CN113929336B

CN113929336B - 一种经表面处理的混凝土用陶粒及其制备方法

Info

Publication number: CN113929336B
Application number: CN202111259804.XA
Authority: CN
Inventors: 吴雄; 高育欣; 马建峰; 杨文�; 高达; 王福涛; 徐晶晶
Original assignee: Building Materials Science Research Institute Co Ltd of China West Construction Group Co Ltd
Current assignee: Building Materials Science Research Institute Co Ltd of China West Construction Group Co Ltd
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2041-10-28
Also published as: CN113929336A

Abstract

本发明公开了一种经表面处理的混凝土用陶粒及其制备方法，该制备方法包括将陶粒预吸水后，利用成膜材料在陶粒表面硬化成膜。本发明制备的陶粒相较于传统的陶粒，可以控制预吸水陶粒在混凝土中释水的时效性，不仅可以保持原有陶粒的耐久性，内部的成膜材料还能在混凝土硬化后逐渐破裂，具有更好的内养护效果。

Description

一种经表面处理的混凝土用陶粒及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及到一种经表面处理的混凝土用陶粒及其制备方法。

背景技术

陶粒是一种人造轻质骨料，通常是将固废及其他材料按照一定的比例混合均匀，通过烧结或者免烧的工艺，制备出一种稳定、质硬的固相。陶粒质轻，强度较高而被用于替代混凝土用骨料，制备出轻集料混凝土，目前轻集料混凝土已经实现工程化应用。此外，陶粒因多孔、易于吸水而常被用作混凝土用内养护材料，即利用陶粒的多孔性能，让其饱和吸水。当周围环境相对湿度较低时，陶粒可释放内部水分，以调节混凝土内部相对湿度，减小混凝土因内部相对湿度较低造成的收缩开裂。

但陶粒在制备轻集料混凝土及应用过程中存在的问题是：陶粒吸水较高，在制备混凝土前需进行预先吸水处理，使混凝土成型工艺复杂化；预吸水陶粒释水不可控，陶粒在混凝土拌和过程中释放内部水分，对预拌轻骨料混凝土工作性能带来不利影响；轻集料混凝土常被用作高层、超高层建筑中，泵送轻骨料混凝土时，泵送管内部压力较大，使得混凝土浆体进入陶粒孔隙中，对混凝土工作性能不利，进而影响施工；混凝土内部相对湿度减小一般是在其硬化后，而陶粒但易于在水泥浆体早期释放内部水分，使其内养护效果大大下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种经表面处理的混凝土用陶粒及其制备方法，可以配制出不同耐久性的成膜材料，以实现陶粒在轻集料混凝土中不同时间段下膜材破裂的效果，达到特定时间段下的内养护效果。

为达上述目的，本发明提供了一种经表面处理的混凝土用陶粒，包括以下重量份组分：多孔陶粒95～105份和成膜材料10～30份，成膜材料包括以下组分：高分子树脂、稀释剂、固化剂和无机材料，稀释剂用量不小于高分子树脂质量的10％，固化剂用量为高分子树脂质量的0～25％，无机材料用量为高分子树脂质量的0～20％。

进一步地，多孔陶粒细度模数为3.1-3.7，吸水率不小于每小时5％，筒压强度不小于5MPa。

进一步地，高分子树脂为环氧树脂、聚丙烯酸树脂、羟基丙烯酸树脂、乙烯树脂、过氯乙烯树脂、醇酸树脂和氨基树脂中的一种或几种。

优选的，高分子树脂为环氧树脂、聚丙烯酸树脂和羟基丙烯酸树脂中的至少一种。

进一步地，稀释剂为丙酮、丁酮、环戊酮、甲基异丁酮、甲醇、乙醇、丁醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸戊酯、乙二醇一乙醚、乙二醇一丁醚、二乙二醇一乙醚和二甲苯中的一种或几种。

进一步地，固化剂为脂肪族二胺、脂肪族多胺、芳香族多胺、有机酸、酸酐和三氟化硼及其络合物中的至少一种。

进一步地，固化剂为乙烯基三胺、DETA、氨乙基哌嗪、间苯二胺和二氨基二苯基甲烷中的一种或几种。

进一步地，无机材料为氧化铝、氧化硅、二水石膏和粉煤灰，无机材料的粒径≤75μm。

一种经表面处理的混凝土用陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将陶粒于水中浸泡3-10h，取出擦干表面水分；

(2)按照比例称取高分子树脂、稀释剂、固化剂和无机材料，混合后搅拌均匀，涂抹于步骤(1)处理后的陶粒表面，待膜层干化后，即得

进一步地，步骤(2)中的膜层厚度≤2mm。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明运用不同耐碱性的成膜材料在吸水后的陶粒表面成膜，通过封装膜层的作用，在制备轻集料混凝土时，陶粒内部水分不释放，解决了陶粒对混凝土工作性能的不利影响及泵送施工过程中浆体减小的问题；

2、通过本发明提供的方法可以制备出不同耐久性的成膜材料，封装膜材可在混凝土硬化后不同时间段下破裂，释放内部水分后，具有两方面的作用：一方面是进一步提升混凝土内部未水化的水泥颗粒，增加混凝土内部薄弱部分性能；另一方面是达到特定时间段下的内养护效果，即释放水分后，增加混凝土内部相对湿度，预防混凝土的自收缩和干燥收缩开裂。

附图说明

图1为轻骨料混凝土内部相对湿度变化。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供了一种经表面处理的混凝土用陶粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)选取细度模数为2.1，吸水率为每小时10.7％，筒压强度为10.3MPa的粉煤灰陶粒，置于水中浸泡3h；

(2)将20wt％的环氧树脂稀释剂、10wt％的固化剂与环氧树脂混合，搅拌均匀，制得封装材料；其中环氧稀释剂为丙酮、甲醇和乙二醇一乙醚按照质量比为1:1:1混合均匀；固化剂为脂肪族二胺。

(3)将陶粒取出并擦去其表面水分后，将封装材料均匀地涂覆于陶粒表面，待硬化成膜后，可制得经表面处理的混凝土用陶粒。

实施例2

(1)选取细度模数为2.3，吸水率为每小时10.7％，筒压强度为10.3MPa的粉煤灰陶粒，置于水中浸泡2h；

(2)将25wt％的稀释剂与羟基丙烯酸树脂混合，搅拌均匀，制得封装材料；

其中稀释剂为乙醇和乙二醇一乙醚按照质量比为2:1混合。

实施例3

(1)选取细度模数为2.6，吸水率为每小时10.7％，筒压强度为10.3MPa的粉煤灰陶粒，置于水中浸泡4h；

(2)将15wt％的稀释剂与醇酸树脂混合，搅拌均匀，制得封装材料；其中稀释剂为醋酸乙酯、丁酮和二乙二醇一乙醚按照质量比1:1:1混合，固化剂为氨基树脂。

实施例4

(1)选取细度模数为3.1，吸水率为每小时10.7％，筒压强度为10.3MPa的粉煤灰陶粒，置于水中浸泡3h；

(2)将30wt％的稀释剂与热塑性丙烯酸树脂混合，搅拌均匀，制得封装材料；其中稀释剂为乙醇、丙酮和乙二醇一丁醚按照质量为2:1:1混合。

实施例5

(1)选取细度模数为3.4，吸水率为每小时10.7％，筒压强度为10.3MPa的粉煤灰陶粒，置于水中浸泡2.5h；

(2)将25wt％的稀释剂、10wt％的固化剂与环氧树脂和氧化硅粉末混合，搅拌均匀，制得封装材料；其中环氧稀释剂为丙酮、甲醇和乙二醇一乙醚按照质量比为1:1:1混合均匀；固化剂为脂肪族二胺；环氧树脂和氧化硅粉的质量比为10％。

实施例6

(1)选取细度模数为3.5，吸水率为每小时10.7％，筒压强度为10.3MPa的粉煤灰陶粒，置于水中浸泡5h；

(2)将30wt％的稀释剂与羟基丙烯酸树脂和氧化铝粉末混合，搅拌均匀，制得封装材料；

其中稀释剂为醋酸丁酯、甲醇和丁酮按照质量比1:1:2混合。

实施例7

(1)选取细度模数为2.1，吸水率为每小时10.7％，筒压强度为10.3MPa的粉煤灰陶粒，置于水中浸泡6h；

(2)将15wt％的稀释剂、15wt％的固化剂与有机硅树脂混合，搅拌均匀，制得封装材料；

其中稀释剂为二甲苯，固化剂为二乙醇胺和三乙醇胺按照质量比1:1混合。

实施例8

(1)选取细度模数为3.0，吸水率为每小时10.7％，筒压强度为10.3MPa的粉煤灰陶粒，置于水中浸泡2h；

(2)将15wt％的稀释剂、10wt％的固化剂与酚醛树脂混合，搅拌均匀，制得封装材料；其中稀释剂为丙酮和乙醇按照质量比为1:1混合，固化剂为六次甲基四胺和酸酐按照质量比为2:1混合。

试验例1

测试实施例1-8制备得到的经表面处理的混凝土用陶粒的膜层厚度及其耐碱性能，其中膜层厚度利用金相显微镜测试，为验证封装材料封装效果及其在强碱环境中的释水情况，陶粒从水中取出后在60℃的恒温干燥箱中干燥12h后，使陶粒吸收酚酞试剂3h后，利用实施例中对应的封装材料进行封装，然后将封装后陶粒放入模拟水泥浆体溶液中(pH＝12)，观测溶液颜色变化，并记录溶液变成红的时间，结果如下表1所示。

表1成膜厚度及溶液变红时间

实施例	膜层厚度(mm)	溶液变红时间(h)
			实施例1	1.5	＞168
实施例2	0.8	＞168
			实施例3	1.2	29
实施例3′	0.7	18
			实施例4	1.7	124.5
实施例4′	1.2	97
			实施例5	1.2	8.5
实施例6	1.5	7.5
			实施例7	0.8	102
实施例8(对照组)	1.5	0.5

由表1可知，选择不同成膜材料封装后的陶粒后，可实现膜材在不同的时间下破裂。实施例1～6是本发明优先使用的成膜材料，选用不同成膜材料封装后的陶粒，可实现在不同时间段内破裂；而从实施例3、4中可知，通过相同成膜材料，不同成膜厚度也可控制成膜材料破裂时间，而对于实施例8，其耐碱性较差，在相对较短的时间段内膜材破裂。

试验例2

验证实施例1-8制备得到的经表面处理的混凝土用陶粒对混凝土力学和耐久性的影响，通过经表面处理的混凝土用陶粒制备出C30轻骨料混凝土，其配合比如表2所示。其中试件成型、测试及强度计算按照GB/T GB/T 50107-2010《混凝土强度检测评定标准》进行，依据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中7.2测试混凝土的电通量。混凝土强度和电通量测试结果如表3所示，表3中对照组为与对应实施例相同的吸水后未封装陶粒制备的轻骨料混凝土。

表2C30轻骨料混凝土配合比

表3混凝土抗压强度和电通量变化

由表3可知，从实施例1～6中可知混凝土的抗压强度较基准组没有下降，且部分实施例组的抗压强度有所提升。对于实施例7，虽然其具有较好的耐碱性能，但其对混凝土抗压强度带来不利影响，混凝土强度下降明显；对于实施例8，其不仅耐碱性较低，且对混凝土力学性能不利。

混凝土电通量越小，表明混凝土耐久性越好，从实施例1～6中可知，对比基准组，实施例混凝土电通量明显下降，这主要是成膜材料破裂后封堵了孔隙，减小了混凝土电通量，此外，混凝土硬化后膜材破裂，释放内部水分后促进未水化水泥颗粒的进一步水化，填充了混凝土内部孔隙，减小了混凝土电通量。对于实施例7和实施例8，其电通量也有所降低。

当成膜材料破裂，内部水分释放后，会改变轻骨料混凝土内部相对湿度的变化。基于此，测试了轻骨料混凝土内部相对湿度的变化，测试条件是在成型时将相对湿度测试仪放置混凝土中心，将成型后轻集料混凝土放置在密封的环境中，防止外部环境对相对湿度的影响。测试结果如图1所示。

结合图1和表1可知，实施例组混凝土与对照组相比较，实施例组混凝土内部相对湿度随着时间逐渐降低后又上升，尤为明显的是实施例1、2两组，其原因在于，实施例1、2所用的成膜材料破裂时间较晚，混凝土内部相对湿度已经较低，因而膜材破裂后相对湿度变化更加明显。对于其他实施例，其变化规律与实施例1、2相同，只是膜材破裂时间较早。

综上所述，通过本申请制备的陶粒进而制备的轻骨料混凝土的力学性能没有影响，且耐久性提升，其中的成膜材料在混凝土硬化后逐渐破裂，使其具有更好的内养护效果。

虽然对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims

1.一种经表面处理的混凝土用陶粒，其特征在于，包括以下重量份组分：多孔陶粒95~105份和成膜材料10~30份，所述成膜材料包括以下组分：高分子树脂、稀释剂、固化剂和无机材料，所述稀释剂用量不小于高分子树脂质量的10%，所述固化剂用量高分子树脂质量的0~25%，所述无机材料用量为高分子树脂质量的0~20%；

所述高分子树脂为环氧树脂、聚丙烯酸树脂、羟基丙烯酸树脂、乙烯树脂、过氯乙烯树脂和醇酸树脂中的一种或几种；

所述无机材料为氧化铝、氧化硅、二水石膏和粉煤灰，所述无机材料的粒径≤75μm；

所述经表面处理的混凝土用陶粒通过以下方法制备得到：

（1）将陶粒于水中浸泡3-10h，取出擦干表面水分；

（2）按照比例称取高分子树脂、稀释剂、固化剂和无机材料，混合后搅拌均匀，涂抹于步骤（1）处理后的陶粒表面，待膜层干化后，即得；所述膜层厚度≤2mm，所述膜层在混凝土硬化后不同时间段下破裂，可以释放内部水分，实现内养护效果。

2.如权利要求1所述的经表面处理的混凝土用陶粒，其特征在于，所述多孔陶粒细度模数为3.1-3.7，吸水率不小于每小时5%，筒压强度不小于5MPa。

3.如权利要求1所述的经表面处理的混凝土用陶粒，其特征在于：所述稀释剂为丙酮、丁酮、环戊酮、甲基异丁酮、甲醇、乙醇、丁醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸戊酯、乙二醇一乙醚、乙二醇一丁醚、二乙二醇一乙醚及二甲苯中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的经表面处理的混凝土用陶粒，其特征在于：所述固化剂为脂肪族二胺、脂肪族多胺、芳香族多胺、有机酸、酸酐、氨基树脂和三氟化硼及其络合物中的至少一种。

5.如权利要求4所述的经表面处理的混凝土用陶粒，其特征在于：所述固化剂为乙烯基三胺、DETA、氨乙基哌嗪、间苯二胺和二氨基二苯基甲烷中的一种或几种。