CN111285640B - 一种高强轻质混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高强轻质混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强轻质混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。在本发明技术方案中，本发明技术方案通过凝胶复合并老化封堵，在不提高材料整体质量的条件下，封堵材料内部孔隙结构的同时，老化成型的凝胶材料与混凝土材料之间形成有效的结合，制备的复合混凝土材料，随着基体颗粒的有效负载，混凝土材料内部填充的基体材料，表面的圆润度增加，且表面棱角状的包覆逐渐减少，纳米溶胶材料代入到混凝土中，因而使混凝土密实度增加，抗压强度增大进一步改善材料的力学强度。

Description

一种高强轻质混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强轻质混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
轻骨料混凝土一般指使用水泥、轻粗骨料和轻细骨料（或普通砂）和水配制而成的一种轻质混凝土，强度等级在LC5.0~LC60之间。从定义上看，轻骨料混凝土与普通混凝土除了在粗骨料上有明显不同之外，其他组分则根据情况可做调整。若用轻细骨料替代普通砂，肯定是能够降低混凝土的容重，若在轻集料混凝土中添加外加剂，减少混凝土用水量，可以配制出高强的轻骨料混凝土。
目前，高强轻质混凝土在土木工程中，特别是在高层建筑、超高层建筑、大跨度结构、海洋工程中具有广泛的应用前景。在借鉴和参考国外高强轻质混凝土研究与应用，但是长期以来我国高强轻质混凝土的配制由于多方面原因的制约，所配制的高强轻质混凝土强度等级偏低，达不到现代工程的需要，所以制备一种高强性能的轻质混凝土材料很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强轻质混凝土及其制备方法，以解决现有技术中的问题之一。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高强轻质混凝土，由下列重量份物质组成：
45～50份水泥；
35～40份水；
65～70份轻骨料；
0.5～1.0份引气剂；
2～3份减水剂；
65～70份混合改性料；所述混合改性料为无水乙醇、氧氯化锆溶液、六水合氯化铝复合并经环氧丙烷改性后，煅烧制备的基体颗粒经老化凝胶封堵制备而成。以封堵后的多孔材料为改性基材，由于复合材料表面通过老化凝胶材料进行改性，制备的复合混凝土材料随着基体颗粒的有效负载，混凝土材料内部填充的基体材料，表面的圆润度增加，且表面棱角状的包覆逐渐减少，纳米溶胶材料代入到混凝土中，因而使混凝土密实度增加，抗压强度增大进一步改善材料的力学强度。
所述轻骨料粒径为5～16mm。
所述混合改性料制备步骤为：
（1）复合凝胶溶胶制备；
（2）溶胶煅烧制备基体颗粒；采用氧氯化锆和氯化铝复合并环氧丙烷陈化制备复合溶胶材料，经高温煅烧制备多孔氧化铝复合氧化锆微球颗粒，以该颗粒为基体改性颗粒，由于多孔氧化铝复合氧化锆微球颗粒多孔结构，将其添加至混凝土中，可以有效降低混凝土材料的质量，同时由于煅烧制备的复合微球具有优异的力学强度，使其负载混凝土中具有良好的力学性能。
（3）多孔凝胶制备；
（4）多孔凝胶老化封堵基体颗粒；针对多孔复合微球材料由于孔隙问题导致材料内部结构松散的缺陷，通过凝胶复合并老化封堵，在不提高材料整体质量的条件下，封堵材料内部孔隙结构的同时，老化成型的凝胶材料与混凝土材料之间形成有效的结合，使多孔基体材料具有优异的结构性能，从而有效改善材料的力学强度；
所述混合改性料制备具体步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份无水乙醇、25～30份氧氯化锆溶液和15～20份六水合氯化铝置于搅拌机中，搅拌混合并超声分散，收集得混合液，按体积比1:10，将环氧丙烷添加至混合液中，搅拌混合并静置20～24h，收集陈化液；
（2）按质量比1:8，将陈化液添加至异丙醇中，在55～65℃下浸泡40～50h，待浸泡完成后，过滤并收集滤饼，将滤饼置于100～110℃下干燥至恒重后，收集干燥颗粒并升温加热、保温煅烧收集得基体颗粒；
（3）按质量比1:10，将正丙醇锆添加至硝酸溶液中，搅拌混合得混合液A，再按重量份数计，分别称量45～50份N-甲基甲酰胺、3～5份聚氧化乙烯和6～8份去离子水，搅拌混合得混合液B，将混合液A保温添加至混合液B中，保温凝胶处理得复合凝胶液；
（4）按质量比1:5，将基体颗粒添加至复合凝胶液中，搅拌混合并置于室温下老化处理，得混合改性料。
步骤（2）所述升温加热、保温煅烧为按20℃/min，将干燥颗粒置于马弗炉中，待升温至1200～1250℃，保温煅烧1～2h。
步骤（3）所述保温添加温度为0～5℃。
步骤（3）所述混合液A与混合液B之间混合比例为按质量比1:6。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明技术方案首先采用氧氯化锆和氯化铝复合并环氧丙烷陈化制备复合溶胶材料，经高温煅烧制备多孔氧化铝复合氧化锆微球颗粒，以该颗粒为基体改性颗粒，由于多孔氧化铝复合氧化锆微球颗粒多孔结构，将其添加至混凝土中，可以有效降低混凝土材料的质量，同时由于煅烧制备的复合微球具有优异的力学强度，使其负载混凝土中具有良好的力学性能，同时本发明技术方案针对多孔复合微球材料由于孔隙问题导致材料内部结构松散的缺陷，通过凝胶复合并老化封堵，在不提高材料整体质量的条件下，封堵材料内部孔隙结构的同时，老化成型的凝胶材料与混凝土材料之间形成有效的结合，使多孔基体材料具有优异的结构性能，从而有效改善材料的力学强度；
（2）本发明技术方案以封堵后的多孔材料为改性基材，由于复合材料表面通过老化凝胶材料进行改性，制备的复合混凝土材料随着基体颗粒的有效负载，混凝土材料内部填充的基体材料，表面的圆润度增加，且表面棱角状的包覆逐渐减少，纳米溶胶材料代入到混凝土中，因而使混凝土密实度增加，抗压强度增大进一步改善材料的力学强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
按重量份数计，分别称量45～50份无水乙醇、25～30份氧氯化锆溶液和15～20份六水合氯化铝置于搅拌机中，搅拌混合并置于200～300W下超声分散10～15min后，再在55～65℃下搅拌混合25～30min，收集得混合液，按体积比1:10，将环氧丙烷添加至混合液中，搅拌混合并静置20～24h，收集陈化液并按质量比1:8，将陈化液添加至异丙醇中，在55～65℃下浸泡40～50h，待浸泡完成后，过滤并收集滤饼，将滤饼置于100～110℃下干燥至恒重后，收集干燥颗粒并按20℃/min，将干燥颗粒置于马弗炉中，待升温至1200～1250℃，保温煅烧1～2h，收集得基体颗粒；按质量比1:10，将正丙醇锆添加至质量分数1％硝酸溶液中，搅拌混合得混合液A，再按重量份数计，分别称量45～50份N-甲基甲酰胺、3～5份聚氧化乙烯和6～8份去离子水，搅拌混合得混合液B，再在0～5℃冰水浴下，将混合液A添加至混合液B中，控制混合液A与混合液B之间混合比例为按质量比1:6，搅拌混合45～60min后，再置于35～40℃下保温凝胶处理25～30min得复合凝胶液；按质量比1:5，将基体颗粒添加至复合凝胶液中，搅拌混合并置于室温下老化处理25～30min，得混合改性料；按重量份数计，分别称量45～50份水泥、35～40份水、65～70份轻骨料、0.5～1.0份引气剂、2～3份减水剂和65～70份混合改性料置于搅拌机中搅拌混合并浇注至模具中，自然养护即可制备得高强轻质混凝土。
实施例1
按重量份数计，分别称量45份无水乙醇、25份氧氯化锆溶液和15份六水合氯化铝置于搅拌机中，搅拌混合并置于200W下超声分散10min后，再在55℃下搅拌混合25min，收集得混合液，按体积比1:10，将环氧丙烷添加至混合液中，搅拌混合并静置20h，收集陈化液并按质量比1:8，将陈化液添加至异丙醇中，在55℃下浸泡40h，待浸泡完成后，过滤并收集滤饼，将滤饼置于100℃下干燥至恒重后，收集干燥颗粒并按20℃/min，将干燥颗粒置于马弗炉中，待升温至1200℃，保温煅烧1h，收集得基体颗粒；按质量比1:10，将正丙醇锆添加至质量分数1％硝酸溶液中，搅拌混合得混合液A，再按重量份数计，分别称量45份N-甲基甲酰胺、3份聚氧化乙烯和6份去离子水，搅拌混合得混合液B，再在0℃冰水浴下，将混合液A添加至混合液B中，控制混合液A与混合液B之间混合比例为按质量比1:6，搅拌混合45min后，再置于35℃下保温凝胶处理25min得复合凝胶液；按质量比1:5，将基体颗粒添加至复合凝胶液中，搅拌混合并置于室温下老化处理25min，得混合改性料；按重量份数计，分别称量45份水泥、35份水、65份轻骨料、0.5份引气剂、2份减水剂和65份混合改性料置于搅拌机中搅拌混合并浇注至模具中，自然养护即可制备得高强轻质混凝土。
实施例2
按重量份数计，分别称量47份无水乙醇、27份氧氯化锆溶液和17份六水合氯化铝置于搅拌机中，搅拌混合并置于250W下超声分散12min后，再在60℃下搅拌混合27min，收集得混合液，按体积比1:10，将环氧丙烷添加至混合液中，搅拌混合并静置22h，收集陈化液并按质量比1:8，将陈化液添加至异丙醇中，在60℃下浸泡45h，待浸泡完成后，过滤并收集滤饼，将滤饼置于105℃下干燥至恒重后，收集干燥颗粒并按20℃/min，将干燥颗粒置于马弗炉中，待升温至1225℃，保温煅烧1h，收集得基体颗粒；按质量比1:10，将正丙醇锆添加至质量分数1％硝酸溶液中，搅拌混合得混合液A，再按重量份数计，分别称量47份N-甲基甲酰胺、4份聚氧化乙烯和7份去离子水，搅拌混合得混合液B，再在2℃冰水浴下，将混合液A添加至混合液B中，控制混合液A与混合液B之间混合比例为按质量比1:6，搅拌混合47min后，再置于37℃下保温凝胶处理27min得复合凝胶液；按质量比1:5，将基体颗粒添加至复合凝胶液中，搅拌混合并置于室温下老化处理27min，得混合改性料；按重量份数计，分别称量45份水泥、37份水、67份轻骨料、0.7份引气剂、2份减水剂和67份混合改性料置于搅拌机中搅拌混合并浇注至模具中，自然养护即可制备得高强轻质混凝土。
实施例3
按重量份数计，分别称量50份无水乙醇、30份氧氯化锆溶液和20份六水合氯化铝置于搅拌机中，搅拌混合并置于300W下超声分散15min后，再在65℃下搅拌混合30min，收集得混合液，按体积比1:10，将环氧丙烷添加至混合液中，搅拌混合并静置24h，收集陈化液并按质量比1:8，将陈化液添加至异丙醇中，在65℃下浸泡50h，待浸泡完成后，过滤并收集滤饼，将滤饼置于110℃下干燥至恒重后，收集干燥颗粒并按20℃/min，将干燥颗粒置于马弗炉中，待升温至1250℃，保温煅烧2h，收集得基体颗粒；按质量比1:10，将正丙醇锆添加至质量分数1％硝酸溶液中，搅拌混合得混合液A，再按重量份数计，分别称量50份N-甲基甲酰胺、5份聚氧化乙烯和8份去离子水，搅拌混合得混合液B，再在5℃冰水浴下，将混合液A添加至混合液B中，控制混合液A与混合液B之间混合比例为按质量比1:6，搅拌混合60min后，再置于40℃下保温凝胶处理30min得复合凝胶液；按质量比1:5，将基体颗粒添加至复合凝胶液中，搅拌混合并置于室温下老化处理30min，得混合改性料；按重量份数计，分别称量50份水泥、40份水、70份轻骨料、1.0份引气剂、3份减水剂和70份混合改性料置于搅拌机中搅拌混合并浇注至模具中，自然养护即可制备得高强轻质混凝土。
实施例4
按重量份数计，分别称量50份无水乙醇、30份氧氯化锆溶液和20份六水合氯化铝置于搅拌机中，搅拌混合并置于300W下超声分散15min后，再在65℃下搅拌混合30min，收集得混合液，按体积比1:10，将环氧丙烷添加至混合液中，搅拌混合并静置24h，收集陈化液并按质量比1:8，将陈化液添加至异丙醇中，在65℃下浸泡50h，待浸泡完成后，过滤并收集滤饼，将滤饼置于110℃下干燥至恒重后，收集干燥颗粒并按20℃/min，将干燥颗粒置于马弗炉中，待升温至1250℃，保温煅烧2h，收集得基体颗粒；按重量份数计，分别称量50份水泥、40份水、70份轻骨料、1.0份引气剂、3份减水剂和70份基体颗粒置于搅拌机中搅拌混合并浇注至模具中，自然养护即可制备得高强轻质混凝土。
对实施例1、实施例2、实施例3和实施例4进行性能测试，先对实施例按照按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）进行制作和养护，随后进行制备试样和冻融测试，测试结果如下表表1所示。
表1 性能对照表
Figure 392346DEST_PATH_IMAGE002
由上表可知，本发明制备的实施例1、实施例2和实施例3具有优异的力学性能，同时对比实施例4，其抗压强度和坍落度较实施例1、实施例2和实施例3均显著上升，说明本发明技术方案通过凝胶复合并老化封堵，在不提高材料整体质量的条件下，封堵材料内部孔隙结构的同时，老化成型的凝胶材料与混凝土材料之间形成有效的结合，制备的复合混凝土材料，随着基体颗粒的有效负载，混凝土材料内部填充的基体材料，表面的圆润度增加，且表面棱角状的包覆逐渐减少，纳米溶胶材料代入到混凝土中，因而使混凝土密实度增加，抗压强度增大进一步改善材料的力学强度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (5)

1.一种高强轻质混凝土，其特征在于，由下列重量份物质组成：
45～50份水泥；
35～40份水；
65～70份轻骨料；
0.5～1.0份引气剂；
2～3份减水剂；
65～70份混合改性料；所述混合改性料为无水乙醇、氧氯化锆溶液、六水合氯化铝复合并经环氧丙烷改性后，煅烧制备的基体颗粒经老化凝胶封堵制备而成，所述混合改性料制备步骤为：
(1)复合凝胶溶胶制备：按重量份数计，分别称量45～50份无水乙醇、25～30份氧氯化锆溶液和15～20份六水合氯化铝置于搅拌机中，搅拌混合并超声分散，收集得混合液，按体积比1:10，将环氧丙烷添加至混合液中，搅拌混合并静置20～24h，收集陈化液；
(2)溶胶煅烧制备基体颗粒：按质量比1:8，将陈化液添加至异丙醇中，在55～65℃下浸泡40～50h，待浸泡完成后，过滤并收集滤饼，将滤饼置于100～110℃下干燥至恒重后，收集干燥颗粒并升温加热、保温煅烧收集得基体颗粒；
(3)多孔凝胶制备：按质量比1:10，将正丙醇锆添加至硝酸溶液中，搅拌混合得混合液A，再按重量份数计，分别称量45～50份N-甲基甲酰胺、3～5份聚氧化乙烯和6～8份去离子水，搅拌混合得混合液B，将混合液A保温添加至混合液B中，保温凝胶处理得复合凝胶液；
(4)多孔凝胶老化封堵基体颗粒：按质量比1:5，将基体颗粒添加至复合凝胶液中，搅拌混合并置于室温下老化处理，得混合改性料。
2.根据权利要求1所述的一种高强轻质混凝土，其特征在于：所述轻骨料粒径为5～16mm。
3.根据权利要求1所述的一种高强轻质混凝土，其特征在于：步骤(2)所述升温加热、保温煅烧为按20℃/min，将干燥颗粒置于马弗炉中，待升温至1200～1250℃，保温煅烧1～2h。
4.根据权利要求1所述的一种高强轻质混凝土，其特征在于：步骤(3)所述保温添加温度为0～5℃。
5.根据权利要求1所述的一种高强轻质混凝土，其特征在于：步骤(3)所述混合液A与混合液B之间混合比例为按质量比1:6。
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