CN110937855B - 一种高强度轻骨料混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，尤指一种高强度轻骨料混凝土及其制备方法；所述的混凝土以重量份为单位，包括以下原料：水泥154‑218份、矿粉20‑36份、砂268‑375份、轻骨料208‑252份、粉煤灰42‑58份、减水剂3‑5份、引气剂0.1‑0.3份、N,N'‑二环己基碳酰亚胺2‑4份、聚乙烯纤维8‑12份、聚丁内酰胺纤维6‑10份、101丙烯酸树脂15‑26份、水92‑136份；本发明高强度轻骨料混凝土是经过配料、改性材料、搅拌等步骤制；本发明中通过科学地添加N,N'‑二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维和101丙烯酸树脂等原料，协同提高了轻骨料混凝土的抗折强度和立方体抗压强度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤指一种高强度轻骨料混凝土及其制备方法。
背景技术
轻骨料混凝土是指利用轻骨料、水泥和水等材料配制而成，干表观密度不大于1950kg/m3的混凝土。轻骨料混凝土与普通混凝土相比，具有自重较轻，抗震性能良好，保温耐久性好等特点，自上世纪初开始应用以来，经过近一个世纪的发展，取得了很大的进步，国内外也相继利用轻骨料混凝土建造了诸多桥梁和房屋。
但是目前建筑上的轻骨料混凝土通常采用密度较小的轻骨料替代普通粗骨料，这种轻骨料往往相对普通砂石具有较低的筒压强度，所以造成轻骨料混凝土的立方体抗压强度较低，无法大规模应用在承重结构上；同时对轻骨料选材要求较高，造成成本上升，工艺复杂。
例如，中国专利申请文献“一种轻骨料混凝土及其制备方法”（申请公布号：CN108623231A）公开了一种轻骨料混凝土及其制备方法，按重量份数计，包括水泥300-400份、矿粉45-70份、砂700-740份、轻骨料420-470份、水160-178份、粉煤灰55-72份、减水剂5-9份、引气剂0.04-0.12份，该轻骨料混凝土可以降低结构自重的同时，提高建设在寒冷地区的建筑物的抗冻耐久性，但是依然存在抗折强度和立方体抗压强度较低的问题，不能满足对抗折强度和立方体抗压强度有要求的建筑应用场合。
发明内容
针对目前市面上轻骨料混凝土抗折强度和立方体抗压强度较低且造价成本高的问题，本发明旨在提供一种通过优化组分、用量、制备方法等，得到进一步提高轻骨料混凝土的抗折强度和立方体抗压强度的一种高强度轻骨料混凝土及其制备方法。
本发明采用的技术方案是：一种高强度轻骨料混凝土，所述的混凝土以重量份为单位，包括以下原料：水泥154-218份、矿粉20-36份、砂268-375份、轻骨料208-252份、粉煤灰42-58份、减水剂3-5份、引气剂0.1-0.3份、N,N'-二环己基碳酰亚胺2-4份、聚乙烯纤维8-12份、聚丁内酰胺纤维6-10份、101丙烯酸树脂15-26份、水92-136份。
所述的混凝土以重量份为单位，包括以下原料：水泥204份、矿粉32份、砂346份、轻骨料235份、粉煤灰56份、减水剂4份、引气剂0.2份、N,N'-二环己基碳酰亚胺3.6份、聚乙烯纤维11份、聚丁内酰胺纤维9份、101丙烯酸树脂24份、水108份。
所述的引气剂为包含有α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，其中α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的重量比为1/9-1/4。
所述的减水剂为异构十醇聚氧乙烯醚。
一种高强度轻骨料混凝土的制备方法，所述的制备方法主要包括以下步骤：
S1、配料：先将水泥、矿粉、砂、轻骨料、粉煤灰按比例混合，混合拌匀制得混合匀料；
S2、改性材料：在温度为52-60℃的条件下将N,N'-二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维、101丙烯酸树脂按比例混合，搅拌15-20min后迅速将温度升高至83-88℃，搅拌改性时间为18-25min，制得改性材料；
S3、搅拌：将步骤S1制得的混合匀料、步骤S2制得的改性材料、减水剂、引气剂、水混合搅拌均匀，制得高强度轻骨料混凝土。
所述的步骤S1中的砂、轻骨料过60-100目筛子。
所述的步骤S1中的矿粉过400-500目筛子。
所述的步骤S1中的粉煤灰过500-600目筛子
本发明达到的有益效果是：本发明高强度轻骨料混凝土是经过配料、改性材料、搅拌等步骤制；本发明中通过科学地添加N,N'-二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维和101丙烯酸树脂等原料，协同提高了轻骨料混凝土的抗折强度和立方体抗压强度；在性能上，引气剂的使用可以产生细腻、稳定的气泡，配合轻骨料多孔的性质，提高了轻骨料混凝土的抗冻性；并且在预湿轻骨料时即将异构十醇聚氧乙烯醚放入，可以使得异构十醇聚氧乙烯醚进入轻骨料空隙内的数量较多，保证了前期作用的同时，有助于其后期从空隙内散出发挥作用。
具体实施方式
以下结合具体实施例说明本发明的具体实施方式：
一种高强度轻骨料混凝土，所述的混凝土以重量份为单位，包括以下原料：水泥154-218份、矿粉20-36份、砂268-375份、轻骨料208-252份、粉煤灰42-58份、减水剂3-5份、引气剂0.1-0.3份、N,N'-二环己基碳酰亚胺2-4份、聚乙烯纤维8-12份、聚丁内酰胺纤维6-10份、101丙烯酸树脂15-26份、水92-136份；所述的高强度轻骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料：先将水泥、矿粉、砂、轻骨料、粉煤灰按比例混合，其中砂、轻骨料过60-100目筛子，矿粉过400-500目筛子，粉煤灰过500-600目筛子，混合拌匀制得混合匀料；
S2、改性材料：在温度为52-60℃的条件下将N,N'-二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维、101丙烯酸树脂按比例混合，搅拌15-20min后迅速将温度升高至83-88℃，搅拌改性时间为18-25min，制得改性材料；
S3、搅拌：将步骤S1制得的混合匀料、步骤S2制得的改性材料、减水剂、引气剂、水混合搅拌均匀，制得高强度轻骨料混凝土。
实施例一
一种高强度轻骨料混凝土，以重量份为单位，包括以下原料：水泥204份、矿粉32份、砂346份、轻骨料235份、粉煤灰56份、减水剂4份、引气剂0.2份、N,N'-二环己基碳酰亚胺3.6份、聚乙烯纤维11份、聚丁内酰胺纤维9份、101丙烯酸树脂24份、水108份；其中所述的引气剂是包括α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的重量比为1/6；所述的减水剂为异构十醇聚氧乙烯醚；采用所述的原料制备高强度轻骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料：先将水泥、矿粉、砂、轻骨料、粉煤灰按比例混合，其中砂、轻骨料过80目筛子，矿粉过500目筛子，粉煤灰过500目筛子，混合拌匀制得混合匀料。
S2、改性材料：在温度为58℃的条件下将N,N'-二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维、101丙烯酸树脂按比例混合，搅拌16min后迅速将温度升高至87℃，搅拌改性时间为22min，制得改性材料。
S3、搅拌：将步骤S1制得的混合匀料、步骤S2制得的改性材料、减水剂、引气剂、水混合搅拌均匀，制得高强度轻骨料混凝土。
实施例二
一种高强度轻骨料混凝土，以重量份为单位，包括以下原料：水泥158份、矿粉35份、砂273份、轻骨料208份、粉煤灰42份、减水剂3份、引气剂0.1份、N,N'-二环己基碳酰亚胺2份、聚乙烯纤维12份、聚丁内酰胺纤维6份、101丙烯酸树脂26份、水96份；其中所述的引气剂是包括α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的重量比为1/9；所述的减水剂为异构十醇聚氧乙烯醚；采用所述的原料制备高强度轻骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料：先将水泥、矿粉、砂、轻骨料、粉煤灰按比例混合，其中砂、轻骨料过60目筛子，矿粉过400目筛子，粉煤灰过600目筛子，混合拌匀制得混合匀料；
S2、改性材料：在温度为52℃的条件下将N,N'-二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维、101丙烯酸树脂按比例混合，搅拌20min后迅速将温度升高至83℃，搅拌改性时间为25min，制得改性材料；
S3、搅拌：将步骤S1制得的混合匀料、步骤S2制得的改性材料、减水剂、引气剂、水混合搅拌均匀，制得高强度轻骨料混凝土。
实施例三
一种高强度轻骨料混凝土，以重量份为单位，包括以下原料：水泥212份、矿粉35份、砂375份、轻骨料250份、粉煤灰58份、减水剂5份、引气剂0.3份、N,N'-二环己基碳酰亚胺4份、聚乙烯纤维8份、聚丁内酰胺纤维10份、101丙烯酸树脂26份、水134份；其中所述的引气剂是包括α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的重量比为1/4；所述的减水剂为异构十醇聚氧乙烯醚；采用所述的原料制备高强度轻骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料：先将水泥、矿粉、砂、轻骨料、粉煤灰按比例混合，其中砂、轻骨料过100目筛子，矿粉过400目筛子，粉煤灰过500目筛子，混合拌匀制得混合匀料；
S2、改性材料：在温度为60℃的条件下将N,N'-二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维、101丙烯酸树脂按比例混合，搅拌15min后迅速将温度升高至85℃，搅拌改性时间为24min，制得改性材料；
S3、搅拌：将步骤S1制得的混合匀料、步骤S2制得的改性材料、减水剂、引气剂、水混合搅拌均匀，制得高强度轻骨料混凝土。
以下，以本发明的原料组成为基准，通过做多次对比实验，将得到的混凝土进行抗折强度和立方体抗压强度测试，以证明本发明的原料组成和辅助制备方法得到的混凝土具高抗折强度和高立方体抗压强度。
对比例一
与本发明中的实施例一所采用的制备方法工艺基本相同，不同的是在制备过程中缺少N,N'-二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维、101丙烯酸树脂等原料，即与本发明中的原料组成相比，对比例一的原料组成中没有N,N'-二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维和101丙烯酸树脂。
对比例二
与本发明中的实施例一所采用的制备方法工艺基本相同，不同的是在制备过程中缺少N,N'-二环己基碳酰亚胺，即与本发明中的原料组成相比，对比例二的原料组成中没有N,N'-二环己基碳酰亚胺。
对比例三
与本发明中的实施例一所采用的制备方法工艺基本相同，不同的是在制备过程中缺少聚乙烯纤维，即与本发明中的原料组成相比，对比例三的原料组成中没有聚乙烯纤维。
对比例四
与本发明中的实施例一所采用的制备方法工艺基本相同，不同的是在制备过程中缺少聚丁内酰胺纤维，即与本发明中的原料组成相比，对比例四的原料组成中没有聚丁内酰胺纤维。
对比例五
与本发明中的实施例一所采用的制备方法工艺基本相同，不同的是在制备过程中缺少101丙烯酸树脂，即与本发明中的原料组成相比，对比例五的原料组成中没有101丙烯酸树脂。
对比例六
采用中国专利申请文献“一种轻骨料混凝土及其制备方法”（申请公布号：CN108623231A）实施例1-6的工艺制备轻骨料混凝土。
将本发明中的实施例一至三，以及在实验过程中的对比例一至六制备得到的轻骨料混凝土的抗折强度和立方体抗压强度进行对比，结果见下表：
总结如下：（1）由实施例一至三的数据可见，本发明中的实施例一为最优实施例，获得的抗折强度和立方体抗压强度的综合性能最好。
（2）由实施例一和对比例一至五的数据可见，N,N'-二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维、101丙烯酸树脂同时添加在制备轻骨料混凝土中起到了协同作用，显著提高了混凝土的抗折强度和立方体抗压强度，造成这样的结果的原因是，聚乙烯纤维虽然抗蠕变能力较差，结构化学惰性，表面极性较低，与其它材料的粘合性能较差，用于复合材料制造难度较大，但是聚乙烯纤维的断裂伸长低，断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，因而具有突出的抗折强度和立方体抗压强度；聚丁内酰胺纤维吸水性小，抗蠕变和耐磨性好，添加聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维可提升轻骨料混凝土的韧性性能，从而提高抗折强度和立方体抗压强度；101丙烯酸树脂拥有很高的强度，添加101丙烯酸树脂可提升轻骨料混凝土的抗折强度和立方体抗压强度；N,N'-二环己基碳酰亚胺可起到活化组分的作用，促进聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维分子之间更紧密的结合，使得轻骨料混凝土的力学性能得到提升，显著提升轻骨料混凝土的抗折强度和立方体抗压强度。
（3）由实施例一至三和对比例六（现有技术）的数据可见，实施例一至三的轻骨料混凝土的抗折强度和立方体抗压强度显著高于对比例六（现有技术）的抗折强度和立方体抗压强度，可见本发明相对于现有技术而言，具有显著进步。
（4）本发明中的引气剂可以产生细腻、稳定的气泡，配合轻骨料多孔的性质，提高了轻骨料混凝土的抗冻性。
（5）在预湿轻骨料时即将异构十醇聚氧乙烯醚放入，可以使得异构十醇聚氧乙烯醚进入轻骨料空隙内的数量较多，保证了前期作用的同时，有助于其后期从空隙内散出发挥作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高强度轻骨料混凝土，其特征在于：所述的混凝土以重量份为单位，包括以下原料：水泥154-218份、矿粉20-36份、砂268-375份、轻骨料208-252份、粉煤灰42-58份、减水剂3-5份、引气剂0.1-0.3份、N,N'-二环己基碳酰亚胺2-4份、聚乙烯纤维8-12份、聚丁内酰胺纤维6-10份、101丙烯酸树脂15-26份、水92-136份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度轻骨料混凝土，其特征在于：所述的混凝土以重量份为单位，包括以下原料：水泥204份、矿粉32份、砂346份、轻骨料235份、粉煤灰56份、减水剂4份、引气剂0.2份、N,N'-二环己基碳酰亚胺3.6份、聚乙烯纤维11份、聚丁内酰胺纤维9份、101丙烯酸树脂24份、水108份。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度轻骨料混凝土，其特征在于：所述的引气剂为包含有α-烯基磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的复配液，其中α-烯基磺酸钠与十六烷基三甲基氯化铵的重量比为1/9-1/4。
4.根据权利要求1或2所述的一种高强度轻骨料混凝土，其特征在于：所述的减水剂为异构十醇聚氧乙烯醚。
5.制备权利要求1或2所述的一种高强度轻骨料混凝土的方法，其特征在于：所述的制备方法主要包括以下步骤：
S1、配料：先将水泥、矿粉、砂、轻骨料、粉煤灰按比例混合，混合拌匀制得混合匀料；
S2、改性材料：在温度为52-60℃的条件下将N,N'-二环己基碳酰亚胺、聚乙烯纤维、聚丁内酰胺纤维、101丙烯酸树脂按比例混合，搅拌15-20min后迅速将温度升高至83-88℃，搅拌改性时间为18-25min，制得改性材料；
S3、搅拌：将步骤S1制得的混合匀料、步骤S2制得的改性材料、减水剂、引气剂、水混合搅拌均匀，制得高强度轻骨料混凝土。
6.根据权利要求5所述的一种高强度轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于：所述的步骤S1中的砂、轻骨料过60-100目筛子。
7.根据权利要求5所述的一种高强度轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于：所述的步骤S1中的矿粉过400-500目筛子。
8.根据权利要求5所述的一种高强度轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于：所述的步骤S1中的粉煤灰过500-600目筛子。
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