CN110776289A - 一种轻质高强陶粒混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻质高强陶粒混凝土及其制备方法和应用，涉及建筑材料领域，由以下组分按重量份数组成：胶凝材料400～530份；粗骨料420～460份；细骨料650～850份；外加剂6.8～21份；水160～220份；所述粗骨料为粉煤灰陶粒；所述细骨料由炉渣与砂子组成；所述外加剂包括聚羧酸减水剂与增强剂。本发明以超细改性粉煤灰、水泥与活性硅微粉为胶凝材料；以炉渣与河砂为细骨料；以粉煤灰陶粒为粗骨料，制备轻质化高强预制构件，有效的解决了由于陶粒密度小而导致的陶粒混凝土分层的问题，制备的陶粒混凝土强度高，便于实际施工操作，且有效利用固废，益于环境保护。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体是涉及一种轻质高强陶粒混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
随着城市建筑的不断扩张和发展，生态环境日益提上议程，装配式建筑契合了我国环境发展趋势，绿色建筑发展趋势日益凸显重要。
现阶段，多数项目所采用的预制混凝土构件适用于跨度较小的住宅结构。我国建筑行业、桥梁工程、铁路工程和水利工程中的高层建筑、超高层建筑等结构形式快速发展，这些结构形式具有自重和跨度等问题，预应力混凝土施工技术要求高，现代工程建设面临新的挑战。在此背景下，具有轻质、高强等特点的陶粒混凝土逐渐成为混凝土领域应用与发展的主要趋势。
现有陶粒混凝土制备工艺中，只是将陶粒与河砂进行混合，但是陶粒的密度比搅拌的水泥砂浆要小，在制备过程中陶粒容易上浮，降低了混凝土的均质性，甚至会产生分层离析现象，影响了陶粒混凝土的使用和推广。
炉渣作为电厂燃烧后的废弃物，火电厂发电产生后就堆放到规划的堆灰场中。火电厂堆灰场的电厂炉渣占用大量土地，扬起的灰尘严重污染环境，不利于环保，且维护成本高；另外，传统的陶粒混凝土中粉煤灰占比也较少，因此有必要提出一种轻质高强陶粒混凝土及其制备方法和应用改善上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中制备轻质高强陶粒混凝土材料困难的技术问题，本发明目的之一提供一种轻质高强陶粒混凝土。
为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：一种轻质高强陶粒混凝土，由以下组分按重量份数组成：
所述粗骨料为粉煤灰陶粒；
所述细骨料由炉渣与砂子组成；所述炉渣在细骨料的体积占比为10％-50％；
所述外加剂包括聚羧酸减水剂。
作为优选的，所述胶凝材料为445～490份；所述胶凝材料由390～420份水泥；40～50份超细改性粉煤灰；0～20份活性硅微粉组成；所述砂子为河砂、江砂与机制砂中的至少一种。
作为优选的，活性硅微粉为15-20份。
作为优选的，所述粉煤灰陶粒的制备方法为：将粉煤灰、激发剂、助溶剂与发泡剂混合均匀后造粒，再经养护制得粉煤灰陶粒；所述粉煤灰、激发剂、助溶剂与发泡剂的质量比为200∶6∶6∶3，激发剂是由氢氧化钠和半水脱硫石膏按照3∶5的质量比配制而成，助溶剂为元明粉，发泡剂为铝膏。
作为优选的，所述外加剂还包括增强剂，所述增强剂的掺入量为胶凝材料的1.8～2.1wt％，所述聚羧酸减水剂的掺入量为胶凝材料的1.7～2.0wt％。
作为优选的，所述增强剂主要成分为水化硅酸钙溶胶颗粒；所述聚羧酸减水剂的牌号为合肥众兴ZX-Ⅱ型、山东临沂减水剂生产厂ST-01YW或武汉华轩HX-YZJ01中的至少一种。
作为优选的，所述炉渣为燃煤电厂锅炉底部排出的底灰，其微观结构为熔融的玻璃体；所述炉渣的粒径小于5mm；所述炉渣由以下组分组成：氧化铁4wt％～20wt％、氧化硅15wt％～40wt％、氧化铝3wt％～30wt％、氧化钙2wt％～10wt％、氧化镁1wt％～5wt％。
本发明目的之二，提供一种轻质高强陶粒混凝土的制备方法：
轻质高强陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将粗骨料预湿后，晾干至表面干燥内部饱和吸水状态；
S2、将S1处理后的粗骨料与细骨料混合搅拌30-90s；
S3、于S2处理后的混合物料中再加入胶凝材料，并搅拌30-90s；
S4、将聚羧酸减水剂与增强剂加水配制成的水溶液缓慢加至经S3混合后的混合物料中，搅拌30-90s后即制得轻质高强陶粒混凝土；
所述聚羧酸减水剂与增强剂配制成的水溶液的质量浓度为3.6％～13％。
本发明目的之三，提供一种轻质高强陶粒混凝土的应用：
轻质高强陶粒混凝土的应用，包括以下步骤：将轻质高强陶粒混凝土浇筑入已经放入捆扎钢筋的模具中；摊平后，使用振动棒初次振捣，初次振捣后再经模台振动至混凝土无明显下沉、开始泛浆、不出现气泡；
使用厚度标尺进行厚度检测，并对需增减混凝土的位置适当调整，调整完成后进行二次复振，振捣时间不少于10秒，保证混凝土不漏振，杜绝振捣不到位；
将预制构件刮平，刮平后进入静置预养阶段，室温低于20℃时，可用养护棚覆盖；
压光采用两次压光，第一次压光在初凝时进行，第二次在终凝时进行；
将构件推入蒸养窑内继续60摄氏度蒸汽养护12h后，拆模并转移至堆场进行自然养护28d得到轻质高强构件。
本发明的有益效果在于：(1)本发明的制备方法中，先将粉煤灰陶粒预湿，并晾干至表面干燥内部饱和吸水，不仅增加了自重，防止粉煤灰陶粒因密度轻而上浮，且增加了粉煤灰陶粒内部含水，防止粉煤灰陶粒在混凝土搅拌中过分吸水导致混凝土体系内部分布不均匀的情况。将预湿后的粉煤灰陶粒与细骨料预混合，可使部分细骨料在机械搅拌的作用下填充至粉煤灰陶粒表面的多孔结构中，进而又增加粉煤灰陶粒的自重，进一步防止粉煤灰陶粒上浮。将预湿后的粉煤灰陶粒、细骨料与胶凝材料预混合，可使胶凝材料中的铝酸三钙等活性物质与饱和吸水后粉煤灰陶粒表面的少量游离水提前发生水化反应，与细骨料一起形成“凝胶壳”包覆在粉煤灰陶粒外表面，可以防止粉煤灰陶粒内部的游离水跑出，使得粉煤灰陶粒重量恒定，且含有的水分使得凝固后的混凝土保持韧性。
(2)炉渣具有一定的活性成分，粒径较小，颗粒形状呈球形和不规则块状颗粒，可以很好的填充到骨料的孔隙之中，增加陶粒混凝土的密实程度，提高陶粒混凝土的耐久性，且混凝土中掺入炉渣可降低水泥砂浆的密度，从而降低了水泥砂浆与陶粒的密度差，进而提高混凝土的均质性，同时进一步降低混凝土的容重。将炉渣运用到陶粒混凝土中，既能缓解其对环境的污染，又能改善混凝土的工作性能。本发明细骨料中加入炉渣，可以有效节约不可再生天然砂资源，减少固废对环境的危害，节约土地，有利环保，具有很好的的经济效益、社会效应，符合当前国家的环保政策。
(3)相较于传统粉煤灰在混凝土中只占20％-30％，本发明所述的一种于固废再利用的轻质高强陶粒混凝土，其中的粉煤灰和炉渣等固废物在混凝土体系中的占比可高达50％～80％，大幅提升了粉煤灰、炉渣等固体废弃物中的利用率，开拓了固体废弃物在建筑材料领域综合利用的新途径。
(4)本发明中引入水化硅酸钙溶胶颗粒作为增强剂，通过在混凝土水化过程中提供晶核，消除成核壁垒，促进C-S-H凝胶的形成达到增强混凝土强度的效果，大幅提升了粉煤灰陶粒混凝土的力学性能。
(5)此外本发明中还加入了活性硅微粉，进一步填充水泥石中的毛细孔隙，促进水化反应，使最终混凝土中的水泥石部分强度进一步增加，整体力学性能进一步提升。
(6)陶粒混凝土中所用的粉煤灰陶粒由激发剂进行活性激发，使粉煤灰的火山灰效应得以充分发挥，所得陶粒自身筒压强度远远超过普通页岩或粘土陶粒，由其制的陶粒混凝土，其最终的力学强度可超过C30以上，相比于普通页岩陶粒混凝土只能作为轻质隔墙板，本发明所述的粉煤灰陶粒混凝土可用于承重结构上，拓展了陶粒混凝土的应用范围。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细描述。
粉煤灰陶粒的制备：将200份粉煤灰、6份激发剂、6份助溶剂、3份发泡剂混合均匀后加入造粒机中造粒成型，并在标准养护室内养护28天。所述河砂为满足GB/T 14684-2011的Ⅱ类河砂；所述江砂是指满足GB/T 14684-2011的Ⅱ类江砂；机制砂是指满足GB/T14684-2011的Ⅱ类机制砂。河砂细度模数为1.4，表观密度2700kg/m3，堆积密度1360kg/m3，孔隙率41.5％；机制砂度模数为3.3，表观密度2690kg/m3，堆积密度1620kg/m3，孔隙率38.7％；江砂为细度模数为1.2，表观密度2410kg/m3，堆积密度1490kg/m3，孔隙率42.3％；
所述水泥为满足GB175-2007要求的P.O 425水泥或P.II525硅酸盐水泥；所述超细改性粉煤灰为高迪环保公司制备的I级或Ⅱ级粉煤灰；所述活性硅微粉满足GB/T27690-2011要求。
所述炉渣为燃煤电厂锅炉底部排出的底灰，其微观结构为熔融的玻璃体；所述炉渣的粒径小于5mm；所述炉渣由以下组分组成：氧化铁4wt％～20wt％、氧化硅15wt％～40wt％、氧化铝3wt％～30wt％、氧化钙2wt％～10wt％、氧化镁1wt％～5wt％、烧失量3wt％～10wt％。
水泥3d抗压强度为32MPa，28d抗压强度为52MPa，3d抗折强度为5.8MPa，28d抗折强度为7.8MPa；
超细改性粉煤灰细度为12％，烧失量3.8％，需水比94％，含水量0.3％，密度2.54g/cm3，28天活性82％；
炉渣比表面积595m2/kg，密度2.84g/cm3，流动比97％，含水量0.2％；
聚羧酸减水剂为合肥众兴ZX-Ⅱ型聚羧酸减水剂；
增强剂其主要成分为水化硅酸钙溶胶颗粒。
轻质高强构件的制备：将轻质高强陶粒混凝土浇筑入已经放入捆扎钢筋的模具中；大致摊平后，使用振动棒初次振捣，初次振捣后再经模台振动至混凝土无明显下沉、开始泛浆、不出现气泡；使用厚度标尺进行厚度检测，并对需增减混凝土的位置适当调整，调整完成后进行二次复振，振捣时间不少于10秒，保证混凝土不漏振，杜绝振捣不到位；将预制构件刮平，刮平后进入静置预养阶段，室温低于20℃时，可用养护棚覆盖；压光采用两次压光，第一次压光在初凝时进行，第二次在终凝时进行；将构件推入蒸养窑内继续60摄氏度蒸汽养护12h后，拆模并转移至堆场进行自然养护28d得到轻质高强构件。
实施例1
轻质高强陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将445kg粗骨料预湿后，晾干至表面干燥内部饱和吸水状态；
S2、将S1处理后的粗骨料与607kg细骨料混合搅拌90s；
S3、于S2处理后的混合物料中在加入445kg胶凝材料，并搅拌30s；
S4、将10kg聚羧酸减水剂加水配制成的水溶液缓慢加至经S3混合后的混合物料中，搅拌60s后即制得轻质高强陶粒混凝土；
胶凝材料包括400kg水泥与45kg超细改性粉煤灰；
粗骨料包括445kg粉煤灰陶粒；
细骨料包括217kg炉渣与390kg河砂；其中炉渣的体积占细骨料总体积的50％；
外加剂的掺量为胶凝材料的2.2wt％。
实施例2
轻质高强陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将445kg粗骨料预湿后，晾干至表面干燥内部饱和吸水状态；
S2、将S1处理后的粗骨料与676kg细骨料混合搅拌30s；
S3、于S2处理后的混合物料中在加入445kg胶凝材料，并搅拌90s；
S4、将8.5kg聚羧酸减水剂加水配制成的水溶液缓慢加至经S3混合后的混合物料中，搅拌60s后即制得轻质高强陶粒混凝土；
胶凝材料包括400kg水泥与45kg超细改性粉煤灰；
粗骨料包括445kg粉煤灰陶粒；
细骨料包括130kg炉渣与546kg河砂；炉渣的体积占细骨料总体积的30％；
外加剂的掺量为胶凝材料的1.9wt％。
实施例3
轻质高强陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将445kg粗骨料预湿后，晾干至表面干燥内部饱和吸水状态；
S2、将S1处理后的粗骨料与747kg细骨料混合搅拌30s；
S3、于S2处理后的混合物料中在加入460kg胶凝材料，并搅拌90s；
S4、将8.5kg聚羧酸减水剂加水配制成的水溶液缓慢加至经S3混合后的混合物料中，搅拌60s后即制得轻质高强陶粒混凝土；
胶凝材料包括400kg水泥、45kg超细改性粉煤灰与15g活性硅微粉；
粗骨料包括445kg粉煤灰陶粒；
细骨料包括45kg炉渣与702kg河砂；炉渣的体积占细骨料总体积的10％；
外加剂的掺量为胶凝材料的1.8wt％。
实施例4
轻质高强陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将445kg粗骨料预湿后，晾干至表面干燥内部饱和吸水状态；
S2、将S1处理后的粗骨料与747kg细骨料混合搅拌30s；
S3、于S2处理后的混合物料中在加入460kg胶凝材料，并搅拌90s；
S4、将8.5kg聚羧酸减水剂、9kg增强剂加水配制成的水溶液缓慢加至经S3混合后的混合物料中，搅拌60s后即制得轻质高强陶粒混凝土；
胶凝材料包括400kg水泥、45kg超细改性粉煤灰与15g活性硅微粉；
粗骨料包括445kg粉煤灰陶粒；
细骨料包括45kg炉渣与702kg河砂；炉渣的体积占细骨料总体积的10％；
外加剂的掺量为胶凝材料的3.8wt％。
实施例5
轻质高强陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将445kg粗骨料预湿后，晾干至表面干燥内部饱和吸水状态；
S2、将S1处理后的粗骨料与747kg细骨料混合搅拌30s；
S3、于S2处理后的混合物料中在加入460kg胶凝材料，并搅拌90s；
S4、将8.5kg聚羧酸减水剂、9kg增强剂加水配制成的水溶液缓慢加至经S3混合后的混合物料中，搅拌60s后即制得轻质高强陶粒混凝土；
胶凝材料包括400kg水泥、45kg超细改性粉煤灰与15g活性硅微粉；
粗骨料包括445kg粉煤灰陶粒与江砂；
细骨料包括45kg炉渣与702kg江砂；炉渣的体积占细骨料总体积的10％；
外加剂的掺量为胶凝材料的3.8wt％。
实施例6
轻质高强陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将445kg粗骨料预湿后，晾干至表面干燥内部饱和吸水状态；
S2、将S1处理后的粗骨料与747kg细骨料混合搅拌90s；
S3、于S2处理后的混合物料中在加入460kg胶凝材料，并搅拌90s；
S4、将8.5kg聚羧酸减水剂、9kg增强剂加水配制成的水溶液缓慢加至经S3混合后的混合物料中，搅拌60s后即制得轻质高强陶粒混凝土；
胶凝材料包括400kg水泥、45kg超细改性粉煤灰与15g活性硅微粉；
粗骨料包括445kg粉煤灰陶粒；
细骨料包括45kg炉渣与702kg机制砂；其中炉渣的体积占细骨料总体积的10％；
外加剂的掺量为胶凝材料的3.8wt％。
实施例7
轻质高强陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将445kg粗骨料预湿后，晾干至表面干燥内部饱和吸水状态；
S2、将S1处理后的粗骨料与747kg细骨料混合搅拌30s；
S3、于S2处理后的混合物料中在加入460kg胶凝材料，并搅拌90s；
S4、将8.5kg聚羧酸减水剂、9kg增强剂加水配制成的水溶液缓慢加至经S3混合后的混合物料中，搅拌60s后即制得轻质高强陶粒混凝土；
胶凝材料包括400kg水泥、45kg超细改性粉煤灰与15g活性硅微粉；
粗骨料包括445kg粉煤灰陶粒；
细骨料包括45kg炉渣、江砂446kg和机制砂256kg；其中炉渣的体积占细骨料总体积的10％；
外加剂的掺量为胶凝材料的3.8wt％。
对比例
传统陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将543kg粗骨料预湿后，晾干至表面干燥内部饱和吸水状态；
S2、将S1处理后的粗骨料与808kg细骨料混合搅拌30s；
S3、于S2处理后的混合物料中在加入360kg胶凝材料，并搅拌90s；
S4、将7.2kg聚羧酸减水剂加水配制成的水溶液缓慢加至经S3混合后的混合物料中，搅拌60s后即制得陶粒混凝土；
胶凝材料包括360kg水泥；
粗骨料包括543kg页岩陶粒；
细骨料包括808kg河砂；
外加剂的掺量为胶凝材料的2.0wt％。
对上述实施例1-7及对比例制得的混凝土制备预制件，并测得起表观密度与抗压强度。依据《水泥混凝土拌合物配合比分析试验方法》(T0529-2005)对混凝土进行表观密度测试，依据《普通混凝土力学性能试验方法》(GBJ81-85)对混凝土进行抗压强度测试，测得结果如下：
从上表可以看出，表观密度最高的为实施例3得出的数据1732kg/m3，而传统的陶粒混凝土表观密度为1868kg/m3，且相同抗压等级的普通混凝土的表观密度约为2300kg/m3，由此可得本发明制备的陶粒混凝土相对于普通陶粒混凝土的表观密度降低了7％，因此本发明制备的陶粒混凝土更加轻便，增强了抗震能力且便于运输。本发明的陶粒混凝土在达到相同抗压等级的条件下其表观密度相比与普通混凝土减少了约为25％。实施例1-7制得的预制件添加了粉煤灰陶粒以及加入了增强剂，抗压等级均达到了C30的标准，且远高于传统的陶粒混凝土的强度，综合比较，可以得出实施例4的实验数据最佳，因此通过实施例4的制备方法得到的陶粒混凝土不仅强度高，而且其工作性能好，便于实际施工操作。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式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方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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方式技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种轻质高强陶粒混凝土，其特征在于，由以下组分按重量份数组成：
所述粗骨料为粉煤灰陶粒；所述粉煤灰陶粒是将粉煤灰、激发剂、助溶剂与发泡剂混合均匀后造粒，再经养护制得；
所述细骨料由炉渣与砂子组成；所述炉渣在细骨料的体积占比为10％-50％；
所述外加剂包括聚羧酸减水剂。
2.根据权利要求1所述的轻质高强陶粒混凝土，其特征在于：所述胶凝材料为445～490份；所述胶凝材料由390～420份水泥；40～50份超细改性粉煤灰；0～20份活性硅微粉组成；所述砂子为河砂、江砂与机制砂中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的轻质高强陶粒混凝土，其特征在于：所述活性硅微粉为15-20份。
4.根据权利要求1所述的轻质高强陶粒混凝土，其特征在于：所述粉煤灰、激发剂、助溶剂与发泡剂的质量比为200∶6∶6∶3，所述激发剂是由氢氧化钠和半水脱硫石膏按照3∶5的质量比配制而成，所述助溶剂为元明粉，所述发泡剂为铝膏。
5.根据权利要求1所述的轻质高强陶粒混凝土，其特征在于：所述外加剂还包括增强剂，所述增强剂的掺入量为胶凝材料的1.8～2.1wt％，所述聚羧酸减水剂的掺入量为胶凝材料的1.7～2.0wt％。
6.根据权利要求5所述的轻质高强陶粒混凝土，其特征在于：所述增强剂主要成分为水化硅酸钙溶胶颗粒；所述聚羧酸减水剂的牌号为合肥众兴ZX-Ⅱ型、山东临沂减水剂生产厂ST-01YW或武汉华轩HX-YZJ01中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的轻质高强陶粒混凝土，其特征在于：所述炉渣为燃煤电厂锅炉底部排出的底灰，其微观结构为熔融的玻璃体；所述炉渣的粒径小于5mm；所述炉渣由以下组分组成：氧化铁4wt％～20wt％、氧化硅15wt％～40wt％、氧化铝3wt％～30wt％、氧化钙2wt％～10wt％、氧化镁1wt％～5wt％。
8.如权利要求1-7任一项所述的轻质高强陶粒混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将粗骨料预湿后，晾干至表面干燥内部饱和吸水状态；
S2、将S1处理后的粗骨料与细骨料混合搅拌30-90s；
S3、于S2处理后的混合物料中再加入胶凝材料，并搅拌30-90s；
S4、将聚羧酸减水剂与增强剂加水配制成的水溶液缓慢加至经S3混合后的混合物料中，搅拌30-90s后即制得轻质高强陶粒混凝土；
所述聚羧酸减水剂与增强剂配制成的水溶液的质量浓度为3.6％～13％。
9.如权利要求1-7任一项所述的轻质高强陶粒混凝土的应用，其特征在于，包括以下步骤：将轻质高强陶粒混凝土浇筑入已经放入捆扎钢筋的模具中；摊平后，使用振动棒初次振捣，初次振捣后再经模台振动至混凝土无明显下沉、开始泛浆、不出现气泡；使用厚度标尺进行厚度检测，并对偏差处的厚度进行调整；调整后再依次经过二次振捣、常温预养、两次压光、常压蒸汽养护、拆模及自然养护得到轻质高强构件。
10.根据权利要求9所述的轻质高强陶粒混凝土的应用，其特征在于：所述两次压光的第一次压光在初凝时进行，第二次压光在终凝时进行，所述蒸汽养护在蒸养窑中进行。
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