CN112521095A - 一种轻质高强混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种轻质高强混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及混凝土制备的技术领域，具体公开了一种轻质高强混凝土及其制备方法。轻质高强混凝土包括如下的组分：水泥、硅灰、粉煤灰、空心玻璃微珠、陶粒、硼化钛颗粒、聚酰胺纤维、减水剂和水；其制备方法为：步骤一，将水泥、硅灰、粉煤灰、空心玻璃微珠和水混合均匀得到预拌混凝土；步骤二，将陶粒、硼化钛颗粒、纤维和减水剂加入预拌混凝土中，搅拌4‑5min得到搅拌均匀的轻质高强混凝土。本申请的轻质高强混凝土可用于超高层建筑、桥梁等施工领域，其具有容重小、抗压强度高、工作性能稳定的优点。

Description

一种轻质高强混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土制备的技术领域，更具体地说，它涉及一种轻质高强混凝土及其制备方法。
背景技术
普通混凝土原材料丰富，抗压强度高，经济耐用，在工程施工中得到广泛的应用，但由于普通混凝土自重大，造成制得的混凝土运输成本较高，工程造价显著提升，难以满足建筑业快速高效发展的需要，轻质高强混凝土随之产生。轻质高强混凝土具有自重轻、抗震性能好的优点，被大量地使用在高层建筑中。
相关技术中，申请号为201711233051.9的申请文件公开了一种轻质低收缩超高性能混凝土及其制备方法,混凝土由包含以下重量份数的原料制成：水泥650-800kg/m3、粉煤灰微珠180-300kg/m3、硅灰130-200kg/m3、陶砂610-710kg/m3、镀铜钢纤维100-200kg/m3、减缩降粘型减水剂12.5-18.5kg/m3、保水减缩内养护剂4.5-8.0kg/m3和水140-160kg/m3；制得的混凝土在降低自身重量的同时，粉煤灰能够改善混凝土的保水性和流动性，陶砂和镀铜钢纤维增强混凝土的抗压强度和抗折强度，因此轻质低收缩超高性能混凝土具有较好的工作性能。
针对上述中的相关技术，发明人认为陶砂的强度不高，且陶砂是一种脆性材料，当配制容重更低、强度更高的混凝土时，则需要增加陶砂的掺量，从而导致制成的混凝土的抗压强度难以满足施工要求。
发明内容
为了进一步降低混凝土的容重的同时提高混凝土的强度，本申请提供一种轻质高强混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种轻质高强混凝土，采用如下的技术方案：
一种轻质高强混凝土，所述轻质高强混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥580-620份、硅灰180-220份、粉煤灰180-220份、空心玻璃微珠490-510份、陶粒100-150份、硼化钛颗粒60-80份、聚酰胺纤维5-15份、减水剂20-40份和水90-110份。
通过采用上述技术方案，空心玻璃微珠的主要成分是硼硅酸盐，空心玻璃微珠具有重量轻体积大、抗压强度高、稳定性好的优点，用空心玻璃微珠代替普通的砂石骨料，可以降低混凝土自身的容重，同时可以使混凝土保持较好的抗压强度，从而满足施工要求。
陶粒是一种表面坚硬的陶制颗粒，坚硬的外壳使得陶粒具有较高的强度，陶粒内部结构特征呈细密蜂窝状微孔，封闭型的微孔使陶粒具有优良的轻质性，采用陶粒代替混凝土中的粗骨料，一方面，陶粒能够有效降低混凝土自身重量的同时提高混凝土的抗压强度，从而使得混凝土具有较好的施工性能；另一方面，陶粒表面粗糙多孔，该结构有利于提高陶粒与胶凝材料之间的粘结力，从而提高混凝土的硬化强度。
硼化钛颗粒的主要成分是TiB2，TiB2具有很高的硬度，在混凝土搅拌分散过程中硼化钛颗粒可以附着在陶粒的表面，使陶粒保持较佳的耐磨性和增韧性，减少陶粒在搅拌过程中的磨损和破裂，从而避免混凝土的强度受到影响。
由于采用聚酰胺纤维，聚酰胺纤维自身重量小且具有较高的强度，聚酰胺纤维在混凝土拌和过程中能均匀分散于混凝土浆体中，减少混凝土的硬化过程中收缩开裂的问题，此外聚酰胺纤维均匀分布于水泥浆体中，能有效提高胶凝材料和其他骨料的粘结力，从而提高混凝土硬化后的抗折强度。
由上述组分原料相结合，获得的混凝土具有容重低、强度高，工作性能稳定的优点，能够满足高层工程施工的要求。
优选的，所述轻质高强混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥600-620份、硅灰190-210份、粉煤灰180-200份、空心玻璃微珠500-510份、陶粒100-120份、硼化钛颗粒70-75份、聚酰胺纤维8-10份、减水剂25-35份和水100-110份。
通过采用上述技术方案，由上述组分原料相结合，获得的混凝土进一步降低自身的容重的同时提高了强度，具有更好的工作性能。
优选的，所述硅灰中的二氧化硅体积含量大于90％。
通过采用上述技术方案，硅灰能够填充水泥颗粒之间的孔隙，从而提高混凝土的自密实性能，较高的二氧化硅含量，有利于二氧化硅与水泥产生的水化硅酸钙和水化氯酸钙充分反应，从而产生结构稳定的凝胶体，有利于提高混凝土的抗压、抗折及耐磨性能。
优选的，所述空心玻璃微珠的密度为350-450g/cm3。
通过采用上述技术方案，将空心玻璃微珠的密度选择在上述范围内，有利于空心玻璃微珠自身保持轻质的特性，从而降低混凝土的干密度，进一步降低了混凝土自身的容重。
优选的，所述陶粒的筒压强度为5-10MPa，粒径为5-10mm连续级配。
通过采用上述技术方案，将陶粒的筒压强度选择在上述范围内，陶粒在混凝土的运输、泵送和搅拌过程中不易破裂，不会产生较大的磨损，有利于混凝土保持良好的抗压强度；将陶粒的规格选择在上述范围内，连续级配的陶粒可以填充陶粒之间的间隙，从而最大程度的减少陶粒之间的间隙率，有利于混凝土骨料保持均匀的分布结构，使得混凝土具有较好的整体性和抗压强度。
优选的，所述硼化钛颗粒的粒径为8-10微米。
通过采用上述技术方案，将硼化钛颗粒的粒径选择在上述范围内，硼化钛颗粒在搅拌过程中能够更好的扩散于水泥颗粒之间，从而能更加均匀的附着在陶粒表面，使得陶粒表面的粗糙度减小，进一步减少陶粒在搅拌过程中产生破裂和磨损的问题。
优选的，所述聚酰胺纤维的长度为10-15mm。
通过采用上述技术方案，将聚酰胺纤维的长度选择在上述范围内，有利于聚酰胺纤维在混凝土拌和过程中分散均匀，并且长度为10-15mm的聚酰胺纤维在搅拌过程中可分散出大量分支，能够更好的粘结骨料和水泥颗粒，从而提高混凝土硬化后的强度。
优选的，所述减水剂由如下重量百分比的组分组成：减水母液20-30％、保坍母液8-18％、降粘剂5-10％、消泡剂0.3-1.2％、缓凝剂1-3％和水50-55％。
通过采用上述技术方案，减水母液对水泥颗粒有分散作用，减少单位用水量，使混凝土保持较好的和易性；保坍母液能够改善混凝土拌合物的流动性，有利于混凝土保持较佳的坍落度；降粘剂可以降低混凝土表面的粘度，使得混凝土具有较好的高层泵送性能；消泡剂可以改善水泥浆体中气泡的结构，使得较大直径的气泡破裂，减少水泥表面产生缩孔的问题，由上述组分向结合的减水剂能够进一步提升混凝土的工作性能。
第二方面，本申请提供一种轻质高强混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种轻质高强混凝土的制备方法，包括如下的制备步骤：
S1：将水泥、硅灰、粉煤灰和空心玻璃微珠和水充分混合均匀，得到预拌混凝土；
S2：将陶粒、硼化钛颗粒、纤维和减水剂加入混合料中，搅拌4-5min得到轻质高强混凝土。
通过采用上述技术方案，在S2步骤中加入陶粒，可以减少陶粒的搅拌时间，有利于减少陶粒的磨损，保持陶粒的完整性，制得的混凝土自身容重较低且具有较高的抗压强度，工作性能符合施工标准的要求。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用空心玻璃微珠和陶粒代替普通砂石骨料，由于空心玻璃微珠和陶粒具有重量轻、强度高、性能稳定等优点，因此能够降低混凝土的容重的同时提高混凝土的强度。
2、本申请中优选采用密度为350-450g/cm3的空心玻璃微珠，密度为350-450g/cm3的空心玻璃微珠能够使自身保持较佳的轻质性，从而降低混凝土的干密度，进一步降低了混凝土自身的容重。
3、本申请中优选采用筒压强度为5-10Mpa的陶粒，使得陶粒在混凝土的运输、泵送和搅拌过程中不容易破裂，不会产生较大的磨损，获得了进一步提高混凝土抗压强度的效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
水泥为普通硅酸盐水泥标号为P.O42.5；硅灰比表面积1800～2000m2/kg，烧失量为2～4％；粉煤灰比表面积300～500m2/kg，烧失量不大于2％，活性达到110％～130％；空心玻璃微珠购自廊坊市森诺玻璃微珠有限公司，粒径为1-5mm；陶粒购自廊坊诺威节能科技有限公司，陶粒表观密度为1500-1600kg/m3，含水量小于0.1％；硼化钛颗粒购自上海巷田纳米材料有限公司，比表面积50～70m2/kg，含水量小于0.1％；聚酰胺纤维购自山东路德新材料股份有限公司；减水母液购自盘锦富隆化工有限公司；保坍母液购自山西鼎和新型建筑材料有限公司；消泡剂购自湖北新四海化工股份有限公司；缓凝剂购自北京万图明科技有限公司。
减水剂的制备例
制备例1
减水剂由以下重量份的原料混合搅拌制成：
减水母液20kg、保坍母液8kg、降粘剂5kg、消泡剂0.3kg、缓凝剂1kg和水50kg。
制备例2
减水母液25kg、保坍母液13kg、降粘剂7kg、消泡剂0.8kg、缓凝剂2kg和水53kg。
制备例2
减水母液30kg、保坍母液18kg、降粘剂10kg、消泡剂1.2kg、缓凝剂3kg和水55kg。
实施例
实施例1
一种轻质高强混凝土，由以下重量份的原料制成：
水泥580kg、硅灰220kg、粉煤灰180kg、空心玻璃微珠490kg、陶粒150kg、硼化钛颗粒60kg、聚酰胺纤维5kg、减水剂20kg、水90kg。
硅灰中的二氧化硅含量为92％；空心玻璃微珠的密度为350g/cm3；陶粒的筒压强度为5MPa；硼化钛粒径为8微米；聚酰胺纤维的长度为10mm；减水剂选用制备例1制得的减水剂。
轻质高强混凝土通过如下步骤制备获得：
S1：将水泥、硅灰、粉煤灰、空心玻璃微珠和水在搅拌机中搅拌60s，得到预拌混凝土；
S2：将陶粒、硼化钛颗粒、纤维和减水剂加入预拌混凝土中，搅拌4-5min得到搅拌均匀的预拌混凝土；
实施例2
一种轻质高强混凝土，与实施例1的区别在于：组分含量和搅拌时间的不同，具体的含量见表1；S2搅拌4.5min。
实施例3
一种轻质高强混凝土，与实施例1的区别在于：组分含量和搅拌时间的不同，具体的含量见表1；S2搅拌5min。
实施例4
一种轻质高强混凝土，与实施例1的区别在于：组分含量的不同，具体的含量见表1。
实施例5
一种轻质高强混凝土，与实施例1的区别在于：组分含量的不同，具体的含量见表1。
表1实施例1-5的轻质高强混凝土的组分含量
Figure BDA0002837804150000081
实施例6
一种轻质高强混凝土，与实施例5的区别在于：本实施例选用的空心玻璃微珠的密度为400g/cm3。
实施例7
一种轻质高强混凝土，与实施例5的区别在于：本实施例选用的空心玻璃微珠的密度为450g/cm3。
实施例8
一种轻质高强混凝土，与实施例5的区别在于：本实施例选用的陶粒的筒压强度为8MPa。
实施例9
一种轻质高强混凝土，与实施例5的区别在于：本实施例选用的陶粒的筒压强度为10MPa。
实施例10
一种轻质高强混凝土，与实施例9的区别在于：本实施例选用的硼化钛颗粒的粒径为9微米。
实施例11
一种轻质高强混凝土，与实施例9的区别在于：本实施例选用的硼化钛颗粒的粒径为10微米。
实施例12
一种轻质高强混凝土，与实施例11的区别在于：本实施例选用的聚酰胺纤维的长度为12mm。
实施例13
一种轻质高强混凝土，与实施例11的区别在于：本实施例选用的聚酰胺纤维的长度为15mm。
实施例14
一种轻质高强混凝土，与实施例13的区别在于：本实施例选用制备例2的减水剂。
实施例15
一种轻质高强混凝土，与实施例13的区别在于：本实施例选用制备例3的减水剂。
对比例
对比例1
一种轻质低收缩超高性能混凝土，由以下重量份的原料制成：
水泥650kg、粉煤灰微珠180kg、硅灰130kg、陶砂610kg、镀铜钢纤维100kg、减水剂12.5kg、养护剂4.5kg和水140kg。
轻质低收缩超高性能混凝土通过如下步骤制备获得：
S1：将水泥、粉煤灰微珠、硅灰、陶砂、镀铜钢纤维和水混合均匀，搅拌60s得到预拌混凝土；
S2：将减水剂、养护剂和预拌混凝土混合均匀，搅拌2min得到轻质低收缩超高性能混凝土。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于：未加入空心玻璃微珠。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于：加入的空心玻璃微珠密度为700g/cm3。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于：未加入硼化钛颗粒。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于：加入的硼化钛颗粒粒径为20微米。
对比例6
对比例6与实施例1的区别在于：未加入聚酰胺纤维。
对比例7
对比例7与实施例1的区别在于：加入的聚酰胺纤维的长度为20mm。
对比例8
对比例8与实施例1的区别在于：加入陶粒的筒压强度为3MPa。
性能检测试验
试验一容重测试
试验样品：采用实施例1-15中获得的混凝土拌合物作为试验样品1-15，采用对比例1-8中获得混凝土拌合物作为对照样品1-8。
试验方法：用一个直径为186mm、高度为186mm的5L容量筒，擦净容量筒，称其质量G1(千克)；将试验样品和对照样品分层装入容量筒内，每层厚度不超过150mm，用捣棒从边缘至中心螺旋形插捣，每层插捣15次，以上各层插至其下层10～20mm处；沿容量筒口刮除多余的拌合物，抹平表面，将容量筒外部擦干净，称其质量G0(千克)。
容重(kg/m3)＝((G0-G1)/V)·1000,V是容量筒的容积。
试验结果：试验样品1-15的测试结果如表2所示，对照样品1-8的测试结果如表3所示。
试验二抗压强度测试
试验样品：采用实施例1-15中获得混凝土拌合物作为试验样品1-15，采用对比例1-8中获得混凝土拌合物作为对照样品1-8。
试验方法：将试验样品1-15的混凝土拌合物制成混凝土试块，将对照样品1-8的混凝土拌合物制成混凝土试块，根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的抗压强度试验检测再生混凝土的28d抗压强度(MPa)。
试验仪器：压力试验机
试验结果：试验样品1-15的测试结果如表2所示，对照样品1-7的测试结果如表3所示。
表2试验样品1-15容重和抗压强度的测试结果
Figure BDA0002837804150000121
Figure BDA0002837804150000131
由表2可知，将试验样品1-5进行比较，本申请实施例1-5制备得到的轻质高强混凝土各项性能均满足《普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T50080-2016》的要求，并且试验样品5相比于试验样品1-4，容重和抗压强度之间更加平衡，因此具有更好的施工性能。
由表2可知，将试验样品6、试验样品7与试验样品5进行比较，在制备轻质高强混凝土时，空心玻璃微珠的密度对混凝土的容重有影响，由于试验样品5的空心玻璃微珠的密度较小，从而降低了混凝土的干密度，因此试验样品5制得的混凝土容重较小。
由表2可知，将试验样品8、试验样品9与试验样品5进行比较，在制备轻质高强混凝土时，加入的陶粒的砼筒压强度越高，制得的混凝土的抗压强度越高，因此实验样品9具有更高的抗压强度。
由表2可知，将试验样品10、试验样品11与试验样品9进行比较，在制备轻质高强混凝土时，加入的硼化钛颗粒的粒径对混凝土的强度有一定影响，硼化钛颗粒的粒径越大，越有利于硼化钛颗粒均匀的附着在陶粒表面，从而进一步减少陶粒在搅拌过程中磨损的问题，因此实验样品11具有更高的抗压强度。
由表2可知，将实验样品12、试验样品13和实验样品11进行比较，在制备轻质高强混凝土时，选择长度为15mm的聚酰胺纤维，15mm长度的聚酰胺纤维可以在混凝土拌和过程中均匀分散，同时散发出大量分支，能够更好的结合骨料，从而提高混凝土的强度的同时保持自身容重不产生较大变化。
由表2可知，将实验样品1-15进行比较，制备例1-3的减水剂均可满足轻质高强混凝土对于外加剂的要求，制备例2的减水剂进一步提高了混凝土的抗压强度。
表3对照样品1-8容重和抗压强度的测试结果
Figure BDA0002837804150000141
由表2和表3可知，将实验样品1-5与对照样品1进行比较，对照样品1的轻质低收缩超高性能混凝土虽然抗压强度也能满足施工要求，但其自身容重较大，不利于超高层施工。
由表2和表3可知，将实验样品1-5与对照样品2进行比较，未加入空心玻璃微珠制得的混凝土的强度明显降低，且加入空心玻璃微珠的混凝土具有较小的容重，更有利于超高层建筑施工使用。
由表2和表3可知，将试样样品6、实验样品7与对照样品3进行比较，密度为700g/cm3的空心玻璃微珠制得的混凝土相比于密度为350-450g/cm3的空心玻璃微珠制得的混凝土，其自身的容重进一步增大，不利于超高层建筑施工和泵送。
由表2和表3可知，将实验样品1-5与对照样品4进行比较，未加入硼化钛的混凝土在搅拌过程中，由于陶粒表面粗糙多孔，因此陶粒在搅拌过程中受到较大的摩擦力，使得陶粒容易破碎，因而导致混凝土的抗压强度有所下降。
由表2和表3可知，将实验样品11、实验样品10与对照样品5进行比较，较大粒径的硼化钛颗粒不利于硼化钛颗粒在混凝土浆体之间扩散，因此不能很好的发挥填充作用，导致混凝土的抗压强度下降。
由表2和表3可知，将实验样品1-5与对照样品6进行比较，加入聚酰胺纤维能够提高混凝土的抗压强度，因为聚酰胺纤维与浆体之间具有一定的结合力，当混凝土受压形成微裂缝时，可以减缓裂缝扩展，从而表现出混凝土的强度提升。
由于聚酰胺纤维在混凝土浆体中具有较强的握裹力，可以有效控制混凝土结晶体的位移，混凝土内的毛细裂缝碰到临近的聚酰胺纤维时立即被阻挡，从而防止裂缝的扩大延伸，减少混凝土表面产生裂缝的问题，因而能够提高混凝土的强度。
由表2和表3可知，将实验样品9、实验样品8和对照样品8进行比较，对照样品8的抗压强度下降，筒压强度较低的陶粒不利于在搅拌过程中保持完整性,因此造成混凝土的抗压强度下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种轻质高强混凝土，其特征在于，所述轻质高强混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥580-620份、硅灰180-220份、粉煤灰180-220份、空心玻璃微珠490-510份、陶粒100-150份、硼化钛颗粒60-80份、聚酰胺纤维5-15份、减水剂20-40份和水90-110份。
2.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土，其特征在于：所述轻质高强混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥600-620份、硅灰190-210份、粉煤灰180-200份、空心玻璃微珠500-510份、陶粒100-120份、硼化钛颗粒70-75份、聚酰胺纤维8-10份、减水剂25-35份和水100-110份。
3.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土，其特征在于：所述硅灰中的二氧化硅体积含量大于90％。
4.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土，其特征在于：所述空心玻璃微珠的密度为350-450g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土，其特征在于：所述陶粒的筒压强度为5-10MPa，粒径为5-10mm连续级配。
6.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土，其特征在于：所述硼化钛颗粒的粒径为8-10微米。
7.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土，其特征在于：所述聚酰胺纤维的长度为10-15mm。
8.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土，其特征在于：所述减水剂由如下重量百分比的组分组成：减水母液20-30%、保坍母液8-18%、降粘剂5-10%、消泡剂0.3-1.2%、缓凝剂1-3%和水50-55%。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下的制备步骤：
S1：将水泥、硅灰、粉煤灰、空心玻璃微珠和水充分混合均匀，得到预拌混凝土；
S2：将陶粒、硼化钛颗粒、纤维和减水剂加入预拌混凝土中，搅拌4-5min得到轻质高强混凝土。
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