CN113461372A - 一种轻集料混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及建筑材料领域，具体公开了一种轻集料混凝土及其制备方法。轻集料混凝土包括以下重量份的组分：水泥160‑170份、粗骨料150‑200份、细骨料100‑150份、聚羧酸减水剂5‑10份、粉煤灰90‑100份、陶粒10‑20份、分散剂1‑5份、缓凝剂5‑10份、水190‑200份、粘度改性剂7‑15份；每重量份粘度改性剂包括质量比为0.3‑0.5:0.1‑0.3:1的中空介孔二氧化硅、羟丙基甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉。本申请的组轻集料混凝土具有适合高程和超高程泵送，泵送前后和易性、均质性好，且抗压强度高、保温性和防火性优异的优点。

Description

一种轻集料混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种轻集料混凝土及其制备方法。
背景技术
轻集料混凝土是用轻粗集料、细集料、水泥、水及必要的化学外加剂和矿物掺合料配制而成，且堆积密度小于1950kg/m3的混凝土，轻集料混凝土具有质轻、高强等特点，且变形性能良好，弹性模量低，可减轻结构自重、提高吊装效率，适用于高层及大跨度建筑。
现有技术中，申请号为CN201910889871.6的中国发明专利申请文件中公开了一种高强轻集料混凝土及其制备工艺，混凝土由包含以下重量份的原料制成：水108～136份、水泥308～326份、改性轻集料682～700份、骨料510～523份、掺合料68～140份和外加剂5～10份。
该混凝土具有自重轻、强度高的优点，因轻集料混凝土中集料易上浮，造成混凝土中组分分层，匀质性差，因在大跨度、高层和超高层建筑施工中，混凝土的泵送距离长、泵送高度大，泵送经时长，混凝土匀质性不佳时，骨料与浆体易分离，骨料极易在泵管弯头处富集引发堵管、爆管等，不能适应远距离及超高泵送施工的特点和要求，极大的限制了轻集料混凝土的应用。
针对上述中的相关技术，发明人认为现有的轻集料混凝土在高程和超高成泵送施工时存在一定的局限性。
发明内容
为了使轻集料混凝土在高程和超高成泵送过程中保持良好的匀质性，不出现堵管和爆管现象，本申请提供一种轻集料混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种轻集料混凝土，采用如下的技术方案：
一种轻集料混凝土，包括以下重量份的组分：水泥160-170份、粗骨料150-200份、细骨料100-150份、聚羧酸减水剂5-10份、粉煤灰90-100份、陶粒10-20份、分散剂1-5份、缓凝剂5-10份、水190-200份、粘度改性剂7-15份；
每重量份粘度改性剂包括质量比为0.3-0.5:0.1-0.3:1的中空介孔二氧化硅、羟丙基甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉。
通过采用上述技术方案，将中空介孔二氧化硅、羟丙基甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉作为粘度改性剂，其中中空二氧化硅具有多孔结构，在混凝土中具有储水和释水效果，能降低混凝土的工作性对混凝土中自由水含量变化的敏感程度，使混凝土中自由含水量在一定范围内波动时，混凝土工作性保持稳定，从而改善混凝土的匀质性；另外羟丙基甲基纤维素醚能赋予混凝土浆料优良的粘稠性，增加混凝土的匀质性和抗分散能力，防止混凝土分层、离析和泌水；可在分散乳胶粉具有亲水性，在机械搅拌的剪切力下，可再分散乳胶粉分散在水中，能迅速成膜，提高混凝土中轻集料与浆体的粘度，从而防止轻集料混凝土浆料在高程或超高程泵送过程中出现骨料与浆体分离的现象。
优选的，所述陶粒由以下方法制成：
(1)将淤泥经过除杂、除沙、陈化、干燥、粉碎后形成干燥底泥，将干燥底泥与碳铬渣、蒙脱石和粉煤灰混合，经烘干后，搅拌均匀，加入水，搅拌均匀，造粒成型，制成生坯，干燥底泥和碳铬渣的质量比为1:0.3-0.6，碳铬渣、蒙脱石和粉煤灰的质量比为1:0.1-0.3:0.2-0.4，生坯的含水量为10-30％；
(2)将生坯在100-110℃下干燥3-4h，然后升温至400-600℃，保温20-30min，继续升温至1250-1280℃，保温20-30min，冷却至室温，制得陶粒。
通过采用上述技术方案，将淤泥、碳铬渣、蒙脱石和粉煤灰作为陶粒的制备原料，粉煤灰中含有部分残炭等有机质和方解石，在高温下分解产生二氧化碳气体，作为陶粒制备的发气成分，淤泥制成的陶粒耐热性好，比表面积大，表面粗糙，吸水率较大，质量较轻，而碳铬渣经煅烧后，形成的陶粒表面具有光滑且致密的釉质层，内部为连续多孔的三维骨架结构，且孔隙多为封闭的球形孔，骨架内部堇青石、尖晶石等晶体发育良好，结构较为致密，力学性能优异，吸水率较低，以干燥底泥和碳铬渣配合制备陶粒，使陶粒质轻且吸水率介于淤泥陶粒和碳铬渣陶粒之间，防止陶粒吸水率较大导致混凝土在泵送时离析、泌水，并增大混凝土的抗压强度；生坯的干燥温度为100-110℃，保证在干燥的过程中生坯的完整性，防止炸裂，当温度过高或时间过长，均会导致气体在物料未达到最佳粘度时逸出，使陶粒膨胀不佳，影响陶粒的最终孔结构，然后升温至400-600℃，去除部分有机质，防止生坯由于发气物质剧烈产气而引起爆裂现象。
优选的，所述步骤(2)中，冷却时，以40-50℃/min的速度降温至700-1000℃，然后以5-10℃/min的速度降温至400-700℃，最后以40-50℃/min的速度降至室温。
通过采用上述技术方案，在冷却时，因急速冷却温度至700-1000℃，防止过高的急速冷却致使陶粒内部和表面产生较大的温度-收缩应力，使其表面出现微细裂缝，使陶粒的强度降低。
优选的，所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷、单硬脂酸甘油酯、乙烯基双硬脂酰胺中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，采用分散剂提高混凝土浆体的流动性和乙烯酯，提高混凝土的高程或超高程泵送的泵送性。
优选的，所述缓凝剂为柠檬酸、葡萄糖酸钠、氯化锌、木质素磺酸钠中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，能延缓混凝土的水化作用，延长凝结时间，使混凝土在泵送过程中，保持良好的和易性和流动性。
优选的，所述粗骨料为卵石和碎石，碎石和卵石的质量比为3:5-7，卵石为5-20mm连续级配的卵石，碎石为15-30mm的连续级配碎石；
所述细骨料为河砂，细度模数为2.6-3.1，吸水率为0.95-1.05％；
所述粉煤灰为II级粉煤灰，细度为0.045mm网筛的筛余率为14.1-15％，烧失量为1.4-1.5％。
通过采用上述技术方案，碎石和卵石相互搭配，作为骨架，能提高混凝土的强度，细骨料能填充至粗骨料的孔隙内，增大密实度；粉煤灰中70％以上的颗粒是无定型的球形玻璃体，主要起到滚珠轴承作用，在混凝土拌合物中发挥润滑作用，改善混凝土拌合物的和易性。
优选的，组分中还包括改性聚苯乙烯颗粒20-25份；
所述改性聚苯乙烯颗粒由以下方法制成：
(1)将2-6重量份硅灰和4-10重量份水混合，加入1-3份浓度为1.5-2.5mol/l的氢氧化钾溶液和1-3份浓度为0.75-1.25mol/l的硅酸钠溶液，在40-50℃下搅拌1-1.5h，加入5-10重量份聚苯乙烯颗粒，混合均匀后，在50-80℃下干燥；
(2)将2-5重量份偶联剂与5-8重量份水混合，形成偶联剂溶液，将步骤(1)所得物加入到偶联剂溶液中，混合均匀后，加入3-7重量份双酚A不饱和聚酯树脂、0.6-1重量份过氧化苯甲酰、0.1-0.5重量份三乙烯二胺混合，在110-120℃下固化，粉碎，制得改性聚苯乙烯颗粒。
通过采用上述技术方案，将硅灰用氢氧化钾溶液和硅酸钠溶液进行碱液活化，硅灰中的活性无定形物质在碱性环境中发生重组，形成一定量的-Si-O-Si-无定形物质，而钾离子容易被无定形的硅酸钠层状或架状结构吸附，有效的促进无定形-Si-O-Si-物质相互交织，形成互穿交错结构的网状结构，从而使硅灰形成的硅质层更加致密，且密实的硅质层具有较低的导热系数，其隔热阻氧能力更强，阻燃效果更加优异，将硅灰与聚苯乙烯颗粒混合，硅质层附着在聚苯乙烯颗粒上，一方面增加聚苯乙烯颗粒的质量，防止质量较轻的聚苯乙烯颗粒在混凝土浆料中上浮，出现分层现象，另一方面能增加聚苯乙烯颗粒的阻燃性，防止因添加聚苯乙烯颗粒改善混凝土的保温性而造成混凝土的防火效果下降。
因硅灰具有亲水性和疏油性，而双酚A不饱和聚酯树脂是非极性聚合物，具有憎水性，两者之间相容性较差，难以良好的结合，所以使用偶联剂对硅质层和双酚A不饱和聚酯树脂进行接枝，因偶联剂分子中氨基是亲水性基团，其与硅质层之间产生共价结合，以过氧化苯甲酰作为引发剂，三乙烯二胺作为促进剂，偶联剂的一端对凝固在聚苯乙烯颗粒上硅质层表面的化学基团发生反应，形成牢固的化学键，另一端可以与双酚A不饱和聚酯树脂具有很强的亲和力，与其反应后形成化学键，改善了硅质层与双酚A不饱和聚酯树脂的相容性，降低了两者之间的界面张力，促进了双酚A不饱和聚酯树脂对硅质层的润湿和包覆，包裹在硅质层上的双酚A不饱和聚酯树脂具有良好的耐火性、较低的导热系数和较强的力学性能，能增强聚苯乙烯颗粒的防火效果、保温性和力学强度。
第二方面，本申请提供一种轻集料混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种轻集料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将陶粒进行预湿处理，自然风干1-2h；
S2、将水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料和预湿陶粒混合均匀，制得预拌料；
S3、将粘度改性剂、分散剂、缓凝剂和聚羧酸减水剂和水混合均匀，加入到步骤S2制得的预拌料中，搅拌均匀，制得轻集料混凝土。
通过采用上述技术方案，将陶粒先进行预湿处理，能改善轻集料混凝土的和易性。
优选的，所述步骤S1中，陶粒进行预湿前，经过以下预处理：(1)将3-5重量份石灰石、1.5-2重量份粘土、0.1-0.15重量份铝矾土和0.25-0.3重量份硬石膏，混合，粉碎，加入5-10重量份水，混合均匀后，置于600-650℃下预热15-20min，再升温至1280-1300℃下保温20-30min，以800-850℃/min冷却至室温，粉碎至20-50μm，制成包裹粉料；
(2)向3-6重量份包裹粉料中加入7-10重量份水、1.7-2重量份水玻璃、1-1.5重量份羧甲基纤维素、1-2重量份高钛矿渣，混合均匀后，制成包裹浆料；
(3)将陶粒加入到包裹浆料中，在600-650℃下保温20-30min，升温至1250-1280℃下保温20-30min，冷却至室温，包裹浆料与陶粒的质量比为0.3-0.4:1。
通过采用上述技术方案，石灰石、黏土、铝矾土和硬石膏经煅烧后，形成含有β-C2S和C4A3S的熟料包裹粉，然后以水玻璃、羧甲基纤维素为结合剂，将高钛矿渣粉和包裹粉料粘附在陶粒的表面，经烧结后，形成多孔的包覆层，包覆层与水泥界面之间的C-S-H凝胶分布较多，大量网状的C-S-H凝胶填充在陶粒和水泥的界面之间，提高了结构的致密度，使得陶粒和水泥之间粘接牢固，不容易在外界荷载下发生破坏，增加抗裂性能。
在烧结时，内部的陶粒属于液相烧结，一定粘度的液相将包覆气体使陶粒产生膨胀，而包裹粉料在烧结作用下逐渐聚拢并逐渐收缩致密，增大陶粒的抗压强度，且烧结过程中，内部产生的高温液相会部分渗透进入到包裹粉料层，改善包裹粉料与水泥浆体的结合力。
高钛矿渣存在微孔微管作用，减弱了骨料表面的边壁效应和微区泌水效应，增大结构致密度，水玻璃在水中水解生成氢氧化钠和含水硅胶，氢氧化钠在反应中起到催化作用，促使玻璃态的硅氧网络解体，释放出的铝离子等离子与含水硅胶重新聚合，生成新的凝胶产物，高钛矿渣原本棱角分明的颗粒被凝胶类物质包裹，相互粘连、填充形成致密结构的凝胶体，从而增加陶粒的抗压强度和粘接强度。
优选的，所述步骤S2中，将20-25份改性聚苯乙烯颗粒加入预拌料中，混合均匀；所述改性聚苯乙烯颗粒由以下方法制成：
(1)将2-6重量份硅灰和4-10重量份水混合，加入1-3份浓度为1.5-2.5mol/l的氢氧化钾溶液和1-3份浓度为0.75-1.25mol/l的硅酸钠溶液，在40-50℃下搅拌1-1.5h，加入5-10重量份聚苯乙烯颗粒，混合均匀后，在50-80℃下干燥；
(2)将2-5重量份偶联剂与5-8重量份水混合，形成偶联剂溶液，将步骤(1)所得物加入到偶联剂溶液中，混合均匀后，加入3-7重量份双酚A不饱和聚酯树脂、0.6-1重量份过氧化苯甲酰、0.1-0.5重量份三乙烯二胺混合，在110-120℃下固化，粉碎，制得改性聚苯乙烯颗粒。
通过采用上述技术方案，采用氢氧化钾和硅酸钠对硅灰进行碱液活化，使硅灰在聚苯乙烯颗粒表面形成较为致密且导热系数较小的硅质层，硅质层能有效阻止热量和氧气的传输，提高材料阻燃性能；然后采用偶联剂将硅质层和双酚A不饱和聚酯树脂进行连接，增大硅质层双酚A不饱和聚酯树脂的相容性，使双酚A聚酯树脂在硅质层表面包覆紧密，从而进一步改善聚苯乙烯的保温性、防火性以及力学强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用中空介孔二氧化硅、羟丙基甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉作为粘度改性剂，由于中空介孔二氧化硅具有多孔结构，使其具有储水、释水性能，能降低混凝土的工作性对混凝土中自由水含量变化的敏感程度，另外羟丙基甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉你那个增大混凝土的粘聚性，使骨料均匀的悬浮在水泥浆体中，减少流道过程中的摩擦，提高流动性，改善匀质性。
2、本申请中优选向混凝土中加入改性的聚苯乙烯颗粒，在聚苯乙烯颗粒表面负载硅质层，增加混凝土的密实度，防止混凝土内孔隙率较大，使混凝土在荷载的作用下，不会轻易产生应力集中，引发裂缝扩展，并且防止聚苯乙烯颗粒在混凝土浆料中上浮而出现分层现象，再用偶联剂将双酚A不饱和聚酯树脂连接在硅质层上，增加聚苯乙烯颗粒的保温性、防火性和抗压强度、抗折强度。
3、本申请中优选采用淤泥、碳铬渣、粉煤灰和蒙脱石作为原料经煅烧制成陶粒，淤泥经煅烧后形成孔隙结构多，且比表面积大，表面粗糙材料，而碳铬渣经煅烧后表面形成光滑且致密的釉质层，孔隙多为封闭的球形孔，其吸水率较低，抗压强度较大，蒙脱石作为粘度，增大淤泥和碳铬渣的粘聚性，粉煤灰作为发气物质，将煅烧后吸水率高的淤泥和煅烧后吸水率低的碳铬渣相互配合，制成吸水率适宜，不易上浮且抗压强度大的陶粒。
4、本申请中将陶粒在预湿前，使用由石灰石、铝矾土、硬石膏和粘土经烧结制成的包裹粉料进行包覆，在水玻璃、羧甲基纤维素和高钛矿渣的结合下，包裹粉料牢固的粘附在陶粒上，经烧结后，包裹粉料形成多孔的包裹层，从而削弱微区泌水效应，改善了陶粒与水泥浆料之间的过渡区结构和致密度，增大粘接牢度，防止陶粒上浮，另外水玻璃经过水解形成凝胶产物，包覆在高钛矿渣颗粒上，从而增大包覆层紧密度，增大陶粒的抗压强度和陶粒与水泥之间的粘接强度，提高匀质性。
具体实施方式
陶粒的制备例1-5
制备例1-5中淤泥来源于成都锦河，淤泥的化学成分如表1所示；碳铬渣和蒙脱石的化学组成如表1所示；蒙脱石选自灵寿县乾昊矿产品加工厂，货号为003；粉煤灰为II级粉煤灰选自广州粤煜砼建材有限公司，货号为FMH-05。
制备例1：(1)将淤泥经过格栅和沉砂池除去生活垃圾和料浆石块，然后用净化筛板去除细小杂质，浓缩处理进行脱砂，再堆放陈化，陈化温度为20℃，时间为72h，然后在105℃下干燥10h，粉碎，过80目筛，形成干燥底泥，将1kg干燥底泥与0.3kg碳铬渣、0.03kg蒙脱石和0.06kg粉煤灰混合，经烘干后，搅拌均匀，加入水，搅拌均匀，造粒成型，制成生坯，干燥底泥和碳铬渣的质量比为1:0.3，碳铬渣、蒙脱石和粉煤灰的质量比为1:0.1:0.2，水的加入量使生坯的含水量为10％；
(2)将生坯在100℃下干燥4h，然后升温至400℃，保温30min，继续升温至1250℃，保温30min，冷却至室温，制得陶粒，冷却时，先以40℃/min的速度降温至700℃，然后以5℃/min的速度降温至400℃，再以40℃/min的速度降温至室温。
表1淤泥、碳铬渣和蒙脱石的的原料化学组成
w/％ SiO<sub>2</sub> CaO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO SO<sub>3</sub>
碳铬渣 35.12 1.57 22.21 4.21 27.77 0.46
蒙脱石 62.35 0.51 19.42 6.32 0.86 0.72
淤泥 69.75 2.04 15.18 5.97 2.70 0.54
制备例2：(1)将淤泥经过格栅和沉砂池除去生活垃圾和料浆石块，然后用净化筛板去除细小杂质，浓缩处理进行脱砂，再堆放陈化，陈化温度为23℃，时间为72h，然后在105℃下干燥10h，粉碎，过80目筛，形成干燥底泥，将1kg干燥底泥与0.5kg碳铬渣、0.2kg蒙脱石和0.15kg粉煤灰混合，经烘干后，搅拌均匀，加入水，搅拌均匀，造粒成型，制成生坯，干燥底泥和碳铬渣的质量比为1:0.5，碳铬渣、蒙脱石和粉煤灰的质量比为1:0.2:0.3，生坯的含水量为20％；
(2)将生坯在105℃下干燥3.5h，然后升温至500℃，保温25min，继续升温至1260℃，保温25min，冷却至室温，制得陶粒，冷却时，先以45℃/min的速度降温至800℃，然后以8℃/min的速度降温至600℃，再以45℃/min的速度降温至室温。
制备例3：(1)将淤泥经过格栅和沉砂池除去生活垃圾和料浆石块，然后用净化筛板去除细小杂质，浓缩处理进行脱砂，再堆放陈化，陈化温度为25℃，时间为72h，然后在105℃下干燥10h，粉碎，过80目筛，形成干燥底泥，将1kg干燥底泥与0.6kg碳铬渣、0.18kg蒙脱石和0.24kg粉煤灰混合，经烘干后，搅拌均匀，加入水，搅拌均匀，造粒成型，制成生坯，干燥底泥和碳铬渣的质量比为1:0.6，碳铬渣、蒙脱石和粉煤灰的质量比为1:0.3:0.4，水的加入量使生坯的含水量为30％；
(2)将生坯在110℃下干燥3h，然后升温至600℃，保温20min，继续升温至1280℃，保温20min，冷却至室温，制得陶粒，冷却时，先以50℃/min的速度降温至1000℃，然后以10℃/min的速度降温至700℃，再以50℃/min的速度降温至室温。
制备例4：与制备例1的区别在于，使用等量的干燥底泥替代碳铬渣。
制备例5：与制备例1的区别在于，使用等量的碳铬渣替代干燥底泥。
改性聚苯乙烯颗粒的制备例1-5
制备例1-6中硅灰选自灵寿县巨石矿产品加工厂，货号为JS-khf；聚苯乙烯颗粒选自东莞市三谷裕包装制品有限公司，货号为A088；偶联剂为硅烷偶联剂，选自东莞市常平昱信塑化经营部，型号为KH-550；双酚A不饱和聚酯树脂选自常州天马基团有限公司，牌号为197制备例1：(1)将2kg硅灰和4kg水混合，加入1kg浓度为2mol/l的氢氧化钾溶液和1kg浓度为1mol/l的硅酸钠溶液，在40℃下搅拌1h，加入5kg聚苯乙烯颗粒，混合均匀后，在50℃下干燥；
(2)将2kg偶联剂与5kg水混合，形成偶联剂溶液，将步骤(1)所得物加入到偶联剂溶液中，混合均匀后，加入3kg双酚A不饱和聚酯树脂、0.6kg过氧化苯甲酰、0.1kg三乙烯二胺混合，在110℃下固化，粉碎至2mm，制得改性聚苯乙烯颗粒。
制备例2：(1)将4kg硅灰和7kg水混合，加入2kg浓度为1.5mol/l的氢氧化钾溶液和2kg浓度为0.75mol/l的硅酸钠溶液，在45℃下搅拌1.3h，加入8kg聚苯乙烯颗粒，混合均匀后，在60℃下干燥；
(2)将3kg偶联剂与6kg水混合，形成偶联剂溶液，将步骤(1)所得物加入到偶联剂溶液中，混合均匀后，加入5kg双酚A不饱和聚酯树脂、0.8kg过氧化苯甲酰、0.3kg三乙烯二胺混合，在115℃下固化，粉碎至3mm，制得改性聚苯乙烯颗粒。
制备例3：(1)将6kg硅灰和10kg水混合，加入3kg浓度为2.5mol/l的氢氧化钾溶液和3kg浓度为1.25mol/l的硅酸钠溶液，在50℃下搅拌1.5h，加入10kg聚苯乙烯颗粒，混合均匀后，在80℃下干燥；
(2)将5kg偶联剂与10kg水混合，形成偶联剂溶液，将步骤(1)所得物加入到偶联剂溶液中，混合均匀后，加入10kg双酚A不饱和聚酯树脂、1kg过氧化苯甲酰、0.5kg三乙烯二胺混合，在120℃下固化，粉碎至5mm，制得改性聚苯乙烯颗粒。
制备例4：与制备例1的区别在于，步骤(1)中未添加硅灰、氢氧化钾溶液和硅酸钠溶液。
制备例5：与制备例1的区别在于，步骤(2)中未添加双酚A不饱和聚酯树脂。
实施例
实施例中羟丙基甲基纤维素醚选自肥城鸿瑞精细材料厂有限公司，型号为MT-E；可再分散乳胶粉选自上海憎冶实业有限公司，货号为5044N；中空介孔二氧化硅选自江苏先丰纳米材料科技有限公司，型号为7440-21-3；羧甲基纤维素选自大城县亦博化工有限公司，型号为925-77；水玻璃选自广州市潮润化工有限公司，货号为055；石灰石选自河北京航矿产品有限公司，货号为716，方解石选自灵寿县庆龙矿产品有限公司，货号为294，硬石膏选自枣庄惠萌建材有限公司，货号为zy-001，铝矾土选自灵寿县硕川矿产品加工厂，货号为25；脂肪醇聚氧乙烯醚选自嘉祥县大海化工有限公司，货号为AE0-7；烷基糖苷选自上海洪帆生物科技有限公司，货号为C8-10；单硬脂酸甘油酯选自江苏省海安石油化工厂，型号为GMS；乙烯基双硬脂酰胺选自南通润丰石油化工有限公司，货号为110-30-5；柠檬酸为一水柠檬酸，选自吴江市腾鸿化工科技有限公司，型号为TH-15；葡萄糖酸钠选自苏州市奇创化工有限公司，货号为QC0022；木质素磺酸钠选自济南鑫益化工有限公司，货号为778。
实施例1：一种轻集料混凝土，其原料配比如表2所示，表2中粉煤灰为II级粉煤灰，细度为0.045mm网筛的筛余率为14.1％，烧失量为1.4％；粗骨料为卵石和碎石，碎石和卵石的质量比为3:5，卵石为5-20mm连续级配的卵石，碎石为15-30mm的连续级配碎石；细骨料为河砂，细度模数为2.6，吸水率为1.05％，分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，缓凝剂为柠檬酸，陶粒为页岩陶粒，粘度改性剂包括质量比为0.3:0.1:1的中空介孔二氧化硅、羟丙基甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉。
上述轻集料混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1、将陶粒进行预湿处理，自然风干1-2h；
S2、将水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料和预湿陶粒混合均匀，制得预拌料；
S3、将粘度改性剂、分散剂、缓凝剂和聚羧酸减水剂和水混合均匀，加入到步骤S2制得的预拌料中，搅拌均匀，制得轻集料混凝土。
表2实施例1-5中轻集料混凝土的原料配比
Figure BDA0003176351540000091
实施例2-5：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，原料配比如表2所示。
实施例6：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，粘度改性剂为质量为0.4:0.2:1的中空介孔二氧化硅、羟丙基甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉，粉煤灰为II级粉煤灰，细度为0.045mm网筛的筛余率为14.5％，烧失量为1.5％；粗骨料为卵石和碎石，碎石和卵石的质量比为3:6，卵石为5-20mm连续级配的卵石，碎石为15-30mm的连续级配碎石；细骨料为河砂，细度模数为3.1，吸水率为0.95％，分散剂为烷基糖苷，缓凝剂为葡萄糖酸钠。
实施例7：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，粘度改性剂为质量为0.6:0.3:1的中空介孔二氧化硅、羟丙基甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉，粉煤灰为II级粉煤灰，细度为0.045mm网筛的筛余率为15％，烧失量为1.5％；粗骨料为卵石和碎石，碎石和卵石的质量比为3:7，卵石为5-20mm连续级配的卵石，碎石为15-30mm的连续级配碎石；细骨料为河砂，细度模数为3.1，吸水率为0.95％，分散剂为质量比为1:1的单硬脂酸甘油酯和乙烯基双硬脂酰胺，缓凝剂为质量比为1:1的氯化锌和木质素磺酸钠。
实施例8：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，陶粒选自陶粒的制备例1。
实施例9：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，陶粒选自陶粒的制备例2。
实施例10：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，陶粒选自陶粒的制备例3。
实施例11：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，陶粒选自陶粒的制备例4。
实施例12：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，陶粒选自陶粒的制备例5。
实施例13：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，陶粒选自陶粒的制备例1，且陶粒在预湿前，经过以下预处理：
(1)将3kg石灰石、1.5kg粘土、0.1kg铝矾土和0.25kg硬石膏，混合，粉碎，加入5kg水，混合均匀后，置于600℃下预热20min，再升温至1280℃下保温30min，以800℃/min冷却至室温，粉碎至20μm，制成包裹粉料，粘土为方解石，硬石膏和方解石的化学组分如表3所示；
(2)向3kg包裹粉料中加入7kg水、1.7kg水玻璃、1kg份羧甲基纤维素、1kg高钛矿渣，混合均匀后，制成包裹浆料，高钛矿渣的化学组分如表3所示；
(3)将陶粒加入到包裹浆料中，在600℃下保温30min，升温至1250℃下保温30min，冷却至室温，包裹浆料与陶粒的质量比为0.3:1。
表3方解石、硬石膏和高钛矿渣的化学组成
w/％ Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO SiO<sub>2</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO SO<sub>3</sub> TiO<sub>2</sub> Na<sub>2</sub>0
方解石 21.69 0.01 54.98 7.09 1.04 0.03 0.91 2.1
硬石膏 1.11 36.45 3.65 0.84 0.21 44.67 0.08 0.12
高钛矿渣 13.19 27.92 24.04 3.25 7.18 0.91 20.09 0.6
实施例14：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，陶粒选自陶粒的制备例1，且陶粒在预湿前，经过以下预处理：
(1)将4kg石灰石、2kg粘土、0.13kg铝矾土和0.28kg硬石膏，混合，粉碎，加入8kg水，混合均匀后，置于650℃下预热15min，再升温至1300℃下保温20min，以850℃/min冷却至室温，粉碎至50μm，制成包裹粉料，粘土为方解石；
(2)向4kg包裹粉料中加入8kg水、2kg水玻璃、1.5kg份羧甲基纤维素、1.5kg高钛矿渣，混合均匀后，制成包裹浆料，高钛矿渣的化学组分如表3所示；
(3)将陶粒加入到包裹浆料中，在650℃下保温20min，升温至1280℃下保温20min，冷却至室温，包裹浆料与陶粒的质量比为0.4:1。
实施例15：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，陶粒选自陶粒的制备例1，且陶粒在预湿前，经过以下预处理：
(1)将5kg石灰石、1.8kg粘土、0.13kg铝矾土和0.28kg硬石膏，混合，粉碎，加入10kg水，混合均匀后，置于600℃下预热20min，再升温至1280℃下保温30min，以800℃/min冷却至室温，粉碎至40μm，制成包裹粉料，粘土为方解石；
(2)向6kg包裹粉料中加入10kg水、1.7kg水玻璃、1kg份羧甲基纤维素、2kg高钛矿渣，混合均匀后，制成包裹浆料，高钛矿渣的化学组分如表3所示；
(3)将陶粒加入到包裹浆料中，在600℃下保温30min，升温至1250℃下保温30min，冷却至室温，包裹浆料与陶粒的质量比为0.3:1。
实施例16：一种轻集料混凝土，与实施例15的区别在于，未进行步骤(1)，步骤(2)中包裹粉料为水泥。
实施例17：一种轻集料混凝土，与实施例15的区别在于，步骤(2)中未添加水玻璃。
实施例18：一种轻集料混凝土，与实施例15的区别在于，步骤(2)中未添加高钛矿渣。
实施例19：一种轻集料混凝土，与实施例15的区别在于，步骤S2中，向预拌料中加入了20kg改性聚苯乙烯颗粒，改性聚苯乙烯颗粒由改性聚苯乙烯颗粒的制备例1制成。
实施例20：一种轻集料混凝土，与实施例15的区别在于，步骤S2中，向预拌料中加入了23kg改性聚苯乙烯颗粒，改性聚苯乙烯颗粒由改性聚苯乙烯颗粒的制备例2制成。
实施例21：一种轻集料混凝土，与实施例15的区别在于，步骤S2中，向预拌料中加入了25kg改性聚苯乙烯颗粒，改性聚苯乙烯颗粒由改性聚苯乙烯颗粒的制备例3制成。
实施例22：一种轻集料混凝土，与实施例15的区别在于，步骤S2中，向预拌料中加入了25kg改性聚苯乙烯颗粒，改性聚苯乙烯颗粒由改性聚苯乙烯颗粒的制备例4制成。
实施例23：一种轻集料混凝土，与实施例15的区别在于，步骤S2中，向预拌料中加入了25kg改性聚苯乙烯颗粒，改性聚苯乙烯颗粒由改性聚苯乙烯颗粒的制备例6制成。
对比例
对比例1：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，未添加粘度改性剂。
对比例2：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，粘度改性剂中使用等量的中空介孔二氧化硅替代可再分散乳胶粉。
对比例3：一种轻集料混凝土，与实施例1的区别在于，粘度改性剂中使用等量的中空介孔二氧化硅替代羟丙基甲基纤维素醚。
对比例4：一种轻集料混凝土的制备例方法：步骤一：称取1.5kg聚羧酸缓凝高效减水剂和1.5kg荼系减水剂加入到混合器中进行充分混合制得混合减水剂，以作为备用；
步骤二：称取96kg水泥、62kg粉煤灰、43kg铝钒土陶粒、43kg煤矸石陶粒、104.5kg天然河砂、125.5kg机制砂和50kg水加入到混合搅拌器中，并以300rpm的转速进行搅拌，同时，并加入步骤一和步骤二中的混合膨胀剂和混合减水剂，搅拌时间控制在45min左右；
步骤三：称取1.4kgCTF增效剂、1.4kgLBD增效剂、2.4kg单氟磷酸钠和2.8kg海藻酸钠加入到步骤二中的混合搅拌器中，并以300rpm的转速再进行搅拌10min，从而即得成品；
其中，铝钒土陶粒和煤矸石陶粒均为5～25mm连续级配碎石，密度等级400，筒压强度2.0MPa，干松散密度410kg/m3，饱和吸水率12.0％。而天然河砂的细度模数为1.6，表观密度为2870kg/m3，机制砂的细度模数为3.1，表观密度为2700kg/m3。
对比例5：一种EPS轻集料混凝土，采用原料配比如下：水泥350份、粉煤灰110份、硅灰70份、河砂127份、水198份、EPS颗粒15份、珍珠岩40份、聚醋酸乙烯乳液18份；制备工艺：(1)造壳：将聚醋酸乙烯溶液与少量水、水泥、硅灰和粉煤灰一起加入第一强制式搅拌机进行搅拌成糊状；投入EPS颗粒到第一强制式搅拌机搅拌8s，使EPS颗粒表面挂有一薄层均匀的水泥混合砂浆；静置1天，使混有聚醋酸乙烯溶液的水泥浆在EPS颗粒表面凝结、硬化并产生一定的强度；
(2)裹浆：将砂、珍珠岩和剩余的水、水泥、粉煤灰与硅灰加入第二强制式搅拌机进行搅拌5s，得到水泥混合矿物砂浆；将水泥混合矿物砂浆转入到放置有静置后水泥混合砂浆的第一强制式搅拌机中，得裹有水泥混合矿物灰料的骨料；
(3)混料：将裹有水泥混合矿物灰料的骨料在第一强制式搅拌机中搅拌20s，得均匀混有EPS轻集料的混凝土；
(4)成型：将步骤3中得到的混凝土转移到放置于振动台上的模具中，在模具上表面用平板覆盖并对平板施加压力，控制振动台使得平板和模具共振10s，振动结束后，将平板沿物料平面水平抽出；其中：振动频率为2860次/min，振幅为0.3mm；
(5)养护：带模在温度为25-30℃，湿度为60％的环境下养护2天；
(6)脱模，将混凝土浇水后贴膜，在温度为25-30℃，湿度为60％的环境下自然养护14天；养护结束后，成品混凝土的容重为650kg/m3，含水量为38kg/m3。
性能检测试验
按照各实施例和对比例中方法制备轻集料混凝土，参照以下方法进行性能检测，将检测结果记录于表4中。
1、坍落度和扩展度检测：将混凝土分别在泵管平均长度超过180m，平均折算水平泵送距离超过400m，泵压14-15MPa的施工环境中进行泵送，按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》检测混凝土在泵送前后的坍落度和扩展度；
2、匀质性：按照DLT5150-2001《水工混凝土试验规程》中3.混凝土拌合物拌合匀质性试验进行检测；
3、抗压强度和抗折强度：按照GB/T50080-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测；4、导热系数：按照JGJ50-2002《轻集料混凝土技术规程》进行检测；
5、阻燃等级：按照GB/T5464-2010《建筑材料不燃性试验方法》进行检测；
6、耐火极限：按照GB/T9978-6《耐火极限测试》检测。
表4轻集料混凝土的性能检测结果
Figure BDA0003176351540000131
Figure BDA0003176351540000141
实施例1-7中采用页岩陶粒，以中空介孔二氧化硅、可再分散乳胶粉和羟丙基甲基纤维素醚作为粘度改性剂，制成的混凝土在泵送前后坍落度和扩展度损失小，且匀质系数高，具有较强的匀质性，且阻燃效果较好。
实施例8-10与实施例1相比，分别使用了由陶粒制备例1-3制成的陶粒，对比表4内实施例8-10和实施例1的检测结果可以看出，实施例8-10制备的混凝土仍然具有良好的匀质性，并且抗压强度增大，耐火极限有所延长。
实施例11中采用陶粒的制备例4制成的陶粒，其中使用等量的干燥底泥替代碳铬渣，实施例11制成的轻集料混凝土的坍落度、扩展度在泵送前后差距较大，损失较严重，且匀质系数不及实施例8-10，且抗压强度下降，抗折强度减小，说明使用较多的干燥底泥制备陶粒会造成陶粒孔隙度较大，质量较轻，易上浮。
实施例12中采用陶粒的制备例5制成的陶粒，其中使用等量的碳铬渣替代干燥底泥，由表4内数据对比可以看出，实施例12制备的轻集料混凝土的坍落度损失较大，且扩展度在泵送后显著降低，但抗压强度较大，说明使用较多碳铬渣制备陶粒虽然能增强混凝土的抗压强度，但并不能改善混凝土的匀质性。
实施例13-15中，在制备例1制成的陶粒预湿前进行预处理，采用水玻璃、羧甲基纤维素等将铝矾土、石灰石等制成得到包裹粉料连接在陶粒的表面，增加了陶粒与水泥颗粒的粘结强度，表4内数据显示，混凝土在泵送前后，坍落度无损失，扩展度损失较小，且匀质系数高，抗压强度增大。
实施例16与实施例15相比，预处理陶粒时，使用水泥作为包裹粉料，由表4内数据显示，实施例16制得的混凝土的坍落度和扩展度在泵送前后的损失值，均比实施例15大，匀质性下降，抗压强度减小，说明水泥作为包裹粉料并对增大陶粒与凝胶材料的粘接强度效果不明显。
实施例17与实施例15相比，预处理陶粒时，未添加水玻璃，表4内数据显示，实施例17制成的混凝土的坍落度、扩展度泵送前后损失相较于实施例15有所增大，且抗压强度减小，说明未添加水玻璃，使得包裹粉料与陶粒之间的粘接力下降，且未能对高钛矿渣进行激发，使得陶粒与水泥颗粒之间的粘接强度下降，密实度降低。
实施例18与实施例15相比，预处理陶粒时，未添加高钛矿渣，实施例18制备的混凝土，抗压强度相较于实施例15有所下降，且匀质性降低，说明高钛矿渣在水玻璃的激发下，能增大混凝土的密实度，改善陶粒与水泥的粘接强度，增强匀质性。
实施例19-21与实施例15相比，还加入了由改性聚苯乙烯颗粒的制备例1-3制成的聚苯乙烯颗粒，所述19-21制备的混凝土抗压强度增大，耐火极限延长，具有较好的阻燃效果，且导热系数减小，保温性能增强。
实施例22与实施例19相比，制备改性聚苯乙烯颗粒时，未使用硅灰、氢氧化钾溶液和硅酸钠溶液，实施例22制备的轻集料混凝土的导热系数相较于实施例19有所增大，且耐火极限时间缩短，说明使用硅灰、氢氧化钾和硅酸钠溶液能改善混凝土的保温、阻燃性，且能防止聚苯乙烯颗粒上浮，造成匀质性下降。
实施例23与实施例19相比，制备改性聚苯乙烯颗粒时未使用双酚A不饱和聚酯树脂，实施例23制备的混凝土抗压强度相较于实施例19有所降低，且其耐火极限时间缩短。
对比例1与实施例1相比，未添加粘度改性剂，混凝土泵送前后坍落度等损失较大，匀质性较差。
对比例2和对比例3与实施例1相比，对比例2中采用中空介孔二氧化硅替代可分散乳胶粉，对比例3中采用中空介孔二氧化硅替代羟丙基甲基纤维素醚，对比例2和对比例3中混凝土的坍落度、扩展度和匀质系数在泵送前后，均不及实施例1，说明中空介孔二氧化硅与羟丙基甲基纤维素醚、可再分散乳胶粉存在配合效果，能增大骨料与浆体的粘度，增加泵送前后的匀质性。
对比例4和对比例5均为现有技术制备的轻集料混凝土，与实施例1相比，对比例4和对比例5制备的混凝土匀质性不及实施例1，且耐火极限时间较短。
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 (10)

1.一种轻集料混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：水泥160-170份、粗骨料150-200份、细骨料100-150份、聚羧酸减水剂5-10份、粉煤灰90-100份、陶粒10-20份、分散剂1-5份、缓凝剂5-10份、水190-200份、粘度改性剂7-15份；
每重量份粘度改性剂包括质量比为0.3-0.5:0.1-0.3:1的中空介孔二氧化硅、羟丙基甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉。
2.根据权利要求1所述的轻集料混凝土，其特征在于，所述陶粒由以下方法制成：
（1）将淤泥经过除杂、除沙、陈化、干燥、粉碎后形成干燥底泥，将干燥底泥与碳铬渣、蒙脱石和粉煤灰混合，经烘干后，搅拌均匀，加入水，搅拌均匀，造粒成型，制成生坯，干燥底泥和碳铬渣的质量比为1:0.3-0.6，碳铬渣、蒙脱石和粉煤灰的质量比为1:0.1-0.3:0.2-0.4，生坯的含水量为10-30%；
（2）将生坯在100-110℃下干燥3-4h，然后升温至400-600℃，保温20-30min，继续升温至1250-1280℃，保温20-30min，冷却至室温，制得陶粒。
3.根据权利要求2所述的轻集料混凝土，其特征在于，所述步骤（2）中，冷却时，以40-50℃/min的速度降温至700-1000℃，然后以5-10℃/min的速度降温至400-700℃，最后以40-50℃/min的速度降至室温。
4.根据权利要求1所述的轻集料混凝土，其特征在于，所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷、单硬脂酸甘油酯、乙烯基双硬脂酰胺中的一种或几种的组合物。
5.根据权利要求1所述的轻集料混凝土，其特征在于，所述缓凝剂为柠檬酸、葡萄糖酸钠、氯化锌、木质素磺酸钠中的一种或几种的组合物。
6.根据权利要求1所述的轻集料混凝土，其特征在于，所述粗骨料为卵石和碎石，碎石和卵石的质量比为3:5-7，卵石为5-20mm连续级配的卵石，碎石为15-30mm的连续级配碎石；
所述细骨料为河砂，细度模数为2.6-3.1，吸水率为0.95-1.05%；
所述粉煤灰为II级粉煤灰，细度为0.045mm网筛的筛余率为14.1-15%，烧失量为1.4-1.5%。
7.根据权利要求1所述的轻集料混凝土，其特征在于，组分中还包括改性聚苯乙烯颗粒20-25份；
所述改性聚苯乙烯颗粒由以下方法制成：
（1）将2-6重量份硅灰和4-10重量份水混合，加入1-3份浓度为1.5-2.5mol/l的氢氧化钾溶液和1-3份浓度为0.75-1.25mol/l的硅酸钠溶液，在40-50℃下搅拌1-1.5h，加入5-10重量份聚苯乙烯颗粒，混合均匀后，在50-80℃下干燥；
（2）将2-5重量份偶联剂与5-8重量份水混合，形成偶联剂溶液，将步骤（1）所得物加入到偶联剂溶液中，混合均匀后，加入3-7重量份双酚A不饱和聚酯树脂、0.6-1重量份过氧化苯甲酰、0.1-0.5重量份三乙烯二胺混合，在110-120℃下固化，粉碎，制得改性聚苯乙烯颗粒。
8.权利要求1-6任一项所述的轻集料混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将陶粒进行预湿处理，自然风干1-2h；
S2、将水泥、粉煤灰、粗骨料、细骨料和预湿陶粒混合均匀，制得预拌料；
S3、将粘度改性剂、分散剂、缓凝剂和聚羧酸减水剂和水混合均匀，加入到步骤S2制得的预拌料中，搅拌均匀，制得轻集料混凝土。
9.根据权利要求8所述的轻集料混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，陶粒进行预湿前，经过以下预处理：（1）将3-5重量份石灰石、1.5-2重量份粘土、0.1-0.15重量份铝矾土和0.25-0.3重量份硬石膏，混合，粉碎，加入5-10重量份水，混合均匀后，置于600-650℃下预热15-20min，再升温至1280-1300℃下保温20-30min，以800-850℃/min冷却至室温，粉碎至20-50μm，制成包裹粉料；
（2）向3-6重量份包裹粉料中加入7-10重量份水、1.7-2重量份水玻璃、1-1.5重量份羧甲基纤维素、1-2重量份高钛矿渣，混合均匀后，制成包裹浆料；
（3）将陶粒加入到包裹浆料中，在600-650℃下保温20-30min，升温至1250-1280℃下保温20-30min，冷却至室温，包裹浆料与陶粒的质量比为0.3-0.4:1。
10.根据权利要求8所述的轻集料混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，将20-25份改性聚苯乙烯颗粒加入预拌料中，混合均匀；
所述改性聚苯乙烯颗粒由以下方法制成：
（1）将2-6重量份硅灰和4-10重量份水混合，加入1-3份浓度为1.5-2.5mol/l的氢氧化钾溶液和1-3份浓度为0.75-1.25mol/l的硅酸钠溶液，在40-50℃下搅拌1-1.5h，加入5-10重量份聚苯乙烯颗粒，混合均匀后，在50-80℃下干燥；
（2）将2-5重量份偶联剂与5-8重量份水混合，形成偶联剂溶液，将步骤（1）所得物加入到偶联剂溶液中，混合均匀后，加入3-7重量份双酚A不饱和聚酯树脂、0.6-1重量份过氧化苯甲酰、0.1-0.5重量份三乙烯二胺混合，在110-120℃下固化，粉碎，制得改性聚苯乙烯颗粒。
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