CN113929380A - 一种低收缩保温混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低收缩保温混凝土及其制备方法，涉及高分子混凝土技术领域。本发明公开的低收缩保温混凝土是由以下重量份数的原料组成：硅酸盐水泥250‑350份、粗集料920‑1100份、细集料750‑820份、改性高炉矿渣粉100‑150份、钢渣粉60‑80份、片状岩棉35‑50份、改性硅藻土60‑75份、引气减水剂10‑15份、硅烷改性聚醚树脂30‑40份、聚二甲基硅氧烷10‑15份和水120‑150份。本发明提供了一种低收缩、高保温的混凝土，且该混凝土具有优异的抗压强度、抗裂性能，并具有优异的耐老化、耐久性和阻燃性。

Description

一种低收缩保温混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，尤其涉及一种低收缩保温混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土由胶凝材料、颗粒状集料(也称为骨料)、水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点，是现代建筑工程领域应用极为广泛的基础材料。然而，混凝土在浇筑和养护过程中容易收缩开裂，特别是当混凝土具有水泥用量大、水胶比低等特点时，随之而来的水化放热量高、自收缩大，其收缩开裂比较严重，极大制约了混凝土的发展应用。因而，寻求有效的方法减小混凝土的收缩开裂问题，是混凝土领域一直关注和研究的重要课题。
普通混凝土具有较好的抗压性能，但其保温性能很差，普通混凝土的导热系数较高，导热系数达到1.8W/m·k左右，因此为使建筑满足人们和设备对室温的需求，外围结构都做内/外保温层等有效措施来减少室内外热交换，即建筑内/外围结构需要增设保温层，以达到保温的效果。传统的保温材料为有机保温材料，其制作时对环境污染严重，并且易燃、易老化、耐久性差，各地保温建筑工程屡屡发生火灾事故，有机保温材料在火灾时很快就会熔化，烟雾大、毒性大，很难扑救，危害严重。2009年9月20日公安部和住建部联合颁布公通字[2009]46号文《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》，对民用建筑墙体保温材料燃烧性能级别及防火构造提出了具体要求。根据规定，民用建筑的整体外墙必须采用A级不燃保温材料，市场迫切需要既节能、又具有阻燃等高性能的建筑围护结构材料、制品及其系统。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种低收缩、高保温的混凝土，且该混凝土具有优异的抗压强度、抗裂性能，并具有优异的耐老化、耐久性和阻燃性。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种低收缩保温混凝土，是由以下重量份数的原料组成：硅酸盐水泥250-350份、粗集料920-1100份、细集料750-820份、改性高炉矿渣粉100-150份、钢渣粉60-80份、片状岩棉35-50份、改性硅藻土60-75份、引气减水剂10-15份、硅烷改性聚醚树脂30-40份、聚二甲基硅氧烷10-15份和水120-150份。
进一步的，所述改性硅藻土的制备方法为：将硅藻土加入到1mol/L的硝酸溶液中，升温至80-90℃，搅拌30-60min，冷却至室温，抽滤，干燥，得预处理硅藻土；将预处理硅藻土中加入到水中混合均匀，升温至80-90℃，然后加入蒙脱石粉末、聚乙烯亚胺和甲基纤维素，搅拌1-2h，过滤，干燥，研磨，制得所述改性硅藻土。
进一步的，所述硅藻土与所述硝酸溶液的固液比例为150-180g/L；所述预处理硅藻土与所述水的质量比为1：1；所述预处理硅藻土与所述蒙脱石粉末的质量比为1:(0.08-0.1)；所述预处理硅藻土与所述聚乙烯亚胺的质量比为1：(0.12-0.15)；所述预处理硅藻土与所述甲基纤维素的质量比为1：(0.01-0.02)。
进一步的，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5级；所述粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；所述细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
进一步的，所述改性高炉矿渣粉的粒径小于0.5mm；所述钢渣粉的粒径小于0.5mm；所述改性硅藻土的粒径小于0.2mm。
进一步的，所述改性高炉矿渣粉的制备方法为：将高炉矿渣粉加入到适量的2mol/L的NaOH溶液中，升温至60℃，搅拌20-30min，冷却至室温，然后加入十六烷基丙基羟磺基甜菜碱和乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌1-2h，过滤，干燥，粉碎，获得所需的改性高炉矿渣粉。
进一步的，所述高炉矿渣粉与所述NaOH溶液的固液比例为200-250g/L，所述高炉矿渣粉与所述十六烷基丙基羟磺基甜菜碱的质量比为1：(0.1-0.3)，所述高炉矿渣粉与所述乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为1：(0.05-0.08)。
本发明还提供了一种低收缩保温混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按重量份数称取各原料组分；
(2)将硅酸盐水泥、改性高炉矿渣粉、钢渣粉加入到搅拌机中干拌3-5min，然后再加入粗集料和细集料混合均匀；
(3)将片状岩棉、改性硅藻土和1/3质量份数的水混合，搅拌2-4min，然后加入到1/2质量份数的引气减水剂、硅烷改性聚醚树脂、聚二甲基硅氧烷的混合物中，搅拌5-10min，得预混合物；
(4)将1/2质量份数的引气减水剂和2/3质量份数依次加入到步骤(2)制得的混合物中，搅拌3-5min，边缓慢搅拌边加入步骤(3)制得的预混合物，快速搅拌2-3min，即得所需的混凝土。
本发明取得了以下有益效果：
1、本发明采用高炉矿渣粉和钢渣粉的工业废渣作为原料，来替代混凝土中传统使用的无机粉料作为增强剂，使本发明仍能保证高的抗压强度，同时显著降低了生产成本，减少环境污染。本发明的高炉矿渣粉采用表面活性剂和交联剂进行改性，改善了高炉矿渣粉与本发明混凝土中其它组分间的相互作用力，使其能与其它组分更加的结合，从而提高了混凝土的抗压强度、耐化学腐蚀性和抗渗性，降低了混凝土的收缩率。
2、本发明通过加入片状岩棉和改性硅藻土，显著提高了混凝土的保温性能和阻燃性。片状岩棉是一种无机保温材料，其加入到混凝土中，不易燃烧，并提高了混凝土的耐久性；其还作为一种无机纤维，其添加到到混凝土中，在硅烷改性聚醚树脂和聚二甲基硅氧烷的作用下，与混凝土的其它组分有较好的结合力，可提高混凝土的抗压强度。本发明的硅藻土比表面积大，经过改性后，将硅藻土中杂质从孔隙中去除，增大了硅藻土的孔隙率，从而提高了混凝土的气孔率，使混凝土内产生的微小气泡能填充到孔隙中，进一步提高了混凝土的保温性；硅藻土中引入蒙脱石，改善了混凝土的流变性嫩个减少泌水和离析的现象，进一步提升混凝土的和易性，也改善了混凝土的收缩性能；硅藻土采用聚乙烯亚胺和甲基纤维素进行改性，改善了与混凝土其它组分间的结合力，减少了混凝土内部的孔隙率，使其内部更加致密，提高了混凝土的抗压强度。
3、本发明通过采用引气减水剂与混凝土中的其它组分相互作用，在混凝土内产生了均匀稳定并不易破坏的微小气泡，该微小气泡易填充到硅藻土等组分中的气孔中，进一步提高了混凝土的保温性。
4、本发明通过加入硅烷改性聚醚树脂，因使用硅烷对聚醚树脂进行改性，在保证其具有优异的粘结性同时，还显著提高了本发明混凝土的耐候性，提高了本发明各组分间的粘结力，从而提高了本发明的强度，降低了收缩开裂几率。
5、本发明通过水泥和改性高炉矿渣粉、钢渣粉、改性硅藻土、片状岩棉之间的复配，减少了混凝土自收缩，细化了孔结构，改善了混凝土的流动性，进一步提高了本发明的抗压强度。
6、本发明通过采用聚羧酸减水剂、改性硅藻土、硅烷改性聚醚树脂和聚二甲基硅氧烷，按照一定比例和配方进行配合，一方面用于改善混凝土的流变性能，可以减少泌水和离析的现象，进一步提升混凝土的和易性，降低混凝土的粘度；另一方面，也进一步改善混凝土收缩性能。
7、本发明采用适当粒径和比例的粗集料和细集料，有效降低了混凝土的自收缩，减少了混凝土内部的孔隙率，使其内部更加致密，进而减少了混凝土内部的裂缝，提高了混凝土的抗裂防渗性和抗压强度。
8、本发明的低收缩保温混凝土的制备方法简单，并具有良好的力学性能、耐候性、耐老化，易于维护和运输，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明采用的引气减水剂为陕西秦奋建材有限公司生产的Q8113AEWR；聚羧酸减水剂是由山东博克化学股份有限公司提供的；硅烷改性聚醚树脂采用的是日本旭硝子公司生产的型号为AGC S888E；片状岩棉是由石家庄托玛琳矿产品有限公司提供的；高炉矿渣是由灵寿县永顺矿产品加工厂提供的；钢渣粉是由河北岩创矿产品有限公司提供的。
实施例1
一种低收缩保温混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将25kg硅酸盐水泥、10kg改性高炉矿渣粉、6kg钢渣粉加入到搅拌机中干拌3min，再依次加入92kg粗集料和75kg细集料混合均匀，搅拌5min。
(2)将3.5kg片状岩棉、6kg改性硅藻土和4kg的水混合，搅拌4min，然后加入到0.5kg引气减水剂、3kg硅烷改性聚醚树脂、1kg聚二甲基硅氧烷的混合物中，搅拌10min，得预混合物。
(3)将0.5kg引气减水剂和8kg水依次加入到步骤(1)制得的混合物中，搅拌3min，边缓慢搅拌边加入步骤(2)制得的预混合物，快速搅拌2min，即得。
上述改性硅藻土的制备方法为：将硅藻土加入到1mol/L的硝酸溶液中，硅藻土与硝酸溶液的固液比例为180g/L，升温至80-90℃，搅拌30-60min，冷却至室温，抽滤，干燥，得预处理硅藻土；将10kg预处理硅藻土中加入到10kg水中混合均匀，升温至80-90℃，然后加入0.8kg蒙脱石粉末、1.2kg聚乙烯亚胺和0.2kg甲基纤维素，搅拌1-2h，过滤，干燥，研磨，即得。
上述改性高炉矿渣粉的制备方法为：将20kg高炉矿渣粉加入到100L的2mol/L的NaOH溶液中，升温至60℃，搅拌20min，冷却至室温，然后加入2kg十六烷基丙基羟磺基甜菜碱和1.6kg乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌1h，过滤，干燥，粉碎，即可。
本实施例中，硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5级；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
本实施例中，改性高炉矿渣粉的粒径小于0.5mm；钢渣粉的粒径小于0.5mm；改性硅藻土的粒径小于0.2mm。
实施例2
一种低收缩保温混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将35kg硅酸盐水泥、15kg改性高炉矿渣粉、8kg钢渣粉加入到搅拌机中干拌5min，再依次加入110kg粗集料和82kg细集料混合均匀，搅拌5min。
(2)将5kg片状岩棉、7.5kg改性硅藻土和5kg的水混合，搅拌2min，然后加入到0.75kg引气减水剂、4kg硅烷改性聚醚树脂、1.5kg聚二甲基硅氧烷的混合物中，搅拌5min，得预混合物。
(3)将0.75kg引气减水剂和10kg水依次加入到步骤(1)制得的混合物中，搅拌5min，边缓慢搅拌边加入步骤(2)制得的预混合物，快速搅拌3min，即得。
上述改性硅藻土的制备方法为：将硅藻土加入到1mol/L的硝酸溶液中，硅藻土与硝酸溶液的固液比例为150g/L，升温至80-90℃，搅拌30-60min，冷却至室温，抽滤，干燥，得预处理硅藻土；将10kg预处理硅藻土中加入到10kg水中混合均匀，升温至80-90℃，然后加入1kg蒙脱石粉末、1.5kg聚乙烯亚胺和0.1kg甲基纤维素，搅拌1-2h，过滤，干燥，研磨，即得。
上述改性高炉矿渣粉的制备方法为：将25kg高炉矿渣粉加入到100L的2mol/L的NaOH溶液中，升温至60℃，搅拌20min，冷却至室温，然后加入7.5kg十六烷基丙基羟磺基甜菜碱和1.25kg乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌1h，过滤，干燥，粉碎，即可。
本实施例中，硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5级；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
本实施例中，改性高炉矿渣粉的粒径小于0.5mm；钢渣粉的粒径小于0.5mm；改性硅藻土的粒径小于0.2mm。
实施例3
一种低收缩保温混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将30kg硅酸盐水泥、15kg改性高炉矿渣粉、8kg钢渣粉加入到搅拌机中干拌5min，再依次加入100kg粗集料和76kg细集料混合均匀，搅拌5min。
(2)将4.2kg片状岩棉、6.5kg改性硅藻土和5kg的水混合，搅拌2min，然后加入到0.5kg引气减水剂、3.5kg硅烷改性聚醚树脂、1.2kg聚二甲基硅氧烷的混合物中，搅拌10min，得预混合物。
(3)将0.5kg引气减水剂和10kg水依次加入到步骤(1)制得的混合物中，搅拌5min，边缓慢搅拌边加入步骤(2)制得的预混合物，快速搅拌3min，即得。
上述改性硅藻土的制备方法为：将硅藻土加入到1mol/L的硝酸溶液中，硅藻土与硝酸溶液的固液比例为160g/L，升温至80-90℃，搅拌30-60min，冷却至室温，抽滤，干燥，得预处理硅藻土；将10kg预处理硅藻土中加入到10kg水中混合均匀，升温至80-90℃，然后加入0.9kg蒙脱石粉末、1.3kg聚乙烯亚胺和0.15kg甲基纤维素，搅拌1-2h，过滤，干燥，研磨，即得。
上述改性高炉矿渣粉的制备方法为：将20kg高炉矿渣粉加入到100L的2mol/L的NaOH溶液中，升温至60℃，搅拌20min，冷却至室温，然后加入4kg十六烷基丙基羟磺基甜菜碱和1.4kg乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌2h，过滤，干燥，粉碎，即可。
本实施例中，硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5级；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
本实施例中，改性高炉矿渣粉的粒径小于0.5mm；钢渣粉的粒径小于0.5mm；改性硅藻土的粒径小于0.2mm。
实施例4
一种低收缩保温混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将26.5kg硅酸盐水泥、12kg改性高炉矿渣粉、7kg钢渣粉加入到搅拌机中干拌5min，再依次加入95kg粗集料和80kg细集料混合均匀，搅拌5min。
(2)将4kg片状岩棉、7kg改性硅藻土和5kg的水混合，搅拌4min，然后加入到0.75kg引气减水剂、4kg硅烷改性聚醚树脂、1.5kg聚二甲基硅氧烷的混合物中，搅拌10min，得预混合物。
(3)将0.75kg引气减水剂和10kg水依次加入到步骤(1)制得的混合物中，搅拌5min，边缓慢搅拌边加入步骤(2)制得的预混合物，快速搅拌3min，即得。
上述改性硅藻土和改性高炉矿渣粉的制备方法均相同，具体参照实施例3。
本实施例中，硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5级；粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
本实施例中，改性高炉矿渣粉的粒径小于0.5mm；钢渣粉的粒径小于0.5mm；改性硅藻土的粒径小于0.2mm。
对比例1
本对比例1的混凝土的原料组分、配比和制备方法与实施例4中相同，不同的是，本对比例1中未加入改性硅藻土。
对比例2
本对比例2的混凝土的原料组分、配比和制备方法与实施例4中相同，不同的是，本对比例2中未加入改性硅藻土和片状岩棉。
对比例3
本对比例3的混凝土的原料组分、配比和制备方法与实施例4中相同，不同的是，本对比例3中未加入硅烷改性聚醚树脂。
对比例4
本对比例4的混凝土的原料组分、配比和制备方法与实施例4中相同，不同的是，本对比例4中高炉矿渣粉未进行改性。
根据实施例1-4和对比例1-4制得的混凝土，测试其抗压强度、导热系数、收缩率30d、耐酸性30d(5％盐酸)、耐碱性30d(5％氢氧化钠溶液)、耐硫酸盐30d(5％硫酸钠)等，检测结果见下表1。
表1混凝土的各项性能检测结果
Figure BDA0003278521110000101
从表1的检测结果看出，本发明中加入改性硅藻土和片状岩棉后，降低了导热系数，则显著提高了混凝土的保温性能，提高混凝土的抗压强度；本发明加入硅烷改性聚醚树脂和改性硅藻土后，显著降低了混凝土的收缩率，并有优异的耐候性，延长了本发明的使用寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低收缩保温混凝土，其特征在于，是由以下重量份数的原料组成：硅酸盐水泥250-350份、粗集料920-1100份、细集料750-820份、改性高炉矿渣粉100-150份、钢渣粉60-80份、片状岩棉35-50份、改性硅藻土60-75份、引气减水剂10-15份、硅烷改性聚醚树脂30-40份、聚二甲基硅氧烷10-15份和水120-150份。
2.根据权利要求1所述的低收缩保温混凝土，其特征在于，所述改性硅藻土的制备方法为：将硅藻土加入到1mol/L的硝酸溶液中，升温至80-90℃，搅拌30-60min，冷却至室温，抽滤，干燥，得预处理硅藻土；将预处理硅藻土中加入到水中混合均匀，升温至80-90℃，然后加入蒙脱石粉末、聚乙烯亚胺和甲基纤维素，搅拌1-2h，过滤，干燥，研磨，制得所述改性硅藻土。
3.根据权利要求2所述的低收缩保温混凝土，其特征在于，所述硅藻土与所述硝酸溶液的固液比例为150-180g/L；所述预处理硅藻土与所述水的质量比为1：1；所述预处理硅藻土与所述蒙脱石粉末的质量比为1:(0.08-0.1)；所述预处理硅藻土与所述聚乙烯亚胺的质量比为1：(0.12-0.15)；所述预处理硅藻土与所述甲基纤维素的质量比为1：(0.01-0.02)。
4.根据权利要求1所述的低收缩保温混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5级；所述粗集料为10～20mm的连续级玄武岩碎石；所述细集料为再生砂，其细度模数为2.3～2.7。
5.根据权利要求1所述的低收缩保温混凝土，其特征在于，所述改性高炉矿渣粉的粒径小于0.5mm；所述钢渣粉的粒径小于0.5mm；所述改性硅藻土的粒径小于0.2mm。
6.根据权利要求1所述的低收缩保温混凝土，其特征在于，所述改性高炉矿渣粉的制备方法为：将高炉矿渣粉加入到适量的2mol/L的NaOH溶液中，升温至60℃，搅拌20-30min，冷却至室温，然后加入十六烷基丙基羟磺基甜菜碱和乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌1-2h，过滤，干燥，粉碎，获得所需的改性高炉矿渣粉。
7.根据权利要求6所述的低收缩保温混凝土，其特征在于，所述高炉矿渣粉与所述NaOH溶液的固液比例为200-250g/L，所述高炉矿渣粉与所述十六烷基丙基羟磺基甜菜碱的质量比为1：(0.1-0.3)，所述高炉矿渣粉与所述乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为1：(0.05-0.08)。
8.如权利要求1-7所述任一项的低收缩保温混凝土的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)按重量份数称取各原料组分；
(2)将硅酸盐水泥、改性高炉矿渣粉、钢渣粉加入到搅拌机中干拌3-5min，然后再加入粗集料和细集料混合均匀；
(3)将片状岩棉、改性硅藻土和1/3质量份数的水混合，搅拌2-4min，然后加入到1/2质量份数的引气减水剂、硅烷改性聚醚树脂、聚二甲基硅氧烷的混合物中，搅拌5-10min，得预混合物；
(4)将1/2质量份数的引气减水剂和2/3质量份数依次加入到步骤(2)制得的混合物中，搅拌3-5min，边缓慢搅拌边加入步骤(3)制得的预混合物，快速搅拌2-3min，即得所需的混凝土。
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