CN109483719B - 一种透光混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种透光混凝土的制备方法，采用纳米粘土‑偶联剂水溶液喷淋到光导纤维网格布，改善光导纤维与水泥基体之间的界面性能，所得产品具有优异的力学性能，耐久性能和抗盐侵蚀性能，最大程度适用于光伏公路的施工要求。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料，具体涉及一种透光混凝土及其制备方法。
背景技术：
透光混凝土起源于国外，国内近年来也有一些研究。
CN101906836B保护一种透光混凝土构件及其制造方法，包括混凝土主体，在混凝土主体中固定若干排列有序的光纤，光纤穿插通过混凝土主体的里、外两面。保持了混凝土原有的物理性能和力学性能，可以不需要开洞而达到采光的要求，并且设备工艺简单，易于实现。
CN102166780B保护一种应用纺织光纤技术制备透光混凝土方法，节约光纤，不容易发生碱腐蚀，不容易产生收缩裂纹，提高透光效果，试样制备难度降低。各组分如下：水泥砂浆：硫铝酸盐水泥砂浆，28天抗压强度大于30MPa，砂浆中集料最大颗粒直径不超过6mm，稠度在11～15cm；光纤：采用有机合成多模光纤，芯料直径/光纤直径为50/125μm，外层涂料用聚乙烯或聚四氟乙烯，体积掺量5～15％；材料保护剂：有机硅油；步骤如下：制备出符合上述要求的硫铝酸盐水泥砂浆；将光纤材料由多轴向经编机编织成3D或2D织物，具体方式如下：3D向织物：由多层伸直且平行排列的XY方向的纤维层利用Z轴向纤维绑缚在一起而形成，形成多层空间结构，即XY方向为平行排列光纤，而Z向为连接纤维，连接纤维可为光纤或普通纤维；2D纤维织物：在XY方向由2层相互垂直的纤维构成，其中每层纤维平行排列；将纺织好的2D光纤织物平行平铺于试模中，分层铺设，铺设3～5层后，或将纺织好的具有多层空间结构的3D光纤织物提拉展开并加以固定后，再浇注新拌水泥浆体，然后用振捣棒插捣密实；如此反复，直到试模内部全部充满水泥浆体和光纤织物；将含有光纤织物的水泥浆体试件在潮湿的环境下养护到14天以上保证其具有足够的强度，然后将硬化水泥试体用切割机切割，最后将切割断面打磨抛光后，对断面进行有机硅油喷涂，从而得到透光水泥基材料。采用选用有机质多模光纤，光纤的直经为2-200μm，把光纤进行一定规则的纺织成型为纤维布或纤维集成体，并作为传输光线的导体以实现水泥混凝土材料透光传像等特殊效果，光纤在砌块内的体积分数可以大大降低到为5～15％。该类材料具有透光稳定性好、制备工艺方便、装饰效果可以设计等优点，是新型的第二代透光水泥混凝土材料。
CN102758496B保护一种透光混凝土的制备方法，利用静电分散光纤，利用速凝浆体将已分散的光纤端头的快速固定。它包括如下步骤：1)准备光纤束、静电发射器、光纤固定槽、水泥、水、速凝剂、模板；光纤束为多根光纤组成；2)称取水泥、水、速凝剂，混合搅拌制备速凝浆体；3)用静电发射器对光纤束端头的光纤释放静电；4)将两个已分散开的光纤束端头分别插入到两个光纤固定槽的速凝浆体内，静置至速凝浆体终凝，再将已硬化的速凝浆体从光纤固定槽脱离并固定在待浇混凝土的模板内侧；5)浇筑混凝土；混凝土硬化后，脱模；将混凝土打磨至光纤的端面暴露于混凝土结构之外，得到透光混凝土。实现了光纤端头的快速分散与固定，可应用于预制透光混凝土构件的生产和现场浇筑透光混凝土部位的施工。
CN107986693A公开一种光催化透光水泥制品及其生产方法，由纤维增强水泥装饰面层、纤维增强水泥结构层和两层光导纤维网格布组成。纤维增强水泥装饰面层和纤维增强水泥结构层分别由20-50份水泥、20-50份砂、5-15份玻璃粉、1-5份光催化剂、1-5份增强纤维、1-5份内掺防水剂、5-15份矿物掺和料、1-3份纳米颗粒、0.5-1份减水剂、15-30份水组成。通过在水泥中分别引入光催化材料、光纤材料，不同级配砂子和内掺防水剂，有效提高建筑物外墙制品的光催化效率和力学性能，能耗低，耐久性好，高强轻质，工艺简单，具有较高的经济和环境效益。
CN108358553A公开一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料制备的透光混凝土及其制备方法。由磷石膏、矿渣粉、硅酸盐水泥、硅灰、减缩剂、膨胀剂、减水剂、焙烧硅藻土、消泡剂、破碎废玻璃渣、珊瑚礁细颗粒、光导纤维和水组成，具有良好的透光性能和多变的装饰效果，同时隔热、轻质，可广泛应用于公共广场、景区及人行横道等，在促进建筑照明节能、建筑装饰领域具有广阔的应用前景。
CN108558288A公开了一种透光混凝土的制备方法，包括如下步骤：S1：透光材料制备，将液态透光树脂、固化剂、促进剂按要求混合搅拌形成液态透光树脂，将所述液态透光树脂注入球模具中，待完全凝固后，打开硅胶球模具，取出透明球状树脂颗粒，即得球形固体透光球状树脂颗粒；S2：表面处理，脱模取出固体透光球状树脂颗粒，在固体透光球状树脂颗粒表面裹涂一层所述液态透光树脂，至固体透光球状树脂颗粒表面的液态透光树脂达到半凝固状态时，再在固体透光球状树脂颗粒表面裹一层细砂；S3：浆体浇筑，将经过步骤S2处理后的固体透光球状树脂颗粒放入模具中，并直接注入浆体至模具，使浆体充分密实固体透光球状树脂颗粒与模具内壁之间的空隙，即得到混凝土；S4：试块处理，将所述步骤S3得到混凝土硬化后，脱模，切割至所需厚度后，再抛光即得透光混凝土。该方法工艺简单，球状树脂颗粒作为透光材料，且对其进行表面处理，增加透光材料与水泥基材料之间粘接性，提高了稳定性，得到的透光混凝土在透光效果上具有无序性，拓宽了其在装饰方面的应用性。
近些年，随着光伏公路的设计需求，透光混凝土的需求量大大增加，但是就施工方面的性能要求，特别是力学强度，耐久性能，抗盐性能方面的需求等，对现有的透光混凝土研究提出了更高的要求。
透光混凝土的成本主要来源于光纤，因此，在满足性能要求的前提下，选择低成本的光纤是降低生产成本的主要途径。但是，从性能提高的角度而言，光纤掺量增大，反而会降低抗压强度等力学性能；因而不能一味的追求加大光纤掺量，而应当从改善光纤与混凝土的界面性能作为主要切入点。上述现有技术中通过环氧树脂增加光纤与混凝土之间的粘结性能，可以提高体系的抗渗性能。但是从力学性能提高的角度，还需要进一步兼顾改善界面结合力。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种透光混凝土，以期达到具有优异的力学性能，耐久性能和抗盐侵蚀性能，最大程度适用于光伏公路的施工要求。
一种透光混凝土的制备方法，采用以下步骤制备而成：
(1)将20-50份水泥，20-50份砂，5-10份粉煤灰，5-10份矿粉，1-10份玻璃微珠，1-5份增强纤维，0.1-0.5份减水剂，10-50份水混合均匀搅拌后制成纤维增强水泥砂浆；
(2)将配置好的纤维增强水泥砂浆，采用刷涂法，在模具中制作纤维增强水泥装饰面层，厚度为5-8mm，自然固化10-30min；
(3)将一层光导纤维网格布铺设到纤维增强水泥装饰面层中，将纳米粘土-偶联剂水溶液喷淋到光导纤维网格布上，纳米粘土-偶联剂水溶液用量为光导纤维网格布质量的1-2％，静置5-30min后用压辊进行辊压，使之陷入纤维增强水泥装饰面层中；
(4)将配置好的纤维增强水泥砂浆刷涂到具有纤维增强水泥装饰面层的模具中，采用刮板将浆料刮平，然后使用压辊进行辊压密实，制作纤维增强水泥结构层；
(5)将一层光导纤维网格布铺设到纤维增强水泥装饰面层中，将纳米粘土-偶联剂水溶液喷淋到光导纤维网格布上，纳米粘土-偶联剂水溶液用量为光导纤维网格布质量的1-2％，静置5-30min后用压辊进行辊压，使之陷入纤维增强水泥装饰面层中；
(6)将上述纤维增强水泥制品常温下养护4-18小时后，脱模制成透光混凝土；
所述纳米粘土-偶联剂水溶液的制备方法是：将1-5份的纳米粘土、0.5-2.5份的分散剂，0.2-0.5份的硅烷偶联剂加入到20-50份水中，先使用机械搅拌器在1000-1200rpm转速下搅拌0.5h，随后在1500-1700rpm转速下搅拌1.5-2h，制备出分散均匀的纳米粘土-偶联剂溶液，所述分散剂是聚乙烯吡咯烷酮。
优选的，所述硅烷偶联剂为KH450，KH550，KH601等中的一种或多种。
优选的，所述纳米粘土是纳米蒙脱土，粒径范围在2-8um。
优选的，所述增强纤维为PP纤维，PVA纤维，PU纤维等。
优选的，所述光导纤维网格布为PS或PMMA光纤制成。
优选的，所述粉煤灰采用I级粉煤灰。矿粉性能指标符合GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的梨化高炉矿渣》要求。
优选的，所述的砂由细砂和粗砂组成，其中细砂和粗砂的比例为1∶1.5-2。
优选的，所述的减水剂为聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂等，优选的为聚羧酸减水剂。
优选的，所述的玻璃微珠的粒径为2000-5000目。
根据上述方法制备得到的透光混凝土。
本发明采用纳米粘土-偶联剂溶液对光纤纤维网格布进行改性，改善了光纤与混凝土的界面结合性，有效的提升了力学性能，耐久性能，并抑制了抗盐溶液的侵蚀性能下降。
具体实施方式
抗硫酸盐侵蚀试验参考GB/T50082-2009《混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中关于抗硫酸盐侵蚀试验的方法进行。
抗氯离子渗透性能按照GB/T50082-2009《混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中关于抗氯离子渗透试验的方法进行。
实施例1：
(1)将25份水泥(P.O 42.5级水泥)，25份砂(细砂∶粗砂＝1∶1.5)，5份粉煤灰，5份矿粉，3份2000目的玻璃微珠，2份PP纤维，0.1份聚羧酸减水剂，30份水混合均匀搅拌后制成纤维增强水泥砂浆；
(2)将配置好的纤维增强水泥砂浆，采用刷涂法，在模具中制作纤维增强水泥装饰面层，厚度为8mm，自然固化20min；
(3)将一层光导纤维网格布(PS编织而成)铺设到纤维增强水泥装饰面层中，将纳米粘土-偶联剂水溶液喷淋到光导纤维网格布上，纳米粘土-偶联剂水溶液用量为光导纤维网格布质量的1％，静置15min后用压辊进行辊压，使之陷入纤维增强水泥装饰面层中；
(4)将配置好的纤维增强水泥砂浆刷涂到具有纤维增强水泥装饰面层的模具中，采用刮板将浆料刮平，然后使用压辊进行辊压密实，制作纤维增强水泥结构层；
(5)将一层光导纤维网格布(PS编织而成)铺设到纤维增强水泥装饰面层中，将纳米粘土-偶联剂水溶液喷淋到光导纤维网格布上，纳米粘土-偶联剂水溶液用量为光导纤维网格布质量的1％，静置15min后用压辊进行辊压，使之陷入纤维增强水泥装饰面层中；
(6)将上述纤维增强水泥制品常温下养护12小时后，脱模制成透光混凝土；
所述纳米粘土-偶联剂水溶液的制备方法是：将1份的粒径2-5um的纳米蒙脱土、0.5份的聚乙烯吡咯烷酮，0.2份的KH550加入到25份水中，先使用机械搅拌器在1000rpm转速下搅拌0.5h，随后在1500rpm转速下搅拌1.5h，制备出分散均匀的纳米粘土-偶联剂溶液。结果见表1。
实施例2
纳米蒙脱土的粒径为10-15um，其他同实施例1。
实施例3
增强纤维为玻璃纤维，其他同实施例1。
实施例4
增强纤维为玄武岩纤维，其他同实施例1。
对比例1
未喷淋纳米粘土-偶联剂溶液，其他同实施例1。
对比例2
喷淋纳米粘土溶液(即未加入偶联剂)，其他同实施例1。
对比例3
喷淋偶联剂溶液(即未加入粘土和分散剂)，其他同实施例1。
表1 实施例和对比例结果数据
抗氯离子渗透试验的结果表明，掺入光导纤维后，试样的电通量明显增加，抗氯离子渗透性能明显下降，这主要说明界面问题。采用纳米粘土偶联剂水溶液喷淋后可以改善光纤与水泥基体的界面性能，有效控制电通量增加的比率。
透光混凝土的抗硫酸盐试验结果表明，硫酸盐的侵蚀作用不可避免，但是通过纳米粘土偶联剂喷淋改性后可以有效改善抗硫酸盐侵蚀性能。
掺入少量光导纤维网格布会明显改善抗压强度，而通过纳米粘土偶联剂喷淋改性后会进一步提高抗压强度，这主要归因于界面粘合力的提高。
Claims (7)
1.一种透光混凝土的制备方法，采用以下步骤制备而成：
(1)将20-50份水泥，20-50份砂，5-10份粉煤灰，5-10份矿粉，1-10份玻璃微珠，1-5份增强纤维，0.1-0.5份减水剂，10-50份水，混合均匀搅拌后制成纤维增强水泥砂浆；所述纤维为PP纤维；
(2)将配置好的纤维增强水泥砂浆，采用刷涂法，在模具中制作纤维增强水泥装饰面层；
(3)将一层光导纤维网格布铺设到纤维增强水泥装饰面层中，将纳米粘土-偶联剂水溶液喷淋到光导纤维网格布上，纳米粘土-偶联剂水溶液用量为光导纤维网格布质量的1-2％，静置5-30min后用压辊进行辊压，使之陷入纤维增强水泥装饰面层中；
(4)将配置好的纤维增强水泥砂浆刷涂到具有纤维增强水泥装饰面层的模具中，采用刮板将浆料刮平，然后使用压辊进行辊压密实，制作纤维增强水泥结构层；
(5)将一层光导纤维网格布铺设到纤维增强水泥装饰面层中，将纳米粘土-偶联剂水溶液喷淋到光导纤维网格布上，纳米粘土-偶联剂水溶液用量为光导纤维网格布质量的1-2％，静置5-30min后用压辊进行辊压，使之陷入纤维增强水泥装饰面层中；
(6)将上述纤维增强水泥制品常温下养护4-18小时后，脱模制成透光混凝土；
所述纳米粘土-偶联剂水溶液的制备方法是：将1-5份的纳米粘土、0.5-2.5份的分散剂、0.2-0.5份的硅烷偶联剂加入到20-50份水中，先使用机械搅拌器在1000-1200rpm转速下搅拌0.5h，随后在1500-1700rpm转速下搅拌1.5-2h，制备出分散均匀的纳米粘土-偶联剂溶液，所述分散剂是聚乙烯吡咯烷酮；所述纳米粘土是纳米蒙脱土，粒径范围在2-8um。
2.如权利要求1所述的方法，所述光导纤维网格布为PS或PMMA光纤制成。
3.如权利要求1所述的方法，所述粉煤灰采用I级粉煤灰。
4.如权利要求1所述的方法，所述的砂由细砂和粗砂组成，其中细砂和粗砂的比例为1∶1.5-2。
5.如权利要求1所述的方法，所述的减水剂为聚羧酸减水剂或萘系高效减水剂。
6.如权利要求1所述的方法，所述的玻璃微珠的粒径为2000-5000目。
7.根据权利要求1-6任一方法制备得到的透光混凝土。
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