CN113402221A - 一种高强度高保温的混凝土及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强度高保温的混凝土及其生产工艺，一种高强度高保温的混凝土，含有以下重量份成分：普通硅酸盐水泥250~350份，粉煤灰80~180份，砂子350~500份，陶粒800~900份，钢纤维8~20份，聚丙烯纤维8~20份，改性聚苯乙烯颗粒5~15份，减水剂5~12份，水100~150份；改性聚苯乙烯颗粒按以下方法制备：将聚苯乙烯颗粒熔融成流动状态，加入二氧化硅颗粒、引气剂后搅拌混合均匀得混合物料；将混合物料输送到双螺杆挤出机中进行挤压成型，双螺杆挤出机的加热温度设定为150~200℃，挤出熔体经过水下切粒干燥后即得到内芯为二氧化硅颗粒，外层为聚苯乙烯的改性聚苯乙烯颗粒。本发明的一种高强度高保温的混凝土相比于传统聚苯颗粒混凝土，具有更好的保温性能和抗压强度。

Description

一种高强度高保温的混凝土及其生产工艺

技术领域

本发明属于混凝土制备技术领域，具体涉及一种高强度高保温的混凝土及其生产工艺。

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要求的不断提高，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，并且还在上升。要降低建筑能耗，首要任务是提高建筑物围护结构的保温隔热性能。

现在建筑墙体保温主要通过外墙内保温、外墙外保温和墙体自保温三种方式实现。外墙内保温是将保温材料如聚苯乙烯保温板等铺设在墙体的内侧从而起到保温效果，施工方法简单，施工难度小，造价较低，但容易因为热桥现象让墙体结露继而发霉；且内保温墙体受外界环境影响较大，日夜温差和季节差异都容易使得墙体开裂。外墙外保温是将保温材料铺设在墙体外面起到保温隔热效果，减少热量损失。外墙外保温虽然可以避免热桥现象，但保温层铺设在外面，施工复杂、耗费高且受气候环境影响严重，易出现开裂、局部脱落等现象，耐久性差，且存在火灾隐患。自保温墙体具有施工工艺简单，保温效果好，直接采用自身具有保温效果的墙体材料而不需要采取额外的保温措施，因此成为房屋建筑降低能耗的首选。

目前常用的自保温材料有聚苯颗粒混凝土，如中国专利CN202010629141.5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。但是，聚苯乙烯颗粒的密度和强度都很低，在制备混凝土搅拌过程中，聚苯乙烯颗粒容易上浮，导致聚苯乙烯颗粒不能够在混凝土内混合均匀，使得制备成型后的混凝土块内不同位置的强度和保温性能不一致，影响成品混凝土的整体强度指标和保温性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种高强度高保温的混凝土及其生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高强度高保温的混凝土，含有以下重量份成分：普通硅酸盐水泥250~350份，粉煤灰80~180份，砂子350~500份，陶粒800~900份，钢纤维8~20份，聚丙烯纤维8~20份，改性聚苯乙烯颗粒5~15份，减水剂5~12份，水100~150份；

所述改性聚苯乙烯颗粒按以下方法制备：将聚苯乙烯颗粒熔融成流动状态，加入二氧化硅颗粒、引气剂后搅拌混合均匀得混合物料；将所述混合物料输送到双螺杆挤出机中进行挤压成型，双螺杆挤出机的加热温度设定为150~200℃，挤出熔体经过水下切粒干燥后即得到内芯为二氧化硅颗粒，外层为聚苯乙烯的改性聚苯乙烯颗粒。

优选地，所述混合物料中所述聚苯乙烯颗粒、所述二氧化硅颗粒和所述引气剂的质量比为：100：（50~80）：（0.3~0.5）。

优选地，所述引气剂为烷基磺酸钠或烷基苯磺酸钠。

优选地，所述普通硅酸盐水泥的等级强度为P.0 42.5。

优选地，所述粉煤灰为二级以上粉煤灰。

优选地，所述陶粒粒径为5~15mm，级配连续。

优选地，所述聚丙烯纤维的抗拉强度大于360MPa，弹性模量大于3.5GPa，拉伸极限大于15%。

优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

优选地，还含有以下重量份成分：膨胀剂10~20份。

本发明还提供一种高强度高保温的混凝土的生产工艺，包括以下步骤：

（1）将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、砂子、陶粒、钢纤维、聚丙烯纤维和改性聚苯乙烯颗粒加入到混凝土搅拌机中混合均匀；

（2）向混凝土搅拌机中加入减水剂和水，继续搅拌均匀，得到高强度高保温的混凝土。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的一种高强度高保温的混凝土通过添加改性聚苯乙烯颗粒使制备出的混凝土具备自保温性能，同时相比于传统聚苯颗粒混凝土，改性聚苯乙烯颗粒的密度得到提高，使其在搅拌过程中不容易上浮，进而可在混凝土内部各点分布更均匀，提高成品混凝土整体的保温性能和结构强度；另一方面，改性聚苯乙烯颗粒内包覆的二氧化硅颗粒不仅可以提高改性聚苯乙烯颗粒的密度，还可以增强改性聚苯乙烯颗粒的强度，使得成品混凝土的整体强度得到进一步提高。

本发明的附加优点、目的以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其他的优点可以通过在书面说明及其权利要求书中具体指出的结构实现并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明实施例提供一种高强度高保温的混凝土，含有以下重量份成分：普通硅酸盐水泥250~350份，粉煤灰80~180份，砂子350~500份，陶粒800~900份，钢纤维8~20份，聚丙烯纤维8~20份，改性聚苯乙烯颗粒5~15份，减水剂5~12份，水100~150份。其中，普通硅酸盐水泥的等级强度可选为P.0 42.5，这样可使制备出的混凝土块具有良好的抗压强度。粉煤灰可选为二级或者一级粉煤灰，因二级以上粉煤灰具有和易性好、可泵性强、抗冲击能力高和抗冻性强的优点。陶粒粒径可选为5~15mm，级配连续。减水剂可选为聚羧酸减水剂。此外，还可以向混凝土原料配方中添加适当含量的增稠剂，以提高混凝土的黏性。本发明实施例的混凝土原料中除改性聚苯乙烯颗粒为自制外，其他原料均为市售购得。

其中，改性聚苯乙烯颗粒按以下方法制备：将聚苯乙烯颗粒熔融成流动状态，加入二氧化硅颗粒、引气剂后搅拌混合均匀得混合物料；将混合物料输送到双螺杆挤出机中进行挤压成型，双螺杆挤出机的加热温度设定为150~200℃，挤出熔体经过水下切粒干燥后即得到内芯为二氧化硅颗粒，外层为聚苯乙烯的改性聚苯乙烯颗粒。

常规聚苯乙烯颗粒的比重只有1.0左右，因此，在使用常规聚苯颗粒来制备聚苯颗粒混凝土的过程中，由于聚苯颗粒与混凝土的其它原料，如砂子的比重相差很大，这就会使得聚苯颗粒在搅拌过程中容易漂浮在混凝土浆料的上部，使得最终制备出的成品混凝土内部各点的保温性能和强度指标不一致，具体表现为成品混凝土块上部的导热系数要低于其下部的导热系数，而成品混凝土块上部的抗压强度却低于其下部的抗压强度，这样不利于混凝土块整体的保温性能和抗压强度的均匀一致性。另一方面，聚苯乙烯颗粒是由有机材料苯乙烯经过交联、聚合反应制得，相比于混凝土原料中的无机成分，其抗压强度显著下降，因此，随着聚苯乙烯颗粒在聚苯颗粒混凝土中含量的提高，聚苯颗粒混凝土的强度是逐步降低的，这不利于聚苯颗粒混凝土整体强度的提升，将会限制聚苯颗粒混凝土在某些承压强度要求高的工程上的应用。

针对常规聚苯乙烯颗粒制备的聚苯颗粒混凝土的缺陷，本发明实施例对常规聚苯乙烯颗粒进行改进，在聚苯乙烯的熔融温度下，即150~200℃范围内，将聚苯乙烯颗粒熔融成黏稠的流动状，然后向其中加入二氧化硅颗粒和引气剂，不断搅拌，使得二氧化硅颗粒在聚苯乙烯中分布均匀；同时引气剂的加入不仅可以促进二氧化硅颗粒在聚苯乙烯熔体中分布更均匀，还可以在聚苯乙烯熔体中形成很多细小的气泡，这样，搅拌均匀后的混合物料经过挤压、水下冷却成型后制备出的改性聚苯乙烯颗粒的内芯为二氧化硅颗粒，外层为多孔状的聚苯乙烯。内芯二氧化硅颗粒的引入可显著提高改性聚苯乙烯颗粒的比重，进而使得改性聚苯乙烯颗粒在混凝土的制备过程中不容易漂浮，能够在混凝土原料中分布更均匀；而外层多孔状的聚苯乙烯仍然保留了常规聚苯乙烯良好的保温、隔热性能。另一方面，无机二氧化硅颗粒的引入还能提高聚苯乙烯颗粒的强度性能，使得制备出的成品混凝土块的强度得到进一步提高。此外，无机二氧化硅颗粒的引入还能提高制备的混凝土的防火性能。优选地，引气剂可选用烷基磺酸钠或烷基苯磺酸钠。

优选地，混合物料中聚苯乙烯颗粒、二氧化硅颗粒和引气剂的质量比为：100：（50~80）：（0.3~0.5）。二氧化硅颗粒的添加量需要严格控制，若二氧化硅颗粒的添加量过低的话，则最终制备的改性聚苯乙烯颗粒的内芯中将含有少量的二氧化硅，起不到密度改善的效果；但二氧化硅颗粒的添加量过高，就会限制包覆层聚苯乙烯的包覆厚度，降低改性聚苯乙烯颗粒的保温性、隔热性能，因此，本发明实施例中二氧化硅颗粒的添加量以占聚苯乙烯颗粒质量的50~80%为宜。由于聚苯乙烯颗粒经过熔融、冷却再次成型后会破坏原有聚苯乙烯颗粒内部多孔性的特征，因此，本发明实施例在聚苯乙烯的熔体中加入少量的引气剂，这样可使得再次成型后的改性聚苯乙烯颗粒的外层仍然呈多孔性特征，提高其保温、隔热性能，引起剂的添加量以占聚苯乙烯颗粒质量的0.3~0.5%为宜。

优选地，聚丙烯纤维的抗拉强度大于360MPa，弹性模量大于3.5GPa，拉伸极限大于15%。聚丙烯纤维的加入可以提高混凝土的抗拉强度和抗裂性能，聚丙烯纤维的长度越大，其与混凝土基体间的摩擦拉拔阻力就越大，混凝土承受外力破坏程度越好，但过长的聚丙烯纤维在搅拌过程中与混凝土原料之间的混匀性能较差，因此，本发明实施例选用聚丙烯纤维的长度为8~12mm。

为了提高成品混凝土块的抗裂性能，优选地，本发明实施例的一种高强度高保温的混凝土中还可以含有以下重量份成分：膨胀剂10~20份。膨胀剂的加入可以改善混凝土因快速温升或快速温降导致的开裂问题。

本发明实施例还提供一种高强度高保温的混凝土的生产工艺，包括以下步骤：

（1）将上述配比的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、砂子、陶粒、钢纤维、聚丙烯纤维和改性聚苯乙烯颗粒加入到混凝土搅拌机中混合均匀；

（2）向混凝土搅拌机中加入减水剂和水，继续搅拌均匀，得到高强度高保温的混凝土。在此搅拌过程中，还可以加入配方量的膨胀剂。

以下结合具体实施例做进一步说明。

实施例1

本发明实施例1提供一种高强度高保温的混凝土及其生产工艺。一种高强度高保温的混凝土，含有以下重量份成分：普通硅酸盐水泥250份，粉煤灰100份，砂子350份，陶粒800份，钢纤维8份，聚丙烯纤维10份，改性聚苯乙烯颗粒8份，减水剂5份，水100份。

其中，改性聚苯乙烯颗粒按以下方法制备：将聚苯乙烯颗粒在180℃下熔融成流动状态，加入二氧化硅颗粒、烷基磺酸钠引气剂后搅拌混合均匀得混合物料，混合物料中聚苯乙烯颗粒、二氧化硅颗粒和引气剂的质量比为：100：50：0.3；将混合物料输送到双螺杆挤出机中进行挤压成型，双螺杆挤出机的加热温度设定为180~200℃，挤出熔体经过水下切粒干燥后即得到内芯为二氧化硅颗粒，外层为聚苯乙烯的改性聚苯乙烯颗粒。

上述高强度高保温的混凝土的生产工艺如下：（1）将上述配比的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、砂子、陶粒、钢纤维、聚丙烯纤维和改性聚苯乙烯颗粒加入到混凝土搅拌机中混合均匀；

（2）向混凝土搅拌机中加入上述配比的减水剂和水，继续搅拌均匀，得到高强度高保温的混凝土。

实施例2

本发明实施例2提供一种高强度高保温的混凝土及其生产工艺。一种高强度高保温的混凝土，含有以下重量份成分：普通硅酸盐水泥300份，粉煤灰150份，砂子400份，陶粒800份，钢纤维12份，聚丙烯纤维15份，改性聚苯乙烯颗粒10份，减水剂8份，水120份。

其中，改性聚苯乙烯颗粒按以下方法制备：将聚苯乙烯颗粒在180℃下熔融成流动状态，加入二氧化硅颗粒、烷基苯磺酸钠引气剂后搅拌混合均匀得混合物料，混合物料中聚苯乙烯颗粒、二氧化硅颗粒和引气剂的质量比为：100：60：0.4；将混合物料输送到双螺杆挤出机中进行挤压成型，双螺杆挤出机的加热温度设定为150~180℃，挤出熔体经过水下切粒干燥后即得到内芯为二氧化硅颗粒，外层为聚苯乙烯的改性聚苯乙烯颗粒。

上述高强度高保温的混凝土的生产工艺同实施例1。

实施例3

本发明实施例3提供一种高强度高保温的混凝土及其生产工艺。一种高强度高保温的混凝土，含有以下重量份成分：普通硅酸盐水泥350份，粉煤灰180份，砂子500份，陶粒900份，钢纤维18份，聚丙烯纤维20份，改性聚苯乙烯颗粒15份，减水剂12份，水150份。

其中，改性聚苯乙烯颗粒按以下方法制备：将聚苯乙烯颗粒在180℃下熔融成流动状态，加入二氧化硅颗粒、烷基苯磺酸钠引气剂后搅拌混合均匀得混合物料，混合物料中聚苯乙烯颗粒、二氧化硅颗粒和引气剂的质量比为：100：80：0.5；将混合物料输送到双螺杆挤出机中进行挤压成型，双螺杆挤出机的加热温度设定为180~200℃，挤出熔体经过水下切粒干燥后即得到内芯为二氧化硅颗粒，外层为聚苯乙烯的改性聚苯乙烯颗粒。

上述高强度高保温的混凝土的生产工艺同实施例1。

实施例4

本发明实施例4提供一种高强度高保温的混凝土及其生产工艺。一种高强度高保温的混凝土，含有以下重量份成分：普通硅酸盐水泥300份，粉煤灰150份，砂子450份，陶粒850份，钢纤维15份，聚丙烯纤维18份，改性聚苯乙烯颗粒10份，减水剂8份，膨胀剂15份，水130份。

其中，改性聚苯乙烯颗粒按以下方法制备：将聚苯乙烯颗粒在180℃下熔融成流动状态，加入二氧化硅颗粒、烷基磺酸钠引气剂后搅拌混合均匀得混合物料，混合物料中聚苯乙烯颗粒、二氧化硅颗粒和引气剂的质量比为：100：60：0.4；将混合物料输送到双螺杆挤出机中进行挤压成型，双螺杆挤出机的加热温度设定为180~200℃，挤出熔体经过水下切粒干燥后即得到内芯为二氧化硅颗粒，外层为聚苯乙烯的改性聚苯乙烯颗粒。

上述高强度高保温的混凝土的生产工艺如下：（1）将上述配比的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、砂子、陶粒、钢纤维、聚丙烯纤维和改性聚苯乙烯颗粒加入到混凝土搅拌机中混合均匀；

（2）向混凝土搅拌机中加入上述配比的减水剂、膨胀剂和水，继续搅拌均匀，得到高强度高保温的混凝土。

对比例1

其与实施例3的不同之处在于，混凝土原料中使用常规聚苯乙烯颗粒，其他原料、原料含量以及混凝土的生产工艺相同。

将实施例1~实施例4和对比例1制备的混凝土倒入模具中，常温下放置24h后倒出试件，试件尺寸为150mm×150mm×150mm，将各个成型后的试件放置于温度25℃，湿度95%以上的养护室进行养护28天，之后测定各个试件的导热系数和抗压强度，测定结果如表1所示。导热系数的测定按照《GB/T 10294-2008》进行测定，抗压强度的测定按照《GB/T 50081-2019》进行测定。

表1

从表1中看到，与对比例1相比，采用改性聚苯乙烯颗粒制备的混凝土试件的导热系数较小且抗压强度显著提高，表明与常规聚苯颗粒混凝土相比，本发明实施例制备的混凝土具有更好的保温性能和抗压性能。

进一步地，为了探究混凝土试件内不同高度方向上的混凝土基块的保温性能和抗压性能的差异，将实施例3制备的试件沿其高度方向平均切分成三块，每块高度为50mm，最上层的记作3-1，中间层记作3-2，最下层记作3-3，其中最上层代表混凝土试件浇筑成型时位于上表面的层，最下层代表混凝土试件浇筑成型时位于下表面的层，中间层位于上、下表面层之间。按同样的方法将对比例1制备的混凝土试件沿其高度方向平均切分成三块，每块高度为50mm，最上层的记作对1-1，中间层记作对1-2，最下层记作对1-3，按同样的方法分别测定各试件不同层的导热系数和抗压强度，测定结果如表2所示。

表2

从表2看到，与对比例1相比，本发明实施例3制备的混凝土试件内不同高度方向上的混凝土基块的导热系数和抗压强度数据集中程度更高，方差小，表明本发明实施例3制备的混凝土试件内部各点保温性能和抗压性能更加均匀一致。而采用对比例1制备的混凝土试件其上层的导热系数明显低于下层的导热系数，且其上层的抗压强度明显低于下层的抗压强度，这是由于常规聚苯乙烯颗粒比重较小，不能够在混凝土浆料中分布均匀所致。因此，与常规聚苯颗粒混凝土相比，采用本发明的改性聚苯乙烯颗粒制备出的混凝土具有更优异的保温性能和抗压强度。

本发明的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (10)

1.一种高强度高保温的混凝土，其特征在于，含有以下重量份成分：普通硅酸盐水泥250~350份，粉煤灰80~180份，砂子350~500份，陶粒800~900份，钢纤维8~20份，聚丙烯纤维8~20份，改性聚苯乙烯颗粒5~15份，减水剂5~12份，水100~150份；

所述改性聚苯乙烯颗粒按以下方法制备：将聚苯乙烯颗粒熔融成流动状态，加入二氧化硅颗粒、引气剂后搅拌混合均匀得混合物料；将所述混合物料输送到双螺杆挤出机中进行挤压成型，双螺杆挤出机的加热温度设定为150~200℃，挤出熔体经过水下切粒干燥后即得到内芯为二氧化硅颗粒，外层为聚苯乙烯的改性聚苯乙烯颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种高强度高保温的混凝土，其特征在于，所述混合物料中所述聚苯乙烯颗粒、所述二氧化硅颗粒和所述引气剂的质量比为：100：（50~80）：（0.3~0.5）。

3.根据权利要求2所述的一种高强度高保温的混凝土，其特征在于，所述引气剂为烷基磺酸钠或烷基苯磺酸钠。

4. 根据权利要求1所述的一种高强度高保温的混凝土，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥的等级强度为P.0 42.5。

5.根据权利要求1所述的一种高强度高保温的混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为二级以上粉煤灰。

6.根据权利要求1所述的一种高强度高保温的混凝土，其特征在于，所述陶粒粒径为5~15mm，级配连续。

7.根据权利要求1所述的一种高强度高保温的混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维的抗拉强度大于360MPa，弹性模量大于3.5GPa，拉伸极限大于15%。

8.根据权利要求1所述的一种高强度高保温的混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

9.根据权利要求1~8任一项所述的一种高强度高保温的混凝土，其特征在于，还含有以下重量份成分：膨胀剂10~20份。

10.根据权利要求1~9任一项所述的一种高强度高保温的混凝土的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、砂子、陶粒、钢纤维、聚丙烯纤维和改性聚苯乙烯颗粒加入到混凝土搅拌机中混合均匀；

（2）向混凝土搅拌机中加入减水剂和水，继续搅拌均匀，得到高强度高保温的混凝土。