CN111635252A - 一种高强轻质保温混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强轻质保温混凝土及其制备方法，所述产品由包含以下重量份的原料制成：水泥25‑40份；粉煤灰15‑20份；骨料30‑40份；聚苯乙烯颗粒0.5‑1份；发泡剂1‑2份；减水剂0.5‑1.5份；水8‑12份；钢纤维1‑1.5份、聚丙烯纤维1‑1.5份，具有保温效果好、墙体轻且强度高的优点；制备方法是将骨料和钢纤维混合搅拌均匀；将水泥、粉煤灰加入到料c中，再将水加入到料c中，得到料d；将聚苯乙烯颗粒和聚丙烯纤维加入到料d中，得到料e；将减水剂、发泡剂制成混合水溶液，搅拌均匀，通过雾化形式喷入料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土；此方法制备的混凝土，具有保温效果好、墙体轻和强度高的优点。

Description

一种高强轻质保温混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土加工的技术领域，更具体地说，它涉及一种高强轻质保温混凝土及其制备方法。
背景技术
随着我国城市化进程的不断深化，建设过程中的资源消耗和建筑运行过程中的能源消耗已成为经济可持续发展的瓶颈。由于目前房屋建筑建设总量和人们对居住舒适度的需求不断提高，建筑能耗在我国社会总能耗中所占比例已经超过三分之一，且还在持续上升。提高建筑物围护结构的保温隔热性能能够降低建筑能耗，墙体作为围护结构的重要组成部分，逐渐成为节能减排的工作研究的一个重点。
目前，自保温墙体体系具有施工工序简单，保温效果好的优点，直接采用自身具有保温效果的墙体材料，而不需要再采取额外的保温措施。因此自保温墙体成为房屋建筑降低能耗的首选。
公布号为CN108218319A的中国发明专利公开了一种钢纤维聚苯乙烯颗粒再生保温混凝土及其制备方法，按原料的总重量的百分含量计，由如下原料制成：水6-8％、水泥12-14％、河砂28.5-32％、再生粗骨料41-48.8％、树脂胶粉1.0-2.5％、钢纤维1.5-3.5％、减水剂0.1-0.2％和聚苯乙烯颗粒0.6-0.8％。上述对比文件制备的再生保温混凝土，具有防火、密度低、导热系数小、隔声、抗震、造价低廉、轻质高强、节能利废等优势
但是，上述制备再生保温混凝土需要加入大量的钢纤维以保证混凝土的高强度。但是，一方面钢纤维用量大会增加成本，另一方面钢纤维用量大会增加混凝土墙的重量，不能达到轻质的效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高强轻质保温混凝土，其具有保温效果好、墙体轻且强度高的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种高强轻质保温混凝土的制备方法，用此方法制备的混凝土，具有保温效果好、墙体轻和强度高的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高强轻质保温混凝土，所述产品由包含以下重量份的原料制成：
水泥25-40份；
粉煤灰15-20份；
骨料30-40份；
聚苯乙烯颗粒0.5-1份；
发泡剂1-2份；
减水剂0.5-1.5份；
水8-12份；
钢纤维1-1.5份、
聚丙烯纤维1-1.5份。
通过采用上述技术方案，由于在混凝土的原料中，加入了聚苯乙烯颗粒，聚苯乙烯作为轻骨料加入其中，使轻骨料混凝土具有轻质的效果；聚苯乙烯本身具有多孔结构，具有较好的保温性能，使混凝土具有较好的保温效果；但是制成的混凝土强度不够；钢纤维的加入，提高了混凝土的抗拉强度，同时又能提高混凝土的变形能力，改善混凝土的韧性和抗冲击性，使混凝土的强度得到保证；但是钢纤维的用量不能加入的过多，在保证混凝土的强度下减少钢纤维用量的同时，还向混凝土中加入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维本身密度小、长度短，增进混凝土的韧性、抗疲劳性，提高混凝土的抗冲磨性能；聚丙烯纤维加入水泥基体，可降低水泥混凝土的脆性，提高基材的韧性，掺入聚丙烯纤维的水泥混凝土能承受几万次，乃至几百万次的静力强度的应力反复作用，仍保持良好的状态；聚丙烯纤维成本低，与钢纤维配合制成的混凝土，大大的改善了弯曲韧性，能够减少钢纤维的用量，且两者配合使用的性能优于任何一种纤维单独掺进的效果，因此，能够得到既有较好的保温效果，又有较好的强度的混凝土。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸盐类高性能减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸盐高效减水剂属于表面活性剂，对水泥有很好的分散作用，能够提高水泥拌合物的流动性和混凝土坍落度，另一方面，能够大大的降低用水量；减水剂由于特殊的分子结构，具有亲水基团和憎水基团。减水剂加水后，其亲水基团会电离出离子，自身带电荷，由于电斥力作用，水泥絮凝结构被打开，被其包围的游离水被释放出来，使拌合水增加。其憎水基团定向的吸附于水泥颗粒的表面形成了一层水膜，在水泥颗粒中起到了润滑作用，提高了拌合物的流动性。水泥颗粒在减水剂的作用下，充分散开，水化面积增大，从而水化更为充分，提高了混凝土的强度。
进一步地，所述发泡剂为松香皂发泡剂、K12发泡剂和AES发泡剂中的一种。
进一步地，所述聚丙烯纤维为短纤维。
进一步地，还包括有5-8份改性废橡胶，所述改性废橡胶通过酸化改性处理得到。
通过采用上述技术方案，改性废橡胶作为再生骨料加入到混凝土中，通过聚苯乙烯与改性废橡胶形成合理级配，再与聚丙烯和钢纤维结合提升结构的强度和抗裂性能，减少构件早期由于塑型变形产生的裂缝，同时抑制微裂缝的发展与扩展。
进一步地，所述改性废橡胶的改性制备方法为：
将废橡胶制成颗粒，置于pH为6-6.5的酸性水溶液中酸化，浸泡4-6h，得到料a；
将改性剂加入到料a中，加热升温至80-100℃，搅拌1-2h，得到料b；
将料b洗涤，过滤，得到改性废橡胶。
通过采用上述技术方案，对废橡胶进行改性，能够在橡胶的表面引入带电官能团，与混凝土中的其他成分结合后通过电荷间的相互作用，提高其结合力，从而提高混凝土的强度。
进一步地，所述改性剂为聚乙二醇、聚二丁烯或聚异戊二烯中的一种。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高强轻质保温混凝土的制备方法，包括以下步骤，
将骨料和钢纤维混合搅拌均匀，得到料c；
将水泥、粉煤灰加入到料c中，干拌5-10min，再将水加入到料c中，搅拌均匀，得到料d；
将聚苯乙烯颗粒和聚丙烯纤维加入到料d中，搅拌均匀，得到料e；
将减水剂、发泡剂溶于1-2kg的水中制成混合水溶液，搅拌均匀，通过雾化形式喷入料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土。
通过采用上述技术方案，将钢纤维与骨料搅拌，将钢纤维充分的附着在骨料的表面，再向内加入水泥、粉煤灰，干混搅拌，使其完全的充分混合；加入聚苯乙烯颗粒和聚丙烯纤维，使聚苯乙烯颗粒、聚丙烯与浆料充分混合，均匀的分散在浆料中，防止聚苯乙烯颗粒分散不均匀，影响混凝土的整体强度；最后将减水剂和发泡剂通过雾化形式喷入，减水剂和发泡剂的用量较少，雾化喷入的方式能够增大与浆料的接触面积，使之混合搅拌的更加均匀。
一种高强轻质保温混凝土的制备方法，包括以下步骤，
将骨料、改性废橡胶和钢纤维混合搅拌5-10min，得到料c；
将水泥、粉煤灰加入到料c中，干拌5-10min，再将水加入到料c中，搅拌3-5min，得到料d；
将聚苯乙烯颗粒和聚丙烯纤维加入到料d中，搅拌均匀，得到料e；
将减水剂、发泡剂溶于1-2kg的水中制成混合水溶液，搅拌均匀，通过雾化形式喷入料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明在配方中加入了聚丙烯纤维，加入到配方中，起到提升强度的作用，既减少了钢纤维的用量，省去了成本，同时聚丙烯纤维与钢纤维共同作用使得抗压强度最大达到了23.5Mpa，抗压强度达到2.51Mpa，大大的提高了混凝土的抗拉强度和抗压强度。
第二、本发明中优选在配方中加入了改性废橡胶，改性废橡胶作为再生骨料加入其中，废橡胶与聚苯乙烯颗粒形成合理级配，均匀的分散在混凝土中，制成的混凝土的导热系数低至0.1W/m2·k，具有较好的保温效果；形成的级配与聚丙烯纤维和钢纤维共同作用提升混凝土的结构强度和抗裂性能，使得本发明具有高强轻质保温的效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
原料
水泥：硅酸盐水泥P.W42.5级，购自河南郑州垒固建材有限公司；
粉煤灰：一级粉煤灰，购自河北石家庄驰磷矿产品有限公司；
骨料：天然砂和碎石，比例为1∶1；
改性剂：
聚乙二醇，PEG-6000，购自江苏茂亨化工有限公司；
聚异戊二烯，YC-360，购自湖北远成赛创科技有限公司；
聚丁二烯，购自湖北永阔科技有限公司；
发泡剂：
松香皂发泡剂：工业级，购自郑州东润化工；
K12发泡剂：购自河南鑫科化工产品有限公司；
AES发泡剂：AES-64000，购自东莞长盛塑胶有限公司；
聚苯乙烯颗粒：一级聚苯乙烯颗粒，购自廊坊绿港保温建材有限公司；
减水剂：聚羧酸缓凝高效减水剂(型号XF-1)，购自合肥永源建材有限公司；
钢纤维：购自衡阳功整钢纤维有限公司；
聚丙烯纤维：短纤维，购自宜宾晶砼建材有限公司。
改性废橡胶的制备例
制备例1
废橡胶来源于各种废旧轮胎，将废橡胶放置在破碎机内进行破碎，制成粒径为15mm以下的颗粒，放置于水溶液中，水淹没废橡胶颗粒即可，用醋酸调pH为6，浸泡4h，得到料a；将聚乙二醇加入到料a中，控制聚乙二醇和废橡胶的比例为3∶1，加热升温至80℃，搅拌2h，搅拌的过程中持续加热，温控控制在80℃，使聚乙二醇均匀的包覆在废橡胶的表面，得到料b；
将料b水洗，过滤，制得改性废橡胶。
制备例2
废橡胶来源于各种废旧轮胎，将废橡胶放置在破碎机内进行破碎，制成粒径为15mm以下的颗粒，放置于水溶液中，水淹没废橡胶颗粒即可，用醋酸调pH为6.3，浸泡5h，得到料a；将聚丁二烯和聚乙二醇加入到料a中，控制两者的总和与废橡胶的比例为3∶1，加热升温至90℃，搅拌1.5h，搅拌的过程中持续加热，温控控制在90℃，使聚二丁烯均匀的包覆在废橡胶的表面，得到料b；
将料b水洗，过滤，制得改性废橡胶。
制备例3
废橡胶来源于各种废旧轮胎，将废橡胶放置在破碎机内进行破碎，制成粒径为15mm以下的颗粒，放置于水溶液中，水淹没废橡胶颗粒即可，用醋酸调pH为6.5，浸泡6h，得到料a；将聚异戊二烯加入到料a中，控制聚异戊二烯和废橡胶的比例为3∶1，加热升温至100℃，搅拌1h，搅拌的过程中持续加热，温控控制在100℃，使聚异戊二烯均匀的包覆在废橡胶的表面，得到料b；
将料b水洗，过滤，制得改性废橡胶。
实施例1
一种高强轻质保温混凝土，由以下制备步骤制得：
1)取30kg骨料和1kg钢纤维放入搅拌机内，混合干搅拌5min，得到料c；
2)将25kg水泥、15kg粉煤灰加入到料c中，干拌5min，再向内加入7kg水，搅拌3min，得到料d；
3)将0.5kg聚苯乙烯颗粒和1kg聚丙烯纤维加入到料d中，搅拌均匀，得到料e；
4)将0.5kg减水剂、1kg松香皂发泡剂溶于1kg水溶液，充分搅拌，混合均匀，通过雾化形式喷入步骤3)制成的料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土。
实施例2
一种高强轻质保温混凝土，与实施例1的区别在于制备工艺参数不同，其余均相同，具体为：
1)取30kg骨料和1kg钢纤维放入搅拌机内，混合干搅拌8min，得到料c；
2)将25kg水泥、15kg粉煤灰加入到料c中，干拌8min，再向内加入6.5kg水，搅拌4min，得到料d；
3)将0.5kg聚苯乙烯颗粒和1kg聚丙烯纤维加入到料d中，搅拌均匀，得到料e；
4)将0.5kg减水剂、1kg松香皂发泡剂溶于1.5kg水溶液，充分搅拌，混合均匀，通过雾化形式喷入步骤3)制成的料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土。
实施例3
一种高强轻质保温混凝土，与实施例1的区别在于制备工艺参数不同，其余均相同，具体为：
1)取30kg骨料和1kg钢纤维放入搅拌机内，混合干搅拌10min，得到料c；
2)将25kg水泥、15kg粉煤灰加入到料c中，干拌10min，再向内加入6kg水，搅拌5min，得到料d；
3)将0.5kg聚苯乙烯颗粒和1kg聚丙烯纤维加入到料d中，搅拌均匀，得到料e；
4)将0.5kg减水剂、1kg松香皂发泡剂溶于2kg水溶液，充分搅拌，混合均匀，通过雾化形式喷入步骤3)制成的料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土。
实施例4
一种高强轻质保温混凝土，与实施例2的区别在于各组分的含量不同，其余均相同，具体为：
1)取35kg骨料和1.25kg钢纤维放入搅拌机内，混合干搅拌8min，得到料c；
2)将33kg水泥、18kg粉煤灰加入到料c中，干拌8min，再向内加入8.5kg水，搅拌4min，得到料d；
3)将0.75kg聚苯乙烯颗粒和1.3kg聚丙烯纤维加入到料d中，搅拌均匀，得到料e；
4)将1kg减水剂、1.5kg松香皂发泡剂溶于1.5kg水溶液，充分搅拌，混合均匀，通过雾化形式喷入步骤3)制成的料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土。
实施例5
一种高强轻质保温混凝土，与实施例4的区别在于各组分的含量不同，其余均相同，具体为：
1)取40kg骨料和1.5kg钢纤维放入搅拌机内，混合干搅拌8min，得到料c；
2)将40kg水泥、20kg粉煤灰加入到料c中，干拌8min，再向内加入8.5kg水，搅拌4min，得到料d；
3)将1kg聚苯乙烯颗粒和1.5kg聚丙烯纤维加入到料d中，搅拌均匀，得到料e；
4)将1.5kg减水剂、2kg松香皂发泡剂溶于1.5kg水溶液，充分搅拌，混合均匀，通过雾化形式喷入步骤3)制成的料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土。
实施例6
一种高强轻质保温混凝土，与实施例4的不同之处在于：所使用的发泡剂为K12发泡剂替换等量的松香皂发泡剂，其余原料用量相同，制备步骤也相同。
实施例7
一种高强轻质保温混凝土，与实施例4的不同之处在于：所使用的发泡剂为AES发泡剂替换等量的松香皂发泡剂，其余原料用量相同，制备步骤也相同。
实施例8
一种高强轻质保温混凝土，与实施例4的不同之处在于，组分中还加入了改性废橡胶，具体用量和操作步骤为：
1)取40kg骨料、制备例1制备的5kg改性废橡胶和1.5kg钢纤维放入搅拌机内，混合干搅拌8min，得到料c；
2)将40kg水泥、20kg粉煤灰加入到料c中，干拌8min，再向内加入8.5kg水，搅拌4min，得到料d；
3)将1kg聚苯乙烯颗粒和1.5kg聚丙烯纤维加入到料d中，搅拌均匀，得到料e；
4)将1.5kg减水剂、2kg发泡剂溶于1.5kg水溶液，充分搅拌，混合均匀，通过雾化形式喷入步骤3)制成的料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土。
实施例9
一种高强轻质保温混凝土，与实施例8的区别在于，改性废橡胶的用量为6.5kg，其余原料的用量均相同，操作步骤与实施例8完全相同。
实施例10
一种高强轻质保温混凝土，与实施例8的区别在于，改性废橡胶的用量为8.0kg，其余原料的用量均相同，操作步骤与实施例8完全相同。
实施例11
一种高强轻质保温混凝土，与实施例9的区别在于，用等量的制备例2制备的改性废橡胶代替制备例1制备的改性废橡胶，其余原料的用量均相同，操作步骤与实施例9完全相同。
实施例12
一种高强轻质保温混凝土，与实施例9的区别在于，用等量的制备例3制备的改性废橡胶代替制备例1制备的改性废橡胶，其余原料的用量均相同，操作步骤与实施例9完全相同。
对比例1
公布号为CN108218319A中实施例5制备的钢纤维聚苯乙烯颗粒再生混凝土。
对比例2
与对比例1的区别是用等量的聚丙烯纤维代替钢纤维制备的聚苯乙烯颗粒再生混凝土。
对比例3
对比例3与实施例4区别在于制备方法不同，各组分的用量完全相同，具体操作步骤为：
将实施例4的所有原料均放置在搅拌机内进行搅拌，直至搅拌均匀，制成混凝土。
性能检测试验
GB/T50189-2015《公共建筑节能设计标准渺，分别对实施例1-12制备的混凝土和对比例1-3制备的混凝土的导热系数进行评定，数值越低，则保温性能越好。
GB/T50010-2010《混凝土结构设计规范渺，分别对实施例1-12制备的混凝土和对比例1-3制备的混凝土的抗压强度和抗拉强度进行测定，数值越大，抗压强度或抗拉强度越高。
表1实施例1-12和对比例1-3的检测结果
Figure BDA0002564383280000081
从表1可以看出，实施例1-12制备的高强轻质混凝土的导热系数要低于对比例1-2制备的混凝土。可见，用本发明提供的制备方法制备出来的混凝土的保温效果要好于对比例1-2制备的混凝土。在保证保温效果好的情况下，对比实施例1-12与对比例1-2的抗压强度数值和抗拉强度数值，可以得出：实施例1-12制备的混凝土的抗压强度和抗拉强度明显优于对比例1-2制备的混凝土的强度。综上所述，本实施例1-12制备的混凝土具有高强、轻质和保温的效果。
对比实施例1-3的数据可以得出，采用实施例2的工艺参数，得到的保温效果和强度均要优于实施例1和实施例3；
对比实施例1、实施例4和实施例5可以得出，在实施例4的各组分用量下，能够达到较好的保温效果和较高的强度；
对比实施例4、实施例6和实施例7可以得出，发泡剂选择对制备的混凝土的保温效果和强度没有较大的影响，本实施例中提供的发泡剂均能够起到较好的发泡效果。
对比实施例4、实施例8-10可以得出，加入改性废橡胶后，混凝土的保温效果与未加入时相差不大，但抗压强度和抗拉强度有较为明显的提升；实施例9制备的混凝土的各个方面的性能较优。
对比实施例9-11，可以得到改性废橡胶的在制备的过程中，改性剂的选用对改性后的橡胶没有较大的影响，均有较优的效果。
对比实施例4与对比例3可以得出，利用本发明提供的制备方法，具备更优的保温效果、抗拉性能和抗压性能。
对比对比例1-2和对比例3可以得到，本发明的配方具有较好的效果。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种高强轻质保温混凝土，其特征在于，所述产品由包含以下重量份的原料制成：
水泥25-40份；
粉煤灰15-20份；
骨料30-40份；
聚苯乙烯颗粒0.5-1份；
发泡剂1-2份；
减水剂0.5-1.5份；
水8-12份；
钢纤维1-1.5份；
聚丙烯纤维1-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种高强轻质保温混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸盐类高性能减水剂。
3.根据权利要求1所述的一种高强轻质保温混凝土，其特征在于，所述发泡剂为松香皂发泡剂、K12发泡剂和AES发泡剂中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高强轻质保温混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维为短纤维。
5.根据权利要求1所述的一种高强轻质保温混凝土，其特征在于，还包括有5-8份改性废橡胶，所述改性废橡胶通过酸化改性处理得到。
6.根据权利要求5所述的一种高强轻质保温混凝土，其特征在于，所述改性废橡胶的改性制备方法为：
将废橡胶制成颗粒，置于pH为6-6.5的酸性水溶液中酸化，浸泡4-6h，得到料a；
将改性剂加入到料a中，加热升温至80-100℃，搅拌1-2h，得到料b；
将料b洗涤，过滤，得到改性废橡胶；
所述改性剂为聚乙二醇、聚丁二烯或聚异戊二烯中的一种或多种。
7.一种权利要求1-4任一项所述的一种高强轻质保温混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
将骨料和钢纤维混合搅拌5-10min，得到料c；
将水泥、粉煤灰加入到料c中，干拌5-10min，再将水加入到料c中，搅拌3-5min，得到料d；
将聚苯乙烯颗粒和聚丙烯纤维加入到料d中，搅拌均匀，得到料e；
将减水剂、发泡剂溶于1-2kg的水中制成混合水溶液，搅拌均匀，通过雾化形式喷入料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土。
8.一种权利要求5所述的一种高强轻质保温混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
将骨料、改性废橡胶和钢纤维混合搅拌5-10min，得到料c；
将水泥、粉煤灰加入到料c中，干拌5-10min，再将水加入到料c中，搅拌3-5min，得到料d；
将聚苯乙烯颗粒和聚丙烯纤维加入到料d中，搅拌均匀，得到料e；
将减水剂、发泡剂溶于1-2kg的水中制成混合水溶液，搅拌均匀，通过雾化形式喷入料e内，搅拌均匀，制成高强轻质保温混凝土。
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