CN113526928A - 一种绿色环保型轻骨料混凝土及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种绿色环保型轻骨料混凝土及其制备工艺。绿色环保型轻骨料混凝土由以下重量份的原料制成：水泥280‑350份，粉煤灰120‑150份，石膏陶粒800‑1100份，水180‑240份，减水剂4‑5份，所述石膏陶粒由以下重量份的原料制成：脱硫石膏20‑40份，膨润土20‑40份，硅溶胶30‑50份。本申请的石膏陶粒以硅溶胶脱水产生的凝胶体作为外壳和骨架，以脱硫石膏和膨润土作为核心，降低了脱硫石膏中的硫酸钙促生的钙矾石对轻骨料混凝土的孔隙进行堵塞的可能，有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

Description

一种绿色环保型轻骨料混凝土及其制备工艺

技术领域

本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种绿色环保型轻骨料混凝土及其制备工艺。

背景技术

轻骨料混凝土是用轻粗骨料、轻砂(或普通砂)、水泥和水配制而成的干表观密度不大于1950kg/m3的混凝土，轻粗骨料和轻砂的引入除了使轻骨料混凝土的密度低于普通骨料混凝土外，还能提高轻骨料混凝土的孔隙率，从而具备良好的保温隔热性能。

公告号为CN105218057B的中国专利公开了一种绿色轻骨料混凝土及其制备工艺，绿色轻骨料混凝土的原料及重量配比如下：水泥：陶粒：粉煤灰：石灰：石膏为1:2.5:2.5:0.15:0.05，其中采用脱硫石膏等量替代粉煤灰掺量的30％-50％，脱硫灰等量替代粉煤灰掺量的5％-10％，微硅粉等量替代水泥掺量的3％-10％。绿色轻骨料混凝土的制备方法为：(1)将水泥、脱硫灰、脱硫石膏、微硅粉、粉煤灰、石膏、石灰搅拌均匀成混料1；(2)将粗骨料陶粒与混料1搅拌均匀成混料2；(3)先将细骨料陶砂与混料2干料拌和，然后加水搅拌均匀得到绿色轻骨料混凝土。通过使用脱硫石膏和脱硫灰替代粉煤灰，实现了对电厂废料的回收利用。

针对上述中的相关技术，发明人认为，脱硫石膏和脱硫灰的主要成分均为硫酸钙，而硫酸钙接触水泥的水化产物后会促进钙矾石生成，硫酸钙促生的钙矾石容易在轻骨料混凝土的孔隙内发生膨胀，使得轻骨料混凝土的导热系数增大，对轻骨料混凝土的保温隔热性能造成影响。

发明内容

相关技术中，脱硫石膏和脱硫灰中的硫酸钙均会在轻骨料混凝土中促生钙矾石，而促生的钙矾石容易在轻骨料混凝土的孔隙中发生膨胀，影响轻骨料混凝土的保温隔热性能。为了改善这一缺陷，本申请提供一种绿色环保型轻骨料混凝土及其制备工艺。

第一方面，本申请提供一种绿色环保型轻骨料混凝土，采用如下的技术方案：

一种绿色环保型轻骨料混凝土，由以下重量份的原料制成：水泥280-350份，粉煤灰120-150份，石膏陶粒800-1100份，水180-240份，减水剂4-5份，所述石膏陶粒由以下重量份的原料制成：脱硫石膏20-40份，膨润土20-40份，硅溶胶30-50份。

通过采用上述技术方案，与相关技术相比，本申请不直接将脱硫石膏用作混凝土原材料，而是使用脱硫石膏制备石膏陶粒，再用制备的石膏陶粒取代陶粒进行轻骨料混凝土的制备。在石膏陶粒中，膨润土和脱硫石膏共同组成石膏陶粒的核心，硅溶胶脱水后形成的凝胶体组成石膏陶粒的骨架和外壳。膨润土和脱硫石膏均能够吸收硅溶胶中的水分，促进硅溶胶向凝胶体转化。由于膨润土和脱硫石膏吸水后均会发生膨胀，因此能够抵消硅溶胶脱水时产生的收缩应力，有助于维持石膏陶粒外壳的完整。在使用石膏陶粒生产轻骨料混凝土时，硅溶胶形成的凝胶体外壳对脱硫石膏中的硫酸钙进行封堵，使硫酸钙不容易接触水泥的水化产物，从而降低了硫酸钙促生的钙矾石将轻骨料混凝土的孔隙堵塞的可能，有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

此外，膨润土和脱硫石膏的吸水膨胀包括两个阶段，第一个阶段以膨润土吸水膨胀为主，第二个阶段则以脱硫石膏吸水膨胀为主。脱硫石膏膨胀时会从膨润土中吸水，使膨润土发生收缩。而膨润土收缩时减小的体积大于脱硫石膏膨胀时增加的体积，从而提高了石膏陶粒的孔隙率，有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

优选的，所述石膏陶粒由以下重量份的原料制成：脱硫石膏25-35份，膨润土25-35份，硅溶胶35-45份。

通过采用上述技术方案，优化了石膏陶粒的配比，提高了石膏陶粒的孔隙率，有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

优选的，所述膨润土选用锂基膨润土、钠基膨润土、钙基膨润土中的一种。

通过采用上述技术方案，锂基膨润土、钠基膨润土以及钙基膨润土均可作为制备石膏陶粒的原料，其中，锂基膨润土含有的锂离子能够在拌和过程中渗透到石膏陶粒外，并在石膏陶粒表面与水泥的水化产物结合形成硅酸锂凝胶，既能够提高石膏陶粒外壳的密实度，又能够减少水泥的水化产物中的碱性物质对石膏陶粒外壳的侵蚀，从而改善了石膏陶粒的外壳对脱硫石膏的隔离效果，有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

优选的，所述膨润土的平均粒径为50μm-80μm。

通过采用上述技术方案，当膨润土的粒径过小时，膨润土颗粒之间容易粘连，导致石膏陶粒的密实度增加，孔隙率减小。当膨润土的粒径过大时，膨润土颗粒的吸水能力下降，导致膨润土收缩时产生的孔隙数量减小。当膨润土的平均粒径为50μm-80μm之间时，石膏陶粒的密实度较小，孔隙率较大，更加有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

优选的，所述硅溶胶按重量计算的含水率为40％-60％。

通过采用上述技术方案，当硅溶胶的含水率较小时，脱硫石膏和膨润土吸水不完全，导致石膏陶粒的结构松散，影响轻骨料混凝土的强度。当硅溶胶的含水率较大时，膨润土不足以吸收全部水分，导致膨润土与脱硫石膏同时膨胀，容易导致石膏陶粒破裂，同样会对轻骨料混凝土的强度造成影响。当硅溶胶的含水率在40％-60％之间时，轻骨料混凝土的强度较高。

优选的，所述石膏陶粒的配方中还包括重量份为8-12份的甘蔗渣。

通过采用上述技术方案，甘蔗渣具有束状纤维结构，并且能够借助氢键与硅溶胶中的水分结合。向石膏陶粒中添加甘蔗渣后，甘蔗渣能够均匀无序地分布于石膏陶粒中。甘蔗渣既能够传导脱硫石膏和膨润土的膨胀应力，又能够传导硅溶胶脱水时产生的收缩应力，从而减少了石膏陶粒破裂的可能。此外，甘蔗渣中含有的蔗糖还能够与石膏陶粒的外壳结合，提高石膏陶粒外壳的致密度。当使用石膏陶粒拌和轻骨料混凝土时，一部分蔗糖扩散到水泥浆中。蔗糖能够减缓水泥浆的凝结速度，延后轻骨料混凝土形成孔隙的时间，从而减少了轻骨料混凝土中的孔隙受到堵塞的可能，有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

优选的，所述轻骨料混凝土的配方中还包括重量份为10-20份的过氧化氢。

通过采用上述技术方案，水泥的水化产物具有碱性，而过氧化氢在碱性条件下会分解产生氧气，氧气接触石膏陶粒后能够吸附在石膏陶粒表面，增加石膏陶粒受到的浮力，从而减少了轻骨料混凝土发生离析的可能，有助于改善轻骨料混凝土的均匀度。当轻骨料混凝土硬化后，石膏陶粒表面吸附的气泡转化为孔隙，从而有助于提高轻骨料混凝土的孔隙率，改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

优选的，所述石膏陶粒的配方中还包括重量份为1-5份的纳米二氧化硅。

通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅能够均匀分散在硅溶胶中，有助于提高石膏陶粒外壳的致密度。此外，纳米二氧化硅颗粒还能够为气泡提供附着点，从而减少了气泡与石膏陶粒分离的可能，有助于提高轻骨料混凝土的孔隙率，改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

优选的，所述石膏陶粒的配方中还包括重量份为1-5份的六甲基二硅氮烷。

通过采用上述技术方案，六甲基二硅氮烷在碱性条件下能够分解产生三甲基硅醇，三甲基硅醇能够与硅溶胶缩合，并将三甲基硅基接枝在石膏陶粒的外表面，使石膏陶粒的外壳具有疏水性，从而提高了石膏陶粒对水泥浆的排斥效果，减少了气泡的吸附位置被水泥浆取代的可能，有助于提高轻骨料混凝土的孔隙率，改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

第二方面，本申请提供一种绿色环保型轻骨料混凝土的制备工艺，采用如下的技术方案。

一种绿色环保型轻骨料混凝土的制备工艺，包括以下步骤：

制备石膏陶粒：

(1)将脱硫石膏、膨润土以及硅溶胶混合均匀，并搅拌为粘稠状，得到混合物1，备用；

(2)将混合物1制成颗粒状，并在湿度为70％-90％的室温条件下养护80-120h，再经过自然干燥后得到石膏陶粒；

制备轻骨料混凝土：

(1)将水泥、粉煤灰、石膏陶粒、水以及减水剂混合后搅拌120-180s，得到轻骨料混凝土拌和物；

(2)在温度为(20±2)℃，湿度为95％以上的条件下对轻骨料混凝土拌和物进行养护，得到绿色环保型轻骨料混凝土。

通过采用上述技术方案，在制备石膏陶粒时，先将脱硫石膏、膨润土以及硅溶胶混合后制成颗粒，再对颗粒进行养护，最后经过自然干燥制得石膏陶粒。养护阶段能够减缓石膏陶粒中水分的流失速度，减少石膏陶粒发生开裂的可能。在自然干燥过程中，石膏陶粒的外壳成型，脱硫石膏与膨润土之间发生水分的转移，膨润土失去水分产生孔隙，即可制得石膏陶粒，然后再使用石膏陶粒进行轻骨料混凝土的制备。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请中使用脱硫石膏、膨润土以及硅溶胶制备石膏陶粒，再使用石膏陶粒作为骨料制备轻骨料混凝土，石膏陶粒的外壳由硅溶胶脱水产生的凝胶体组成，在拌和轻骨料混凝土时，石膏陶粒的外壳对脱硫石膏进行封堵，减少了脱硫石膏接触水泥水化产物的可能，有助于提高轻骨料混凝土的孔隙率，改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

2、本申请中优选甘蔗渣作为制备石膏陶粒的原料之一，甘蔗渣能够在石膏陶粒中传递收缩应力和膨胀应力，减少石膏陶粒破碎的可能。甘蔗渣中含有的蔗糖能够参与形成石膏陶粒的外壳，增加石膏陶粒外壳的致密度。在拌和轻骨料混凝土时，甘蔗渣中的蔗糖还能够延缓水泥浆的凝结速度，延后轻骨料混凝土形成孔隙的时间，有助于提高轻骨料混凝土的孔隙率，改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

3、本申请的方法，按照先造粒后养护再干燥的顺序制备石膏陶粒，养护阶段有助于减缓石膏陶粒水分流失的速度，减少石膏陶粒开裂的可能。制得石膏陶粒后，以石膏陶粒为骨料制得了绿色环保型轻骨料混凝土。

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。

实施例

本申请实施例中使用的原料均可通过市售获得，其中水泥选用江苏鹤林水泥有限公司生产的P·O 42.5水泥,粉煤灰选用常州华润热电有限公司生产的F类一级粉煤灰，水取自生活用水，减水剂选用江苏苏博特新材料股份有限公司生产的

系列聚羧酸高性能减水剂，脱硫石膏购买自河北岩创矿产品有限公司，锂基膨润土购买自信阳成喜保温材料有限公司，钠基膨润土购买自武汉市辛昌化工有限责任公司，钙基膨润土购买自灵寿县嘉硕建材加工有限公司，硅溶胶购买自山东力昂新材料科技有限公司，甘蔗渣购买自武鸣县鑫来顺农产品废弃物经营部，过氧化氢购买自广州宇东环保科技有限公司，纳米二氧化硅购买自上海肖晃纳米科技有限公司，六甲基二硅氮烷购买自山东穗华生物科技有限公司。

实施例1-5

以下以实施例1为例进行说明。

实施例1

实施例1中绿色环保型轻骨料混凝土按照以下步骤制备：

制备石膏陶粒：

(1)将2000kg脱硫石膏、2000kg膨润土以及3000kg硅溶胶混合均匀，并搅拌为粘稠状，得到混合物1，备用；其中膨润土选用钠基膨润土，膨润土的平均粒径为35μm，硅溶胶的含水率为30％；

(2)将混合物1压制成平均厚度20mm的饼体，接着将饼体切割为平均粒径20mm的块体，再将块体置于滚筒中滚至颗粒状，然后在湿度为80％的室温条件下养护100h，再经过自然干燥后得到石膏陶粒；

制备轻骨料混凝土：

(1)将280kg水泥、120kg粉煤灰、800kg石膏陶粒、180kg水以及4kg减水剂混合搅拌150s，得到轻骨料混凝土拌和物；

(2)在温度为(20±2)℃，湿度为95％以上的条件下对轻骨料混凝土拌和物进行养护，得到绿色环保型轻骨料混凝土。

如表1,实施例1-5的区别主要在于石膏陶粒的原料配比不同

表1

如表2,实施例6-9与实施例3的区别主要在于轻骨料混凝土的原料配比不同。

表2

样本	水泥/kg	粉煤灰/kg	石膏陶粒/kg	水/kg	减水剂/kg
						实施例3	280	120	800	180	4.00
实施例6	300	128	870	195	4.28
						实施例7	315	135	950	210	4.50
实施例8	330	142	1020	225	4.72
						实施例9	350	150	1100	240	5.00

实施例10

本实施例与实施例7的区别在于，将钠基膨润土替换为相同重量的钙基膨润土。

实施例11

本实施例与实施例10的区别在于，将钙基膨润土替换为相同重量的锂基膨润土。

如表3,实施例12-15与实施例11的区别主要在于膨润土的平均粒径不同。

如表4,实施例16-19与实施例13的区别主要在于硅溶胶按重量计算的含水率不同。

实施例20

本实施例与实施例17的不同之处在于，石膏陶粒的配方中还包括800kg甘蔗渣，甘蔗渣在制备石膏陶粒的步骤(1)中与脱硫石膏、膨润土以及硅溶胶共同混合。

如表5，实施例20-24的区别主要在于甘蔗渣的用量不同。

表5

样本	实施例20	实施例21	实施例22	实施例23	实施例24
						甘蔗渣/kg	800	900	1000	1100	1200

实施例25

本实施例与实施例22的区别在于，轻骨料混凝土的配方中还包括1000kg过氧化氢，过氧化氢在制备轻骨料混凝土的步骤(1)中与水共同混合。

如表6，实施例25-29的区别主要在于过氧化氢的用量不同。

表6

样本	实施例25	实施例26	实施例27	实施例28	实施例29
						过氧化氢/kg	1000	1250	1500	1750	2000

实施例30

本实施例与实施例27的不同之处在于，石膏陶粒的配方中还包括100kg纳米二氧化硅，纳米二氧化硅在制备石膏陶粒的步骤(1)中与脱硫石膏、膨润土以及硅溶胶共同混合。

如表7，实施例30-34的区别主要在于纳米二氧化硅的用量不同。

表7

样本	实施例30	实施例31	实施例32	实施例33	实施例34
						纳米二氧化硅/kg	100	200	300	400	500

实施例35

本实施例与实施例32的不同之处在于，石膏陶粒的配方中还包括100kg六甲基二硅氮烷，六甲基二硅氮烷在制备石膏陶粒的步骤(1)中与脱硫石膏、膨润土以及硅溶胶共同混合。

如表8，实施例35-39的区别主要在于六甲基二硅氮烷的用量不同。

表8

对比例

对比例1

根据公告号CN105218057B的中国专利的制备工艺制备的轻骨料混凝土。

对比例2

本对比例与实施例3的不同之处在于，将膨润土等量替换为脱硫石膏。

对比例3

本对比例与实施例3的不同之处在于，使用灵寿县国辉矿产品加工厂加工的天然石膏粉代替脱硫石膏。

性能检测试验方法

导热性能测试：制得轻骨料混凝土后，将轻骨料混凝土的拌合物制作成尺寸为200mm×200mm×20mm的薄试件一块以及尺寸为200mm×200mm×60mm的厚试件两块，养护28天后使用热脉冲法对试件的导热系数进行测试，制件方法、养护方法和抗压强度测试方法参照《JG/J51-2002-轻骨料混凝土技术规程》，检测结果见表9。

表9

结合实施例1-5和对比例1并结合表9可以看出，实施例1-5中，轻骨料混凝土的导热系数均低于对比例1，说明将陶粒替换为石膏陶粒后，轻骨料混凝土的保温隔热性能得到提升。在实施例1-5中，实施例3对应的轻骨料混凝土的导热系数最低。

结合实施例3和对比例2并结合表9可以看出，实施例3的导热系数低于对比例2，说明当同时使用脱硫石膏和膨润土作为石膏陶粒的核心时，轻骨料混凝土的导热性能更好。

结合实施例3和对比例3并结合表9可以看出，实施例3和对比例3测得的导热系数接近，说明脱硫石膏中的杂质对轻骨料混凝土保温隔热性能的影响较小。

结合实施例3和实施例6-9并结合表9可以看出，实施例6-9测得的导热系数均高于实施例3，其中实施例7的导热系数最高，说明按照实施例7的配比制备的石膏陶粒更有利于提高轻骨料混凝土的保温隔热性能。

结合实施例7、实施例10-11并结合表9可以看出，实施例7和实施例10的导热系数接近，而实施例11的导热系数高于实施例7和实施例10，说明锂基膨润土更有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

结合实施例11-15并结合表9可以看出,实施例12-14测得的导热系数相对较低，而实施例11与实施例15测得的导热系数相对较高，说明当膨润土的粒径为50μm-80μm时，更有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

结合实施例13、实施例16-19并结合表9可以看出，实施例16-18测得的导热系数相对较低，而实施例13与实施例19测得的导热系数相对较高，说明当硅溶胶的含水率为40％-60％时，更有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

结合实施例17、实施例20-24并结合表9可以看出，实施例20-24测得的导热系数均低于实施例17，说明甘蔗渣有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。其中，实施例22的导热系数最低，说明按照实施例22的用量和比例添加甘蔗渣更有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

结合实施例22、实施例25-29可以看出，实施例25-29测得的导热系数均低于实施例22，说明过氧化氢有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。其中，实施例27的导热系数最低，说明实施例27的用量和比例添加过氧化氢更有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

结合实施例27、实施例30-34可以看出，实施例30-34测得的导热系数均低于实施例27，说明纳米二氧化硅有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。其中，实施例32的导热系数最低，说明实施例32的用量和比例添加纳米二氧化硅更有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

结合实施例32、实施例35-39可以看出，实施例35-39测得的导热系数均低于实施例32，说明六甲基二硅氮烷有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。其中，实施例37的导热系数最低，说明实施例37的用量和比例添加六甲基二硅氮烷更有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。

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)

1.一种绿色环保型轻骨料混凝土，其特征在于，所述轻骨料混凝土由以下重量份的原料制成：水泥280-350份，粉煤灰120-150份，石膏陶粒800-1100份，水180-240份，减水剂4-5份，所述石膏陶粒由以下重量份的原料制成：脱硫石膏20-40份，膨润土20-40份，硅溶胶30-50份。

2.根据权利要求1所述的绿色环保型轻骨料混凝土，其特征在于，所述石膏陶粒由以下重量份的原料制成：脱硫石膏25-35份，膨润土25-35份，硅溶胶35-45份。

3.根据权利要求1所述的绿色环保型轻骨料混凝土，其特征在于，所述膨润土选用锂基膨润土、钠基膨润土、钙基膨润土中的一种。

4.根据权利要求1所述的绿色环保型轻骨料混凝土，其特征在于，所述膨润土的平均粒径为50μm -80μm。

5.根据权利要求1所述的绿色环保型轻骨料混凝土，其特征在于，所述硅溶胶按重量计算的含水率为40%-60%。

6.根据权利要求1所述的绿色环保型轻骨料混凝土，其特征在于，所述石膏陶粒的配方中还包括重量份为8-12份的甘蔗渣。

7.根据权利要求1所述的绿色环保型轻骨料混凝土，其特征在于，所述轻骨料混凝土的配方中还包括重量份为10-20份的过氧化氢。

8.根据权利要求7所述的绿色环保型轻骨料混凝土，其特征在于，所述石膏陶粒的配方中还包括重量份为1-5份的纳米二氧化硅。

9.根据权利要求8所述的绿色环保型轻骨料混凝土，其特征在于，所述石膏陶粒的配方中还包括重量份为1-5份的六甲基二硅氮烷。

10.根据权利要求1-9任一所述的绿色环保型轻骨料混凝土的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

制备石膏陶粒：

（1）将脱硫石膏、膨润土以及硅溶胶混合均匀，并搅拌为粘稠状，得到混合物1，备用；

（2）将混合物1制成颗粒状，并在湿度为70%-90%的室温条件下养护80-120h，再经过自然干燥后得到石膏陶粒；

制备轻骨料混凝土：

（1）将水泥、粉煤灰、石膏陶粒、水以及减水剂混合后搅拌120-180s，得到轻骨料混凝土拌和物；

（2）在温度为（20±2）℃，湿度为95%以上的条件下对轻骨料混凝土拌和物进行养护，得到绿色环保型轻骨料混凝土。