CN113292280A - 聚氨酯复合轻集料混凝土及其制备方法 - Google Patents

聚氨酯复合轻集料混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及聚氨酯复合轻集料混凝土及其制备方法，所述聚氨酯复合轻集料混凝土，按照重量份数计，包括如下组分：水泥50‑70份、粉煤灰10‑30份、干砂10‑30份、灰钙粉1‑5份、微晶纤维素1‑2份、水玻璃2‑4份、改性橡胶粉8‑10份、复合纤维10‑15份和聚氨酯泡沫颗粒20‑30份，具有力学性能、保温性能优异、密度小，性能稳定的优点。

Description

聚氨酯复合轻集料混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及聚氨酯复合轻集料混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称，通常讲的混凝土是指用水泥作胶凝材料、砂、石作骨料，与水按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，广泛应用于土木工程。混凝土按照表观密度的大小可分为：重混凝土、普通混凝土、轻质混凝土。这三种混凝土的不同之处是骨料不同。
轻集料混凝土为轻质混凝土中的一种，由轻集料配制成的、容重不大于1900kg/m3的轻质混凝土，也称多孔轻集料混凝土。由于轻集料混凝土中含有大量封闭的孔隙，使其具有轻质、保温隔热性能好、施工方便等性能，与传统的混凝土相比，可减轻自重40-60％以上。
大量的建筑垃圾不经处置简单填埋，占用耕地、破坏土壤，污染大气和水源，带来严重的环境负荷。建筑废弃物的资源化利用是实践循环经济和节能减排的重要途径之一。
建筑垃圾具备资源化的属性，传统的填埋方式很大程度上浪费了材料潜在的价值。目前，对于建筑废弃物的处置和利用，国内已经有很多的研究和应用实践，多数集中在利用废弃混凝土制作再生骨料混凝土方面。
轻集料混凝土表观密度小，比强度高，且保温、隔热、耐火、抗震性好，是用量仅次于普通混凝土的一种新型混凝土。如今在建筑中使用轻集料混凝土已经成为一种发展方向。轻集料混凝土除了在性能与功能方面相比普通混凝土具有显著的优势之外，它还是一种生态环保型建筑材料，具有轻质、保温、隔音等特点。
单组分干拌复合轻集料中是将水泥、粉煤灰等胶凝材料与聚氨酯颗粒进行混合，但由于聚氨酯颗粒具有多孔的外观结构、密度小，在产品贮存、运输以及施工等过程中容易上浮集中在上层，且聚氨酯颗粒为易燃材料，存在一定的安全隐患。
吕晶,周天华,杜强,等.掺橡胶颗粒轻集料混凝土力学性能的试验研究[J].硅酸盐通报,2015.中公开了轻集料混凝土的表观密度、立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性模量和轴心抗压强度随着橡胶颗粒替代率的提高而降低，棱柱体单轴受压应力-应变全曲线的峰值应变随着橡胶颗粒替代率的提高不断增大，峰值应变后曲线随着替代率的提高越发趋于平缓，抗压破坏模式由脆性破坏转变成延性破坏。此技术虽然为橡胶颗粒的回收利用提供了一条途径，但是橡胶颗粒的加入在降低轻集料混凝土表观密度的同时也降低了轻集料混凝土的力学性能。
中国专利申请CN108751827A公开了一种基于无机改性聚氨酯颗粒的干拌复合轻集料混凝土，所述混凝土由以下重量份的原料制备而成：无机改性聚氨酯颗粒38～135重量份、水泥162～485重量份、粉煤灰30～127重量份，矿粉23～50重量份、硅灰3～50重量份、干沙37～740重量份、外加剂4.6～19.7重量份和水105～380重量份。制备方法包括以下步骤：1：对废旧聚氨酯颗粒进行粒径分级；2：对分级后的废旧聚氨酯颗粒进行无机改性处理；3：将水泥、粉煤灰、硅灰、干沙、矿粉及外加剂加到干粉搅拌机中搅拌混匀，得到干拌复合粉料；4：将干拌复合粉料和无机改性聚氨酯颗粒进行混合，加水搅拌制成干拌复合轻集料混凝土。但是制备得到的混凝土强度和保温性能均有待进一步提高。
中国专利申请CN102206096A公开了一种多相复合轻集料混凝土及其制备方法，它的原料按重量份配比如下：水泥1份；粉煤灰0.40～0.50份；浮石砂1.836～2.219份；玉米秸秆纤维0.028～0.043份；聚苯颗粒0.006～0.008份；橡胶颗粒0.23～0.33份；外加剂0.010～0.015份；发泡剂0.005～0.007份；水0.50～0.55份。步骤一，制备薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维；步骤二，聚苯颗粒和橡胶颗粒的界面处理；步骤三，水泥、粉煤灰、水、外加剂和薄层裹壳浮石砂搅拌均匀；再依次加入聚苯颗粒和橡胶颗粒、薄层裹壳秸秆纤维继续搅拌。该发明有效提高了轻集料混凝土的力学性能，增强了保温隔热性能，并降低了生产成本。但是制备得到的混凝土力学性能和保温性能均有待进一步提高。
因此，开发一种能解决上述技术问题的聚氨酯复合轻集料混凝土及其制备方法是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种力学性能、保温性能优异，密度小，性能稳定的聚氨酯复合轻集料混凝土及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种聚氨酯复合轻集料混凝土，按照重量份数计，包括如下组分：水泥50-70份、粉煤灰10-30份、干砂10-30份、灰钙粉1-5份、微晶纤维素1-2份、水玻璃2-4份、改性橡胶粉8-10份、复合纤维10-15份和聚氨酯泡沫颗粒20-30份。
优选地，所述复合纤维为玻璃纤维、钢纤维和玄武岩纤维中的至少两种。
更优选地，所述复合纤维为玻璃纤维、钢纤维和玄武岩纤维的混合物，三者质量比为1-2:0.5-2.5:1。
更优选地，所述玻璃纤维的长度为10-15mm，所述钢纤维的长度为5-8mm，所述玄武岩纤维的长度为3-9mm。
优选地，所述粉煤灰的粒径为100-150目。
优选地，所述改性橡胶粉为橡胶粉经1-3％的表面处理剂处理后制得。
更优选地，所述表面处理剂由如下重量份的组分组成：硅烷偶联剂5-10份、硅酸钠水溶液10-20份和羟丙基甲基纤维素1-2份。
更优选地，所述硅酸钠水溶液的质量浓度为20-30％。
更优选地，所述改性橡胶粉的制备工艺包括如下步骤：将表面处理剂与4-6倍量的40-60℃的水混合，加入橡胶粉搅拌20-30min，过滤，干燥，即得。
优选地，所述聚氨酯泡沫颗粒的粒径组成为1-3mm 6-10份，4-8mm 5-10份，9-15mm9-10份。
本发明还涉及上述的聚氨酯复合轻集料混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将水泥和粉煤灰混合，得到混合物A，取部分混合物A加入水，搅拌后得到浆料B；
(2)将水玻璃喷淋在复合纤维和聚氨酯泡沫颗粒表面，加入浆料B中进行搅拌，得到物质C；
(3)将剩余混合物A、干砂、灰钙粉、微晶纤维素、改性橡胶粉混合，加入物质C，搅拌均匀后，即得。
优选地，步骤(1)包括如下步骤：将水泥和粉煤灰混合，得到混合物A，取20-40％的混合物A加入15-20％的水，搅拌后得到浆料B。
所述加入15-20％的水是指加入的所述水的质量占所述20-40％的混合物A质量的15-20％。
本发明的有益效果是：
本发明优化了聚氨酯复合轻集料混凝土的组成，采用废旧聚氨酯泡沫颗粒和橡胶粉用于制备混凝土，实现了资源化利用，同时各组分协同作用，制备得到的混凝土保温性能、抗压性能优异，减少了混凝土的重量，密度大大降低，降低了建筑物的荷载，延长了使用寿命。
本发明将玻璃纤维、钢纤维和玄武岩纤维复合用于制备混凝土，与其它组分均匀混合，提升了混凝土的强度，各方面性能更加稳定。
本发明将橡胶粉进行改性后，改善了橡胶粉与其余各组分的界面性能，制备得到的混凝土各方面性能显著提高。
本发明优化了各组分的尺寸，有利于提高各组分的分散性和混合均匀性，从而提高混凝土的性能稳定性，既保持轻质又具有一定的保温效果，同时提升了产品的强度。
本发明先采用部分水泥和粉煤灰对复合纤维和聚氨酯泡沫颗粒进行预处理，封闭了纤维和聚氨酯泡沫颗粒的表面孔口，避免浆料进入孔口，同时提高了与其他组分的粘结强度，再将其余各组分进行混合，减少了原料的用量，减轻了混凝土的密度，同时提高了产品的强度和保温性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
本发明各实施例和对比例的灰钙粉购自河北拓万环保科技有限公司，品牌华凯，氢氧化钙含量≥90％。微晶纤维素购自合肥信臻坊食品配料有限公司，货号25。羟丙基甲基纤维素购自河南德英化工产品有限公司，型号172-1。
实施例1
一种聚氨酯复合轻集料混凝土，按照重量份数计，包括如下组分：水泥50份、粉煤灰(100目)10份、干砂10份、灰钙粉1份、微晶纤维素1份、水玻璃2份、改性橡胶粉8份、复合纤维10份和聚氨酯泡沫颗粒20份。
所述复合纤维为玻璃纤维(10-15mm)、钢纤维(5-8mm)和玄武岩纤维(3-9mm)的混合物，三者质量比为1:0.5:1；
所述聚氨酯泡沫颗粒的粒径组成为1-3mm 6份，4-8mm 5份，9-15mm 9份。
所述改性橡胶粉的制备工艺包括如下步骤：将表面处理剂与4倍量的40℃的水混合，加入橡胶粉搅拌20min，过滤，干燥，即得，表面处理剂占橡胶粉的质量百分比为1％。
所述表面处理剂由如下重量份的组分组成：硅烷偶联剂(A151)5份、硅酸钠水溶液(质量浓度20％)10份和羟丙基甲基纤维素1份。
聚氨酯复合轻集料混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将水泥和粉煤灰混合，得到混合物A，取20％的混合物A加入15％的水，搅拌后得到浆料B；
(2)将水玻璃喷淋在复合纤维和聚氨酯泡沫颗粒表面后，全部加入浆料B中进行搅拌，得到物质C；
(3)将剩余混合物A、干砂、灰钙粉、微晶纤维素、改性橡胶粉混合，加入物质C，搅拌均匀后，即得。
实施例2
一种聚氨酯复合轻集料混凝土，按照重量份数计，包括如下组分：水泥70份、粉煤灰(150目)30份、干砂30份、灰钙粉5份、微晶纤维素2份、水玻璃4份、改性橡胶粉10份、复合纤维15份和聚氨酯泡沫颗粒30份。
所述复合纤维为玻璃纤维(10-15mm)、钢纤维(5-8mm)和玄武岩纤维(3-9mm)的混合物，三者质量比为2:2.5:1；
所述聚氨酯泡沫颗粒的粒径组成为1-3mm 10份，4-8mm 10份，9-15mm 10份。
所述改性橡胶粉的制备工艺包括如下步骤：将表面处理剂与6倍量的60℃的水混合，加入橡胶粉搅拌30min，过滤，干燥，即得，表面处理剂占橡胶粉的质量百分比为3％。
所述表面处理剂由如下重量份的组分组成：硅烷偶联剂(A172)10份、硅酸钠水溶液(质量浓度30％)20份和羟丙基甲基纤维素2份。
聚氨酯复合轻集料混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将水泥和粉煤灰混合，得到混合物A，取40％的混合物A加入20％的水，搅拌后得到浆料B；
(2)将水玻璃喷淋在复合纤维和聚氨酯泡沫颗粒表面，加入浆料B中进行搅拌，得到物质C；
(3)将剩余混合物A、干砂、灰钙粉、微晶纤维素、改性橡胶粉混合，加入物质C，搅拌均匀后，即得。
实施例3
一种聚氨酯复合轻集料混凝土，按照重量份数计，包括如下组分：水泥60份、粉煤灰(120目)20份、干砂20份、灰钙粉3份、微晶纤维素2份、水玻璃3份、改性橡胶粉9份、复合纤维12份和聚氨酯泡沫颗粒24份。
所述复合纤维为玻璃纤维(10-15mm)、钢纤维(5-8mm)和玄武岩纤维(3-9mm)的混合物，三者质量比为1.5:1.5:1；
所述聚氨酯泡沫颗粒的粒径组成为1-3mm 8份，4-8mm 7份，9-15mm 9份。
所述改性橡胶粉的制备工艺包括如下步骤：将表面处理剂与5倍量的50℃的水混合，加入橡胶粉搅拌25min，过滤，干燥，即得，表面处理剂占橡胶粉的质量百分比为2％。
所述表面处理剂由如下重量份的组分组成：硅烷偶联剂(A171)8份、硅酸钠水溶液(质量浓度25％)15份和羟丙基甲基纤维素2份。
聚氨酯复合轻集料混凝土的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将水泥和粉煤灰混合，得到混合物A，取30％的混合物A加入18％的水，搅拌后得到浆料B；
(2)将水玻璃喷淋在复合纤维和聚氨酯泡沫颗粒表面，加入浆料B中进行搅拌，得到物质C；
(3)将剩余混合物A、干砂、灰钙粉、微晶纤维素、改性橡胶粉混合，加入物质C，搅拌均匀后，即得。
对比例1
与实施例3的区别仅在于复合纤维的总用量不变，组成不同，仅为玻璃纤维(10-15mm)和钢纤维(5-8mm)的混合物，两者质量比为1:1，其余条件均相同。
对比例2
与实施例3的区别仅在于复合纤维的总用量不变，组成不同，仅为玄武岩纤维(3-9mm)，其余条件均相同。
对比例3
与实施例3的区别仅在于改性橡胶粉制备过程中，表面处理剂的总用量不变，组成不同，仅含硅酸钠水溶液(质量浓度25％)，其余条件均相同。
对比例4
与实施例3的区别仅在于改性橡胶粉制备过程中，表面处理剂的总用量不变，组成不同，仅含硅烷偶联剂(A171)20份和羟丙基甲基纤维素5份，其余条件均相同。
对比例5
与实施例3的区别仅在于聚氨酯复合轻集料混凝土的制备工艺不同，其余条件均相同，具体如下：
(1)将水泥和粉煤灰混合，得到混合物A，取30％的混合物A加入18％的水，搅拌后得到浆料B；
(2)将水玻璃喷淋在复合纤维和聚氨酯泡沫颗粒表面，得到物质C；
(3)将浆料B、剩余混合物A、干砂、灰钙粉、微晶纤维素、改性橡胶粉混合，加入物质C，搅拌均匀后，即得。
测试例1力学性能测试
参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》采用标准试件养护28d后测试混凝土的力学性能。结果如表1所示。
表1
28d抗压强度/MPa
实施例1 34.6
实施例2 35.1
实施例3 35.8
对比例1 30.3
对比例2 27.7
对比例3 29.3
对比例4 31.2
对比例5 28.5
测试例2保温性能测试
参照GB/T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》测试实施例1-3和对比例1-5的保温性能，试验温度25℃，环境保持干燥，冷板温度25℃，热板温度35℃，冷热板温度梯度为10K，结果如表2所示。
表2
导热系数(W/m·K)
实施例1 0.169
实施例2 0.165
实施例3 0.162
对比例1 0.196
对比例2 0.213
对比例3 0.267
对比例4 0.230
对比例5 0.304
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种聚氨酯复合轻集料混凝土，其特征在于，按照重量份数计，包括如下组分：水泥50-70份、粉煤灰10-30份、干砂10-30份、灰钙粉1-5份、微晶纤维素1-2份、水玻璃2-4份、改性橡胶粉8-10份、复合纤维10-15份和聚氨酯泡沫颗粒20-30份。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯复合轻集料混凝土，其特征在于，所述复合纤维为玻璃纤维、钢纤维和玄武岩纤维中的至少两种。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯复合轻集料混凝土，其特征在于，所述复合纤维为玻璃纤维、钢纤维和玄武岩纤维的混合物，三者质量比为1-2:0.5-2.5:1。
4.根据权利要求2所述的聚氨酯复合轻集料混凝土，其特征在于，所述玻璃纤维的长度为10-15mm，所述钢纤维的长度为5-8mm，所述玄武岩纤维的长度为3-9mm。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯复合轻集料混凝土，其特征在于，所述改性橡胶粉为橡胶粉经1-3％的表面处理剂处理后制得。
6.根据权利要求5所述的聚氨酯复合轻集料混凝土，其特征在于，所述表面处理剂由如下重量份的组分组成：硅烷偶联剂5-10份、硅酸钠水溶液10-20份和羟丙基甲基纤维素1-2份。
7.根据权利要求5所述的聚氨酯复合轻集料混凝土，其特征在于，所述改性橡胶粉的制备工艺包括如下步骤：将表面处理剂与4-6倍量的40-60℃的水混合，加入橡胶粉搅拌20-30min，过滤，干燥，即得。
8.根据权利要求1所述的聚氨酯复合轻集料混凝土，其特征在于，所述聚氨酯泡沫颗粒的粒径组成为1-3mm 6-10份，4-8mm 5-10份，9-15mm 9-10份。
9.权利要求1-8任一所述的聚氨酯复合轻集料混凝土的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将水泥和粉煤灰混合，得到混合物A，取部分混合物A加入水，搅拌后得到浆料B；
(2)将水玻璃喷淋在复合纤维和聚氨酯泡沫颗粒表面，加入浆料B中进行搅拌，得到物质C；
(3)将剩余混合物A、干砂、灰钙粉、微晶纤维素、改性橡胶粉混合，加入物质C，搅拌均匀后，即得。
10.根据权利要求9所述的制备工艺，其特征在于，步骤(1)包括如下步骤：将水泥和粉煤灰混合，得到混合物A，取20-40％的混合物A加入15-20％的水，搅拌后得到浆料B。
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