68份、70份、72份或75份。
水重量份数典型但非限制性的例如为39份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份、75份或78份。
所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯2-4份、聚羧酸1-2份和水9-18份。
本发明选用新型减水剂,即氧化石墨烯/聚羧酸减水剂,氧化石墨烯是石墨烯的衍生物,它具有和石墨烯相似的二维结构。氧化石墨烯具有超高的强度、超大的比表面积、超强的柔韧性以及非常强的离子交换能力。石墨烯具有高点子迁移率,高热导率,高强度,高比表面积等优点,使其在电子、新能源、材料等领域具有广泛的应用前景。本发明在地暖用混凝土中加入氧化石墨烯/聚羧酸减水剂,氧化石墨烯表面具有羟基、羧基和环氧基等活性功能基团,从微观层面影响混凝土中水化产物的微观结构,从而改善混凝土的裂缝问题。氧化石墨烯与水泥基结合过程中会出现“模板效应”,即可以使得水泥水化产物-钙矾石集中生长,可以有效减少针状钙矾石,从而提高水泥基材料的致密性,减少有害孔和微裂缝的存在,提高混凝土的抗渗等级。
优选地,所述地暖用混凝土主要包括如下重量份数的组分:
水泥50-55份、减水剂15-20份、矿物掺合料56-64份和水50-70份;
通过进一步优选水泥、减水剂、矿物掺合料和水的重量份数,得到的地暖用混凝土具有更加优异的耐热性能和导热性能。
所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯3.5-4份、聚羧酸1.5-2份和水10-14份。
优选地,所述矿物掺合料包括飞灰15-25份、矿粉25-35份和硅灰8-15份。
本发明矿物掺合料选用飞灰、矿粉和硅灰,其富含二氧化硅等活性成分,在水泥水化所产生的碱性环境条件下可二次水化生成水化硅酸钙凝胶,减少集料界面区的薄弱环节,强化界面粘结力,抗裂性能有所提高,降低内部孔隙率,可以改善热能传递效率。本发明的新型矿物掺合料与水泥和氧化石墨烯/聚羧酸减水剂配合作用,得到耐热性能优异和导热性能优异的地暖用混凝土。并且在坍塌度、扩展度、流动性、保水性、粘聚性及抗压强度方面均满足地暖用混凝土的要求。
优选地,所述矿物掺合料包括飞灰18-22份、矿粉28-30份和硅灰10-12份。
如上所述的地暖用混凝土的制备方法,包括如下步骤:
将水泥、减水剂、矿物掺合料和水混合并进行搅拌,得到混凝土。
该方法操作简单,将水泥和搅拌好的矿物掺合料按倒入搅拌机内,再加入氧化石墨烯/聚羧酸减水剂和水,搅拌后得到地暖用混凝土。
优选地,所述搅拌时间为1.5-4min,优选为2-3min。
搅拌时间典型但非限制性的例如为1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min或4min。
优选地,所述矿物掺合料是将飞灰、矿粉和硅灰混合搅拌3-5min得到,更优选为4-4.5min。
矿物掺合料的搅拌时间典型但非限制性的例如为3min、3.5min、4min、4.5min或5min。
优选地,所述减水剂是将氧化石墨烯、水和聚羧酸混合并经过超声波处理得到。
将氧化石墨烯分散液与聚羧酸混合,超声处理并控制温度,得到氧化石墨烯/聚羧酸减水剂。
优选地,所述超声波处理的时间为2-4h,更优选为2.5-3h。
超声波处理的时间典型但非限制性的例如为2h、2.5h、3h、3.5h或4h。
优选地,述超声波处理的温度为27-33℃,更优选为29-31℃。
超声波处理的温度典型但非限制性的例如为27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃或33℃。
在一种优选地实施方案中,所述地暖用混凝土的制备方法,包括如下步骤:
(a)将氧化石墨烯分散液11-22份与聚羧酸1-2份混合,超声处理2-4h,并控制温度为27-33℃,得到氧化石墨烯/聚羧酸减水剂;
(b)将飞灰18-22份、矿粉28-30份和硅灰10-12份混合搅拌3-5min,得到矿物掺合料;
(c)将水泥和搅拌好的矿物掺合料减水剂倒入搅拌机,再加入氧化石墨烯/聚羧酸减水剂和水,搅拌2-3分钟,得到地暖用混凝土。
下面结合具体的实施例、对比例,对本发明做进一步说明。
实施例1
一种地暖用混凝土,主要包括如下重量份数的组分:
水泥45份、减水剂12份、矿物掺合料48份和水39份;
所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯2份、聚羧酸1份和水9份;
所述矿物包括如下重量份数的组分:15份、矿粉25份和硅灰8份;
所述地暖用混凝土的制备方法,包括如下步骤:
(a)将氧化石墨烯分散液11份与聚羧酸1份混合,超声处理2h,并控制温度为27℃,得到氧化石墨烯/聚羧酸减水剂;
(b)将飞灰15份、矿粉25份和硅灰8份混合搅拌3min,得到矿物掺合料;
(c)将水泥45份和搅拌好的矿物掺合料48份倒入搅拌机,再加入氧化石墨烯/聚羧酸减水剂12份和水30份,搅拌1.5min,得到地暖用混凝土。
实施例2
一种地暖用混凝土,主要包括如下重量份数的组分:
水泥60份、减水剂24份、矿物掺合料75份和水78份;
所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯4份、聚羧酸2份和水18份;
所述矿物包括如下重量份数的组分:25份、矿粉35份和硅灰15份;
所述地暖用混凝土的制备方法,包括如下步骤:
(a)将氧化石墨烯分散液22份与聚羧酸2份混合,超声处理2h,并控制温度为27℃,得到氧化石墨烯/聚羧酸减水剂;
(b)将飞灰15份、矿粉25份和硅灰8份混合搅拌3min,得到矿物掺合料;
(c)将水泥60份和搅拌好的矿物掺合料75份倒入搅拌机,再加入氧化石墨烯/聚羧酸减水剂24份和水60份,搅拌4min,得到地暖用混凝土。
实施例3
一种地暖用混凝土,主要包括如下重量份数的组分:
水泥50份、减水剂15份、矿物掺合料56份和水50份;
所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯3.5份、聚羧酸1.5份和水10份;
所述矿物包括如下重量份数的组分:飞灰18份、矿粉28份和硅灰10份;
所述地暖用混凝土的制备方法,包括如下步骤:
(a)将氧化石墨烯分散液13.5份与聚羧酸1.5份混合,超声处理2.5h,并控制温度为29℃,得到氧化石墨烯/聚羧酸减水剂;
(b)将飞灰18份、矿粉28份和硅灰10份混合搅拌4min,得到矿物掺合料;
(c)将水泥50份和搅拌好的矿物掺合料56份倒入搅拌机,再加入氧化石墨烯/聚羧酸减水剂15份和水40份,搅拌2min,得到地暖用混凝土。
实施例4
一种地暖用混凝土,主要包括如下重量份数的组分:
水泥55份、减水剂20份、矿物掺合料64份和水70份;
所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯4份、聚羧酸2份和水14份;
所述矿物包括如下重量份数的组分:22份、矿粉30份和硅灰12份;
所述地暖用混凝土的制备方法,包括如下步骤:
(a)将氧化石墨烯分散液22份与聚羧酸2份混合,超声处理3h,并控制温度为30℃,得到氧化石墨烯/聚羧酸减水剂;
(b)将飞灰15份、矿粉25份和硅灰8份混合搅拌3min,得到矿物掺合料;
(c)将水泥55份和搅拌好的矿物掺合料64份倒入搅拌机,再加入氧化石墨烯/聚羧酸减水剂20份和水56份,搅拌3min,得到地暖用混凝土。
对比例1
一种地暖用混凝土,除包括水泥40份、减水剂10份、矿物掺合料90份和水30份以外,其他操作步骤与实施例3相同。
对比例2
一种卵石混凝土。
对比例3
一种钢筋混凝土。
试验例
将实施例1-4、对比例1、对比例2和对比例3中的混凝土进行工作性能、导热性能、抗压强度及耐热强度的测试。
(1)测试混凝土的工作性能,如表一所示;
表一混凝土的工作性能测试
由表一可知,实施例1-4制备得到的混凝土,利用新型矿物掺合料并且加入氧化石墨烯之后的混凝土所呈现的工作性能与普通混凝土相对比,并无太大差异,说明不会对混凝土的工作性有较大的影响。
(2)混凝土的导热系数测定,测试结果如表二所示;
表二混凝土的导热系数测试
实施例和对比例 | 导热系数 | 线性热膨胀系数 |
实施例1 | 1.86 | 13 |
实施例2 | 1.87 | 13.2 |
实施例3 | 1.9 | 13.6 |
实施例4 | 1.88 | 13.4 |
对比例1 | 1.52 | 10.2 |
对比例2 | 1.51 | 10 |
对比例3 | 1.74 | - |
由表二可知,本发明中实施例1-4制得的混凝土的导热系数相对卵石混凝土和钢筋混凝土有所提高,热膨胀系数也提高了30%以上,具有优异的导热性能。
(2)测试早龄期(7d)和标准养护龄期(28d)混凝土的抗压强度,测试结果如表三所示;
表三混凝土的抗压强度测试(N)
实施例和对比例 | 7天抗压强度 | 28天抗压强度 |
实施例1 | 18 | 42 |
实施例2 | 19 | 42.5 |
实施例3 | 19.5 | 43.5 |
实施例4 | 20 | 43 |
对比例1 | 17 | 40 |
对比例2 | 21 | 44 |
对比例3 | 20 | 45 |
由表三可知,实施例1-4制备的混凝土的抗压强度与对比例2和对比例3中的混凝土的抗压强度相差不大,虽然抗压强度不如卵石混凝土和钢筋混凝土,但是由于用于地暖混凝土方面,对强度影响并没有很严苛,所以不会有影响。
(4)混凝土的耐热强度测试,如图1所示;图1为本发明中的混凝土在50±2℃温度下出现的裂缝,但是由于家中地暖的温度大致为18-25℃,所以不会对混凝土造成由温度产生的裂缝的影响。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种地暖用混凝土,其特征在于,主要包括如下重量份数的组分:
水泥45-60份、减水剂12-24份、矿物掺合料48-75份和水39-78份;
所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯2-4份、聚羧酸1-2份和水9-18份。
2.根据权利要求1所述的地暖用混凝土,其特征在于,所述地暖用混凝土主要包括如下重量份数的组分:
水泥50-55份、减水剂15-20份、矿物掺合料56-64份和水50-70份;
所述减水剂包括如下重量份数的组分:氧化石墨烯3.5-4份、聚羧酸1.5-2份和水10-14份。
3.根据权利要求1所述的地暖用混凝土,其特征在于,所述矿物掺合料包括飞灰15-25份、矿粉25-35份和硅灰8-15份。
4.根据权利要求3所述的地暖用混凝土,其特征在于,所述矿物掺合料包括飞灰18-22份、矿粉28-30份和硅灰10-12份。
5.权利要求1-4任一项所述的地暖用混凝土的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将水泥、减水剂、矿物掺合料和水混合并进行搅拌,得到混凝土。
6.根据权利要求5所述的地暖用混凝土的制备方法,其特征在于,所述搅拌时间为1.5-4min,优选为2-3min。
7.根据权利要求5所述的地暖用混凝土的制备方法,其特征在于,所述矿物掺合料是将飞灰、矿粉和硅灰混合搅拌3-5min得到,更优选为4-4.5min。
8.根据权利要求5所述的地暖用混凝土的制备方法,其特征在于,所述减水剂是将氧化石墨烯、水和聚羧酸混合并经过超声波处理得到。
9.根据权利要求8所述的地暖用混凝土的制备方法,其特征在于,所述超声波处理的时间为2-4h,更优选为2.5-3h。
10.根据权利要求8所述的地暖用混凝土的制备方法,其特征在于,所述超声波处理的温度为27-33℃,更优选为29-31℃。
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