CN109437961A - 一种混凝土轻集料及其制备方法和混凝土 - Google Patents

一种混凝土轻集料及其制备方法和混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混凝土轻集料及其制备方法和混凝土，混凝土轻集料以重量份数计，原料包括以下组分：铸造废灰60～80份、粘土矿物10～20份和二氧化钛15～25份；铸造废灰包括CaO 10～11wt％、SiO268～72wt％和Fe2O313～14wt％。该混凝土轻集料以铸造废灰和粘土矿物对二氧化钛进行改性制得，轻集料内部存在大量的泡孔结构，实现了轻集料轻质的优势；泡孔结构产生过程中的双向牵伸作用有利于分散二氧化钛；泡孔结构使进入材料的电磁波陷入“迷宫结构”中，从而显著地提升材料的吸波性能，有效防止材料的电磁泄漏。混凝土轻集料制备的混凝土具有优异的强度和吸波性能。

Description

一种混凝土轻集料及其制备方法和混凝土
技术领域
本发明属于防辐射材料技术领域，尤其涉及一种混凝土轻集料及其制备方法和混凝土。
背景技术
随着科学技术的迅速发展，电磁辐射造成的“电磁污染”被列为继大气污染、水源污染、噪声污染之后的第四大环境污染。电磁屏蔽混凝土是是通过对混凝土进行改性而得到的一种防护或遮挡电磁波的混凝土。混凝土作为当今世界上最主要的建筑材料之一，它具有诸多重要优点，特殊是其具有很充分的改造性、复合性。如通过掺入碳纤维，可使混凝土的电磁屏蔽性能与普通混凝土相比有明显的改变。
电磁屏蔽多功能混凝土在军事上可用于防护工事，即核爆炸电磁杀伤、干扰和常规武器杀伤、干扰的电磁屏蔽防护；也可以用于军用、民用电磁信号泄露失密的电磁屏蔽防护；民用电磁污染限定在一定范围的电磁防护。另外，电磁屏蔽多功能混凝土还可用于发射台、基站、微波站、EMC实验室、高压线下建筑物等。
随着人们生活水平的提高，对健康要求也越来越高，对电磁污染也越来越警惕。开发电磁屏蔽多功能混凝土不仅对人们的身体健康，而且对保护军事机密都有着重大意义，将会带来重大的经济和社会效益。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混凝土轻集料及其制备方法和混凝土，该混凝土轻集料具有较高的强度和优异的吸波性能。
本发明提供了一种混凝土轻集料，以重量份数计，原料包括以下组分：
铸造废灰60～80份、粘土矿物10～20份和二氧化钛15～25份；
所述铸造废灰包括CaO10～11wt％、SiO2 68～72wt％和Fe2O3 13～14wt％。
优选地，所述粘土矿物选自膨润土、高岭土和高岭土中的一种或多种。
优选地，原料包括以下组分：
铸造废灰70份、膨润土10份、硅藻土5份、二氧化钛15份；
或铸造废灰70份、膨润土8份、硅藻土2份、二氧化钛20份；
或铸造废灰60份、膨润土8份、高岭土7份、二氧化钛25份；
或铸造废灰60份、膨润土7份、硅藻土5份、高岭土3份、二氧化钛25 份。
本发明提供了一种上述技术方案所述混凝土轻集料的制备方法，包括以下步骤：
将铸造废灰、粘土矿物、二氧化钛和水混合，造粒，得到粒径5～10mm的球状坯体；
将所述球状坯体600～900℃下保温40～60min后，再1100～1180℃下保温 30～40min，冷却，得到混凝土轻集料。
优选地，所述球状坯体以5～15℃/min升温速率升温至600～900℃后，再以5～10℃/min升温至1100～1180℃。
本发明提供了一种混凝土，包括水泥、砂、水、吸波材料和混凝土轻集料；
所述混凝土轻集料为上述技术方案所述混凝土轻集料或上述技术方案所述制备方法制备的混凝土轻集料。
优选地，所述吸波材料选自纳米TiO2、锰锌铁氧体和镍锌铁氧体中的一种或多种。
优选地，所述水泥、砂、水、吸波材料和混凝土轻集料的质量比为445～455： 710～730：153～157：29～32：930～970。
本发明提供了一种混凝土轻集料，以重量份数计，原料包括以下组分：铸造废灰60～80份、粘土矿物10～20份和二氧化钛15～25份；所述铸造废灰包括CaO10～11wt％、SiO268～72wt％和Fe2O3 13～14wt％。该混凝土轻集料以铸造废灰和粘土矿物对二氧化钛进行改性制得，轻集料内部存在大量的泡孔结构，实现了轻集料轻质的优势；泡孔结构产生过程中的双向牵伸作用有利于分散二氧化钛；泡孔结构使进入材料的电磁波陷入“迷宫结构”中，从而显著地提升材料的吸波性能，有效防止材料的电磁泄漏。混凝土轻集料制备的混凝土具有优异的强度和吸波性能。实验结果表明：混凝土轻集料的密度为836～854 m3/kg；筒压强度为8.6～10.3MPa；吸水率为10.8～12.1％；反射率为-12～-13dB；混凝土轻集料制备的混凝土的强度为40.2～42.1MPa；吸波性能为-25～-30dB。
具体实施方式
本发明提供了一种混凝土轻集料，以重量份数计，原料包括以下组分：
铸造废灰60～80份、粘土矿物10～20份和二氧化钛15～25份；
所述铸造废灰包括CaO10～11wt％、SiO2 68～72wt％和Fe2O3 13～14wt％。
以重量份数计，本发明提供的混凝土轻集料的原料包括铸造废灰60～80 份。在本发明具体实施例中，所述铸造废灰的用量为60份或70份。所述铸造废灰包括CaO10～11wt％、SiO2 68～72wt％和Fe2O3 13～14wt％。所述铸造废灰的烧失量为30～35％。本发明以铸造废灰和粘土对二氧化钛进行改性，使得到的轻集料具有较高的强度和优异的吸波性能。
本发明提供的混凝土轻集料的原料包括粘土矿物10～20份。在本发明具体实施例中，所述粘土矿物的用量为10份、15份或12份。所述粘土矿物优选选自膨润土、硅藻土和高岭土中的一种或多种。在本发明具体实施例中，所述粘土矿物为膨润土、高岭土和硅藻土的混合物、或膨润土和高岭土的混合物。所述粘土矿物能够增强轻集料的筒压强度。
本发明提供的混凝土轻集料的原料包括二氧化钛15～25份。在本发明具体实施例中，所述二氧化钛的用量为15份、20份或25份。所述二氧化钛通过与铸造废灰和粘土矿物相互配伍，使得轻集料具有较高的强度和优异的吸波性能。在本发明具体实施例中，所述二氧化钛的原料为金红石粉体。
在本发明具体实施例中，所述混凝土轻集料的制备原料包括以下组分：
铸造废灰70份、膨润土10份、硅藻土5份、二氧化钛15份；
或铸造废灰70份、膨润土8份、硅藻土2份、二氧化钛20份；
或铸造废灰60份、膨润土8份、高岭土7份、二氧化钛25份；
或铸造废灰60份、膨润土7份、硅藻土5份、高岭土3份、二氧化钛25 份。
本发明提供了一种上述技术方案所述混凝土轻集料的制备方法，包括以下步骤：
将铸造废灰、粘土矿物、二氧化钛和水混合，造粒，得到粒径5～10mm的球状坯体；
将所述球状坯体600～900℃下保温40～60min后，再1100～1180℃下保温 30～40min，冷却，得到混凝土轻集料。
本发明将铸造废灰、粘土矿物、二氧化钛和水混合，造粒，得到粒径 5～10mm的球状坯体。所述水的质量占所述铸造废灰、粘土矿物和二氧化钛总质量的10～20％。
得到球状坯体后，本发明将所述球状坯体600～900℃下保温40～60min后，再1100～1180℃下保温30～40min，冷却，得到混凝土轻集料。在本发明中，所述球状坯体以5～15℃/min升温速率升温至600～900℃后，再以5～10℃/min升温至1100～1180℃。
本发明提供了一种混凝土，包括水泥、砂、水、吸波材料和混凝土轻集料；所述混凝土轻集料为上述技术方案所述混凝土轻集料或上述技术方案所述制备方法制备的混凝土轻集料。
在本发明中，所述吸波材料优选选自纳米TiO2、锰锌铁氧体和镍锌铁氧体中的一种或多种。所述水泥为标号42.5的水泥；所述砂的粒度为10～70目的石子。
在本发明中，所述水泥、砂、水、吸波材料和混凝土轻集料的质量比优选为445～455：710～730：153～157：29～32：930～970；更优选为450：720：155： 30：950。
本发明提供的混凝土中包括上述技术方案所述的轻集料，使其具有较高的强度和优异的吸波性能。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种混凝土轻集料及其制备方法和混凝土进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例中，铸造废灰中包括CaO 10.42wt％，SiO2 69.58wt％，Fe2O313.61wt％，TiO21.33wt％，K2O 0.98wt％和MnO2 0.31wt％。
实施例1
1)各组分的称量：称取铸造废灰、膨润土、硅藻土、二氧化钛：铸造废灰70份、膨润土10份，硅藻土5份、二氧化钛15份；
2)混料与成型：将称量好的铸造废灰、膨润土、硅藻土、二氧化钛置于混合机中混合均匀，再将混合料加水造粒，将粉料制成半径为5～10mm的球状坯体；
3)吸波集料烧成：将球状坯体在空气气氛炉中进行煅烧，升温速率为 10℃/min，匀速升温至600℃，保温45min，再以升温速率为5℃/min，升温至 1130℃，保温30min，然后在空气气氛下自然冷却至室温，得到混凝土轻集料。
4)性能测试：将制备好的混凝土轻集料进行密度、吸水率、强度和吸波性能测试，结果见表1：
表1本发明实施例1～4制备的混凝土轻集料的性能测试结果
密度/m<sup>3</sup>/kg 筒压强度/MPa 吸水率/％ 反射率/dB
实施例1 843 9.5 12 -12
实施例2 839 8.6 11.5 -13
实施例3 854 8.8 12.1 -12
实施例4 836 10.3 10.8 -12
本发明将实施例1制备混凝土轻集料参见表2的配料制备得到混凝土，其中混凝土采用标号为42.5水泥，石子为普通混凝土采用的普通石子，制备的电磁屏蔽混凝土样块的体积为7cm×7cm×7cm。本发明对实施例1制备的混凝土进行力学强度和吸波性能测试，结果见表3。
实施例2
1)各组分的称量：称取铸造废灰、粘土矿物、二氧化钛：铸造废灰70份、粘土矿物10份、二氧化钛20份，其中粘土矿物为膨润土8份、高岭土2份；
2)混料与成型：将称量好的铸造废灰、粘土矿物、二氧化钛置于混合机中混合均匀，再将混合料加水造粒，将粉料制成半径为5～10mm的球状坯体；
3)吸波集料烧成：将球状坯体在空气气氛炉中进行煅烧，升温速率为 5℃/min，匀速升温至600℃，保温40min，再以升温速率为5℃/min，升温至 1150℃，保温35min，然后在空气气氛下自然冷却至室温，得到混凝土轻集料。
4)性能测试：将制备好的混凝土轻集料进行密度、吸水率、强度和吸波性能测试，结果见表1。
本发明将实施例2制备混凝土轻集料参见表2的配料制备得到混凝土。本发明对实施例2制备的混凝土进行力学强度和吸波性能测试，结果见表3。
实施例3
1)各组分的称量：称取铸造废灰、粘土矿物、二氧化钛：铸造废灰60份、粘土矿物15份、二氧化钛25份，其中粘土矿物为膨润土8份、高岭土7份；
2)混料与成型：将称量好的铸造废灰、粘土矿物、二氧化钛置于混合机中混合均匀，再将混合料加水造粒，将粉料制成半径为5～10mm的球状坯体；
3)吸波集料烧成：将球状坯体在空气气氛炉中进行煅烧，升温速率为 5℃/min，匀速升温至600℃，保温40min，再以升温速率为5℃/min，升温至 1150℃，保温35min，然后在空气气氛下自然冷却至室温，得到混凝土轻集料。
4)性能测试：将制备好的混凝土轻集料进行密度、吸水率、强度和吸波性能测试，结果见表1。
本发明将实施例3制备混凝土轻集料参见表2的配料制备得到混凝土。本发明对实施例3制备的混凝土进行力学强度和吸波性能测试，结果见表3。
实施例4
1)各组分的称量：称取铸造废灰、粘土矿物、二氧化钛：铸造废灰60份、粘土矿物15份、二氧化钛25份，其中粘土矿物为膨润土7份、硅藻土5份、高岭土3份；
2)混料与成型：将称量好的铸造废灰、粘土矿物、二氧化钛置于混合机中混合均匀，再将混合料加水造粒，将粉料制成半径为5～10mm的球状坯体；
3)吸波集料烧成：将球状坯体在空气气氛炉中进行煅烧，升温速率为 8℃/min，匀速升温至800℃，保温35min，再以升温速率为9℃/min，升温至 1145℃，保温40min，然后在空气气氛下自然冷却至室温，得到混凝土轻集料。
4)性能测试：将制备好的混凝土轻集料进行密度、吸水率、强度和吸波性能测试，结果见表1。
实施例4-1～实施例4-3
本发明将上述实施例4制备的混凝土轻集料分别与纳米TiO2、锰锌铁氧体和镍锌铁氧体制备电磁屏蔽混凝土，分别记作实施例4-1、实施例4-2和实施例4-3，配比见表2：
表2电磁屏蔽混凝土各组分的配比(kg/m3)
与采用相同体积的比例的石子制备的电磁屏蔽混凝土作为对比，分别记作对比例1、对比例2和对比例3；将混凝土样块经7d氧护后，对其强度和吸波性能进行测试，结果见表3：
表3实施例和对比例制备的电磁屏蔽混凝土的性能测试结果
由以上实施例可知，本发明提供了一种混凝土轻集料，以重量份数计，原料包括以下组分：铸造废灰60～80份、粘土矿物10～20份和二氧化钛15～25 份；所述铸造废灰包括CaO10～11wt％、SiO2 68～72wt％和Fe2O3 13～14wt％。该混凝土轻集料以铸造废灰和粘土矿物对二氧化钛进行改性制得，轻集料内部存在大量的泡孔结构，实现了轻集料轻质的优势；泡孔结构产生过程中的双向牵伸作用有利于分散二氧化钛；泡孔结构使进入材料的电磁波陷入“迷宫结构”中，从而显著地提升材料的吸波性能，有效防止材料的电磁泄漏。混凝土轻集料制备的混凝土具有优异的强度和吸波性能。实验结果表明：混凝土轻集料的密度为836～854m3/kg；筒压强度为8.6～10.3MPa；吸水率为10.8～12.1％；反射率为-12～-13dB；混凝土轻集料制备的混凝土的强度为40.2～42.1MPa；吸波性能为-25～-30dB。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种混凝土轻集料，以重量份数计，原料包括以下组分：
铸造废灰60～80份、粘土矿物10～20份和二氧化钛15～25份；
所述铸造废灰包括CaO 10～11wt％、SiO2 68～72wt％和Fe2O3 13～14wt％。
2.根据权利要求1所述的混凝土轻集料，其特征在于，所述粘土矿物选自膨润土、高岭土和硅藻土中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的混凝土轻集料，其特征在于，原料包括以下组分：
铸造废灰70份、膨润土10份、硅藻土5份、二氧化钛15份；
或铸造废灰70份、膨润土8份、硅藻土2份、二氧化钛20份；
或铸造废灰60份、膨润土8份、高岭土7份、二氧化钛25份；
或铸造废灰60份、膨润土7份、硅藻土5份、高岭土3份、二氧化钛25份。
4.一种权利要求1～3任一项所述混凝土轻集料的制备方法，包括以下步骤：
将铸造废灰、粘土矿物、二氧化钛和水混合，造粒，得到粒径5～10mm的球状坯体；
将所述球状坯体600～900℃下保温40～60min后，再1100～1180℃下保温30～40min，冷却，得到混凝土轻集料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述球状坯体以5～15℃/min升温速率升温至600～900℃后，再以5～10℃/min升温至1100～1180℃。
6.一种混凝土，包括水泥、砂、水、吸波材料和混凝土轻集料；
所述混凝土轻集料为权利要求1～3任一项所述混凝土轻集料或权利要求4～5任一项所述制备方法制备的混凝土轻集料。
7.根据权利要求6所述的混凝土，其特征在于，所述吸波材料选自纳米TiO2、锰锌铁氧体和镍锌铁氧体中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的混凝土，其特征在于，所述水泥、砂、水、吸波材料和混凝土轻集料的质量比为445～455：710～730：153～157：29～32：930～970。
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