CN110526633A - 一种透光及自发光一体的混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种透光及自发光一体的混凝土及其制备方法和应用。本发明主要由以下原料制成：水泥、煤灰、胶粉、硅灰、砂、发光石、发光粉、纤维素、硅藻土、憎水剂、外加剂、膨胀剂、纤维、颜料、光纤，以及水。本发明中，通过加入光纤使得混凝土材料具有良好的透光性能，而发光石、发光粉的复合使用，能够实现蓄能、发光的良好效果；同时，通过将水泥与砂、煤灰、硅灰、硅藻土等主料配合使用，并配合纤维、纤维素等辅料共同使用，加之憎水剂、膨胀剂，以及外加剂等添加剂的搭配使用，也使得本发明混凝土成型后具有良好的抗折、抗压强度。

Description

一种透光及自发光一体的混凝土及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及混凝土材料领域，具体而言，涉及一种透光及自发光一体的混凝土及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的发展与科技的进步，现在建筑行业中，要求混凝土不仅具有较为优异的物理性能和结构性能，还需要兼具越来越多的功能性，例如，装饰、环保、低碳等特性。各种类型的混凝土也应运而生，例如透水混凝土、彩色混凝土、泡沫混凝土、清水混凝土等。这些混凝土打破了传统混凝土笨重、单调、庞大的感觉，成为了一种轻质、活泼、美观的新型建筑材料。

透光混凝土是由大量的光学纤维或塑料树脂等透光材料和普通混凝土制成，具有高透明度，可以透过光线的特点。预制的透光混凝土墙板可以将离其最近的物体的阴影在墙上投影，明亮的一侧的阴影会以鲜明的轮廓出现在阴暗的一面，且颜色保持不变，会令人感觉室内明亮、通透。

发光混凝土是一种白天吸收日光或紫外光，并将光能储存起来，晚上将储存的光能以可见光的形式释放出来的发光混凝土。应用领域十分广泛，它可以应用于路标、公路分界线等，在夜晚指示行人、汽车行走；也可以应用到房屋预制或现浇的楼梯上，还可以应用可以用到广场、公园、游乐、休闲场所，铺设出各种各样的花纹图案，起到美化与亮化作用。

目前，关于透光混凝土和发光混凝土的研究较少，而将透光和自发光功能结合一体的混凝土更为少见。因此，开发一种能够在白天蓄能透光，又能在夜晚自发光透光的水泥材料，是具有十分重要的意义的。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种透光及自发光一体的混凝土，本发明混凝土具有良好的透光和自发光性能，能够起到节能、环保，以及照明、装饰等多功能效果。

本发明的第二目的在于提供一种所述的一种透光及自发光一体的混凝土的制备方法。

本发明的第三目的在于提供一种所述的一种透光及自发光一体的混凝土在建筑中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种透光及自发光一体的混凝土，所述混凝土主要由以下原料制成：水泥、煤灰、胶粉、硅灰、砂、发光石、发光粉、纤维素、硅藻土、憎水剂、外加剂、膨胀剂、纤维、颜料、光纤，以及水。

优选的，按照重量份数计，本发明所述混凝土主要由以下原料制成：水泥22～30份，煤灰8～15份，胶粉0.3～1.2份，硅灰5～15份，砂40～80份，发光石3～12份，发光粉1～5份，纤维素0.1～0.3份，硅藻土3～8份，憎水剂0.1～0.3份，外加剂0.5～1.5份，膨胀剂0.5～1.5份，纤维0.5～2份，颜料0～3份，光纤3～12份，以及水5～12份。

优选的，按照重量份数计，本发明所述混凝土主要由以下原料制成：水泥25～28份，煤灰10～14份，胶粉0.5～1份，硅灰8～12份，砂50～70份，发光石5～10份，发光粉1.5～3份，纤维素0.15～0.2份，硅藻土4～6份，憎水剂0.1～0.2份，外加剂0.8～1.2份，膨胀剂0.8～1.5份，纤维0.8～1.5份，颜料0～3份，光纤5～10份，以及水7.5～10份。

优选的，本发明所述的透光及自发光一体的混凝土中，所述水泥包括白色/灰色硅酸盐水泥，矿渣水泥，铝盐水泥，硫铝酸盐水泥，铁盐水泥，或者菱镁水泥中的一种或几种；

和/或，所述砂包括河砂、人造砂，或者石英砂中的一种或几种；

和/或，所述颜料包括无机矿物颜料；更优选的，所述颜料包括：钛白、铁红、铁黄，或者铁黑中的一种或几种；

和/或，所述纤维包括木质纤维。

优选的，本发明所述的透光及自发光一体的混凝土中，所述外加剂主要由减水剂、消泡剂、缓凝剂、保水剂，以及水混合制备得到。

同时，本发明还提供了所述的透光及自发光一体的混凝土的制备方法，包括：

将水泥、硅灰、胶粉、纤维、纤维素、发光粉、硅藻土、憎水剂、膨胀剂，以及颜料搅拌混合；然后，加入砂和发光石，继续搅拌混合；加入外加剂搅拌混合后，再加水搅拌；将搅拌所得混凝土浇注入模后，加入光纤；脱模后进行养护。

优选的，本发明所述的制备方法中，所述加水搅拌包括先慢搅拌，然后快搅拌的步骤。

优选的，本发明所述的制备方法中，所述养护包括：定厚、打磨、抛光，以及施用保护剂的步骤。

同时，本发明还提供了所述的透光及自发光一体的混凝土在建筑中的应用。

进一步的，本发明也提供了包含本发明透光及自发光一体的混凝土的构件或建筑。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明中，通过加入光纤使得混凝土材料具有良好的透光性能，而发光石、发光粉的复合使用，能够实现蓄能、发光的良好效果；

同时，通过将水泥与砂、煤灰、硅灰、硅藻土等主料配合使用，并配合纤维、纤维素等辅料共同使用，加之憎水剂、膨胀剂，以及外加剂等添加剂的搭配使用，也使得本发明混凝土成型后具有良好的抗折、抗压强度，并能够用于建筑行业中；

进一步的，本发明混凝土制备方法步骤简便，操作简单，适于推广并规模化生产。

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。

有鉴于现有混凝土在功能性上所存在的不足之处，本发明特提供了一种新型混凝土材料，不仅能够达到普通混凝土成型后的强度等力学性能的要求，同时还具有良好的透光、自发光性能，为建筑提供了新的选择和设计空间。

具体的，本发明所提供的透光及自发光一体的混凝土的原料如下：水泥、煤灰、胶粉、硅灰、砂、发光石、发光粉、纤维素、硅藻土、憎水剂、外加剂、膨胀剂、纤维、颜料、光纤，以及水；

其中，所述水泥为白色/灰色硅酸盐水泥，矿渣水泥，铝盐水泥，硫铝酸盐水泥，铁盐水泥，或者菱镁水泥中的一种或几种；

所述砂为河砂、人造砂，或者石英砂中的一种或几种；

进一步的，所述石英砂为级配石英砂，例如20～40目石英砂，40～80目石英砂，80～120目石英砂等中的一种或几种；

所述外加剂由减水剂、消泡剂、缓凝剂、保水剂，以及水混合制备得到，外加剂中各原料质量百分数配比为：减水剂50～60％，消泡剂0.1～0.5％，缓凝剂1～3％，保水剂0.02～0.08％，水40～50％；

优选为聚羧酸减水剂50％，消泡剂0.3％，缓凝剂2％，纤维素醚保水剂0.06％，以及余量的水；

其制备步骤可参考如下：将减水剂、缓凝剂，以及保水剂加入水中搅拌，然后加入消泡剂搅拌均匀，即得到所述外加剂；

所述颜料为无机矿物颜料；优选的，所述颜料包括：钛白、铁红、铁黄，或者铁黑中的一种或几种；

所述纤维包括但不限于木质纤维、玄武岩纤维、钢纤维、耐碱玻璃纤维。

进一步的，按照质量份数计，如上各原料的配比如下：水泥22～30份，例如可以为，但不限于23、25、27，或者29份等；煤灰8～15份，例如可以为，但不限于10、12，或者14份等；胶粉0.3～1.2份，例如可以为，但不限于0.5、0.7、0.9、1，或者1.1份等；硅灰5～15份，例如可以为，但不限于7、9、10、12，或者14份等；砂40～80份，例如可以为，但不限于42、45、48、50、52、55、57、60、62、65、67、70、72、75，或者77份等；发光石3～12份，例如可以为，但不限于5、7、9、10，或者11份等；发光粉1～5份，例如可以为，但不限于2、3，或者4份等；纤维素0.1～0.3份，例如可以为，但不限于0.15、0.2，或者0.25份等；硅藻土3～8份，例如可以为，但不限于4、5，或者7份等；憎水剂0.1～0.3份，例如可以为，但不限于0.15、0.2，或者0.25份等；外加剂0.5～1.5份，例如可以为，但不限于0.8、1，或者1.2份等；膨胀剂0.5～1.5份，例如可以为，但不限于0.8、1，或者1.2份等；纤维0.5～2份，例如可以为，但不限于0.8、1、1.2、1.5，或者1.8份等；颜料0～3份，例如可以为，但不限于0.5、1、1.5、2，或者2.5份等；光纤3～12份，例如可以为，但不限于5、7、9、10，或者11份等；以及水5～12份，例如可以为，但不限于7、9、10，或者11份等。

优选的，按照质量份数计，如上各原料的配比为：水泥25～28份，煤灰10～14份，胶粉0.5～1份，硅灰8～12份，砂50～70份，发光石5～10份，发光粉1.5～3份，纤维素0.15～0.2份，硅藻土4～6份，憎水剂0.1～0.2份，外加剂0.8～1.2份，膨胀剂0.8～1.5份，纤维0.8～1.5份，颜料0～3份，光纤5～10份，以及水7.5～10份。

本发明如上原料组成的透光及自发光一体的混凝土的制备工艺也较为简便，具体步骤可参考如下：

(a)将配方量的水泥、硅灰、胶粉、纤维、纤维素、发光粉、硅藻土、憎水剂、膨胀剂，以及颜料分别加入搅拌机中，并干拌5min；

(b)向步骤(a)混合物中，加入石英砂、发光石，并搅拌2min；

(c)向步骤(b)混合物中，加入外加剂，慢速搅拌1min；然后加入水慢速搅拌2min，最后快速搅拌3min；

(d)将搅拌好的混凝土浇注入模，并按照设计要求加入光纤；

(e)脱模后进行定厚、打磨、抛光，并在表面喷涂/涂刷混凝土保护剂。

如上所制备的混凝土材料不仅具有良好的力学性能，同时还具有透光和自发光功能，因而能够进一步作为建筑材料而使用；

而应用本发明透光-自发光一体混凝土材料的建筑则不仅具有建筑本身的支撑、容纳等功效，同时还具有自发光节能环保功能，而且为建筑设计提供了更多的思路和更为广阔的想象空间。

实施例1

按照质量份数：42.5白色硅酸盐水泥500份，煤灰215份，硅灰180份，40～80目级配石英砂680份，发光石100份，发光粉30份，硅藻土30份，胶粉15份，纤维素5份，憎水剂3份，外加剂18份，木质纤维20份，膨胀剂20份，钛白粉5份，光纤150份，以及水170份，分别称取适量各原料；

其中，所述外加剂由聚羧酸减水剂50％，消泡剂0.3％，缓凝剂2％，纤维素醚保水剂0.06％，以及余量的水搅拌混合制备得到。

然后，按照如下步骤，制备实施例1的透光及自发光一体的混凝土：

(a)将配方量的水泥、硅灰、胶粉、纤维、纤维素、发光粉、硅藻土、憎水剂、膨胀剂，以及颜料分别加入搅拌机中，并干拌5min；

(b)向步骤(a)混合物中，加入石英砂、发光石，并搅拌2min；

(c)向步骤(b)混合物中，加入外加剂，慢速搅拌1min；然后加入水慢速搅拌2min，最后快速搅拌3min；

(d)将搅拌好的混凝土浇注入模，并按照设计要求加入光纤；

(e)脱模后进行定厚、打磨、抛光，并在表面喷涂/涂刷混凝土保护剂。

实施例2

按照质量份数：42.5白色硅酸盐水泥450份，煤灰200份，硅灰175份，40～80目级配石英砂680份，发光石120份，发光粉30份，硅藻土40份，胶粉18份，纤维素5份，憎水剂4份，外加剂18份，木质纤维25份，膨胀剂18份，光纤160份，以及水170份，分别称取适量各原料；

其中，外加剂由聚羧酸减水剂50％，消泡剂0.3％，缓凝剂2％，纤维素醚保水剂0.06％，以及余量的水搅拌混合制备得到。

然后，按照实施例1的方法，得到实施例2的透光及自发光一体的混凝土。

实施例3

按照质量份数：42.5白色硅酸盐水泥500份，煤灰215份，硅灰180份，40～80目级配石英砂680份，发光石30份，发光粉100份，硅藻土30份，胶粉15份，纤维素5份，憎水剂3份，外加剂18份，木质纤维20份，膨胀剂20份，钛白粉5份，光纤120份，以及水170份，分别称取适量各原料；

然后，按照实施例1的方法，得到实施例1的混凝土材料。

对比例1

按照质量份数：42.5白色硅酸盐水泥500份，煤灰215份，硅灰180份，40～80目级配石英砂680份，发光石100份，发光粉30份，硅藻土30份，胶粉15份，纤维素5份，憎水剂3份，羧酸减水剂18份，木质纤维20份，膨胀剂20份，钛白粉5份，光纤150份，以及水170份，分别称取适量各原料；

然后，按照实施例1的方法，得到对比例1的混凝土材料。

对比例2

按照质量份数：42.5白色硅酸盐水泥490份，煤灰200份，硅灰175份，40～80目级配石英砂680份，发光石120份，发光粉30份，胶粉18份，纤维素5份，憎水剂4份，外加剂18份，木质纤维25份，膨胀剂18份，光纤120份，以及水170份，分别称取适量各原料；

然后，按照实施例1的方法，得到对比例2的混凝土材料。

实验例1

分别对实施例1-3，以及对比例1～2所制备的混凝土材料进行抗压性能测试(参照GB/T50081-2016)以及发光透光性能测试，结果分别如下表1和表2所示：

表1不同混凝土材料抗压强度：

表2不同混凝土材料透光及发光性能：

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附申请文件中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种透光及自发光一体的混凝土，其特征在于，所述混凝土主要由以下原料制成：

水泥、煤灰、胶粉、硅灰、砂、发光石、发光粉、纤维素、硅藻土、憎水剂、外加剂、膨胀剂、纤维、颜料、光纤，以及水。

2.根据权利要求1所述的透光及自发光一体的混凝土，其特征在于，按照重量份数计，所述混凝土主要由以下原料制成：

水泥22～30份，煤灰8～15份，胶粉0.3～1.2份，硅灰5～15份，砂40～80份，发光石3～12份，发光粉1～5份，纤维素0.1～0.3份，硅藻土3～8份，憎水剂0.1～0.3份，外加剂0.5～1.5份，膨胀剂0.5～1.5份，纤维0.5～2份，颜料0～3份，光纤3～12份，以及水5～12份。

3.根据权利要求2所述的透光及自发光一体的混凝土，其特征在于，按照重量份数计，所述混凝土主要由以下原料制成：

水泥25～28份，煤灰10～14份，胶粉0.5～1份，硅灰8～12份，砂50～70份，发光石5～10份，发光粉1.5～3份，纤维素0.15～0.2份，硅藻土4～6份，憎水剂0.1～0.2份，外加剂0.8～1.2份，膨胀剂0.8～1.5份，纤维0.8～1.5份，颜料0～3份，光纤5～10份，以及水7.5～10份。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的透光及自发光一体的混凝土，其特征在于，所述水泥包括白色/灰色硅酸盐水泥，矿渣水泥，铝盐水泥，硫铝酸盐水泥，铁盐水泥，或者菱镁水泥中的一种或几种；

和/或，所述砂包括河砂、人造砂，或者石英砂中的一种或几种；

和/或，所述颜料包括无机矿物颜料；

优选的，所述颜料包括：钛白、铁红、铁黄，或者铁黑中的一种或几种；

所述纤维包括但不限于木质纤维、玄武岩纤维、钢纤维、耐碱玻璃纤维。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的透光及自发光一体的混凝土，其特征在于，所述外加剂主要由减水剂、消泡剂、缓凝剂、保水剂，以及水混合制备得到。

6.权利要求1-5中任一项所述的透光及自发光一体的混凝土的制备方法，其特征在于，包括：

将水泥、硅灰、胶粉、纤维、纤维素、发光粉、硅藻土、憎水剂、膨胀剂，以及颜料搅拌混合；

然后，加入砂和发光石，继续搅拌混合；加入外加剂搅拌混合后，再加水搅拌；

将搅拌所得混凝土浇注入模后，加入光纤；

脱模后进行养护。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述加水搅拌包括先慢搅拌，然后快搅拌的步骤。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述养护包括：定厚、打磨、抛光，以及施用保护剂的步骤。

9.权利要求1-5中任一项所述的透光及自发光一体的混凝土在建筑中的应用。

10.包含权利要求1-5中任一项所述的透光及自发光一体的混凝土的构件或建筑。