CN114044693B - 一种陶粒混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土的技术领域，具体公开了一种陶粒混凝土及其制备方法，该陶粒混凝土由包括以下重量份的原料制得：300‑400份水泥、250‑350份改性陶粒、10‑20份外加剂、800‑1000份细骨料、150‑250份水、80‑120份钠质膨润土和80‑120份纤维，改性陶粒为天然陶粒先经过负载纳米氧化镁后再经过树脂、硅微粉、硅烷偶联剂和造孔剂的混合液包覆烘干改性得到；其制备方法包括以下步骤：将改性陶粒在水中浸泡，吸水饱和，将饱和改性陶粒和外加剂混合搅拌，加入水，搅拌，加入水泥、细骨料、钠质膨润土和纤维，混合搅拌，制得陶粒混凝土。本申请具有强度高、且提高内养护效果从而降低混凝土干燥收缩问题。

Description

一种陶粒混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种陶粒混凝土及其制备方法。
背景技术
由于建筑行业的迅速发展，对混凝土有了许多新的要求。由陶粒所制成的轻混凝土容重小，既可做保温材料，也可用于承重结构，应用领域广泛。此外，由于陶粒具有一定的吸水性，在混凝土中加入一定量的饱和陶粒，可以从混凝土内部释放水分对混凝土养护，可以有效降低混凝土内部干燥导致的自收缩，防止混凝土发生裂缝，是目前高性能混凝土的研究发展热点之一。
但是我国陶粒生产基本以高温烧结工艺为主，陶粒表面玻璃化，毛细孔较少，因为吸水率较低，作为内养护载体预储水量偏低，内养护效果不明显，在干燥的施工环境中，由于水分蒸发速率加快，内养护效果受到严重影响，尤其是高强混凝土干燥收缩较大，陶粒混凝土的吸水率较低依然会限制高强轻混凝土的应用。
发明内容
为了得到强度高、且提高内养护效果从而降低混凝土干燥收缩问题，本申请提供一种陶粒混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种陶粒混凝土采用如下的技术方案：
一种陶粒混凝土，由包括以下重量份的原料制得：
300-400份水泥、250-350份改性陶粒、10-20份外加剂、800-1000份细骨料、150-250份水、80-120份钠质膨润土和80-120份纤维，所述改性陶粒为天然陶粒先经过负载纳米氧化镁后再经过树脂、硅微粉、硅烷偶联剂和造孔剂的混合液包覆烘干改性得到。
通过采用上述技术方案，本申请中钠质膨润土的添加可以提高混凝土的吸水性能，从而可以有效抑制混凝土的收缩，纤维的添加可以提升混凝土的强度。陶粒具有一定的吸水性能，本申请中将陶粒先负载有纳米氧化镁，从而可以对陶粒的孔洞处进行一定的填充，然后再在树脂、硅微粉、硅烷偶联剂以及造孔剂的混合液中进行处理，分散在混合液中的硅微粉既可以填充在陶粒的空穴处，而且还有一部分附着在包覆后的树脂膜上，树脂包覆在负载有纳米氧化镁和填充有部分硅微粉的陶粒表面。
造孔剂的添加实现最终包裹层的造孔，硅烷偶联剂的添加一方面增强陶瓷、硅微粉和树脂组合物之间的结合，另一方面，硅烷偶联剂的添加也可以起到一定的分散作用，使得最终陶粒表面成孔更加均匀。
包覆后的改性陶粒空穴处负载有纳米氧化镁，还填充有部分硅微粉，树脂组合物少部分也会填充在陶粒空穴处，而且还实现最终包覆，防止硅微粉和纳米氧化镁的脱落，而造孔剂的添加使得树脂组合物上形成均匀细小的孔洞，方便陶粒的蓄水储水性能，起到抑制收缩的作用。
最终制得的陶粒不仅大大提高混凝土的压强，而且经过改性处理，可以大大提升陶粒的吸水性能以及持久性能，对于高强混凝土的抗收缩效果更优。最终制得的混凝土具有高强度、且混凝土的干燥收缩得到有效改善，从而更加有利于混凝土抗裂性能提升，提高混凝土的耐久性能，而且本申请中天然陶粒经过上述负载包覆改性后，还解决了陶粒混凝土由于轻质导致上浮的问题。
可选的，所述改性陶粒由以下方法制得：
负载纳米氧化镁；
包覆材料制备：以混合液为基准：将10-20重量份树脂、35-50重量份硅微粉、6-10重量份硅烷偶联剂和5-8重量份造孔剂混合搅拌，得到混合液；
包覆改性：将负载有纳米氧化镁的天然陶粒浸泡于混合液中，然后烘干得到改性陶粒。
通过采用上述技术方案，选用上述配比的混合液原料时，尤其对于硅微粉和造孔剂添加比例的控制，最终得到改性陶粒用于混凝土的强度和吸水性能更优异。
可选的，所述负载纳米氧化镁的具体操作为：将天然陶粒浸泡于乙酸镁溶液中，然后烘干，在300-400℃下加热，得到负载有纳米氧化镁的天然陶粒。
通过采用上述技术方案，将天然陶粒浸泡于乙酸镁溶液后再在高温加热条件下乙酸镁分解形成纳米氧化镁，纳米氧化镁填充与多孔物质之间，而且乙酸镁水溶液呈弱酸性，天然陶粒内部空穴呈封闭型，弱酸性的乙酸镁水溶液对于陶粒内部具有一定的连通效果，从而对于陶粒最终吸水性能的改性效果更优。
可选的，所述天然陶粒进行负载纳米氧化镁之前先经过干法球磨，球磨时间为10-20min。
通过采用上述技术方案，天然陶粒经过干法球磨，一方面对于球状外形的天然陶粒进行物理改性，增加天然陶粒表面粗糙度，更加有利于后续树脂组合物对于陶粒的包覆，另外一方面，对于天然陶粒表壳造成一定的破坏，更加有利于纳米氧化镁的负载和微硅粉的填充，对强度和抗收缩性能更优。
可选的，所述树脂包括质量比为1:( 0.5-0.8)的环氧树脂与乙烯基树脂。
通过采用上述技术方案，硅微粉具有较大的表面活性，硅微粉在界面上与环氧树脂形成分子键合，更加有利于硅微粉与包覆层之间的结合强度，陶粒孔穴内填充的硅微粉以及附着在表面的硅微粉均可以起到良好的蓄水和放水效果，对于混凝土收缩改善效果更好。
可选的，所述天然陶粒选用粘土陶粒或页岩陶粒。
通过采用上述技术方案，选用上述天然陶粒的吸水性能更为优异。
可选的，所述纤维选用质量比为1：（2-3）的木质素纤维和钢纤维。
通过采用上述技术方案，选用上述两种纤维素的时候，最终制得混凝土的强度和抗收缩性能综合更优。
可选的，所述外加剂选用聚羧酸减水剂或萘系减水剂。
可选的，所述细骨料选用机制砂。
可选的，所述机制砂选用质量比为1：（2-3）的细砂和中砂。
第二方面，本申请提供一种陶粒混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将改性陶粒在水中浸泡，吸水饱和后，将饱和改性陶粒和外加剂混合搅拌，加入水，搅拌，然后加入水泥、细骨料、钠质膨润土和纤维，混合搅拌，制得陶粒混凝土。
通过采用上述技术方案，制备方法简单方便，易于实现产业化。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请中改性陶粒、钠质膨润土和纤维的添加，最终制得的混凝土具有高强度、且混凝土的干燥收缩得到有效改善，从而更加有利于混凝土抗裂性能提升，提高混凝土的耐久性能；
2、本申请中改性陶粒的空穴处负载有纳米氧化镁，还填充有部分硅微粉，树脂组合物少部分也会填充在陶粒空穴处，而且还实现最终包覆，而造孔剂的添加使得树脂组合物上形成均匀细小的孔洞，方便陶粒的蓄水储水性能，起到抑制收缩的作用，得到改性陶粒不仅大大提高混凝土的压强，而且经过改性处理，可以大大提升陶粒的吸水性能以及持久性能；
3、本申请中将天然陶粒浸泡于乙酸镁溶液后再在高温加热条件下乙酸镁分解形成纳米氧化镁，纳米氧化镁填充与多孔物质之间，而且乙酸镁水溶液呈弱酸性，天然陶粒内部空穴呈封闭型，弱酸性的乙酸镁水溶液对于陶粒内部具有一定的连通效果，从而对于陶粒最终吸水性能的改性效果更优；
4、本申请中天然陶粒经过干法球磨，一方面对于球状外形的天然陶粒进行物理改性，增加天然陶粒表面粗糙度，更加有利于后续树脂组合物对于陶粒的包覆，另外一方面，对于天然陶粒表壳造成一定的破坏，更加有利于纳米氧化镁的负载和微硅粉的填充，对强度和抗收缩性能更优。
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，予以特别说明的是：以下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，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
以下实施例中水泥选用强度等级32.5的粉煤灰硅酸盐水泥；
机制砂为花岗石母岩经机械破碎后得到的细数模度为1 .7-2 .1的细砂和细数模度为2 .2-2 .6的中砂；
硅烷偶联剂选用KH-550、KH-560或KH-570；
环氧树脂选用双酚A型环氧树脂E44；
乙烯基树脂选用油性乙烯基树脂；
造孔剂选用碳酸氢铵或碳酸铵，在包覆后烘干步骤中，受热分解，其所占空间形成孔洞，而且其分解产生气体又会进一步形成孔洞。
钢纤维为铣削形钢纤维，直径为0.25-0.3mm，长度为20mm-25mm，密度为7.8﹡103kg/m3。
粘土陶粒的堆积密度为298kg/m3，筒压强度2.1Mpa。
以下制备例为改性陶粒的制备例
制备例1
一种改性陶粒的制备方法，包括以下步骤：
负载纳米氧化镁：称取天然陶粒质量30%的乙酸镁溶解于水中，乙酸镁的质量和水的体积比为1g:15ml，然后将天然陶粒浸泡于乙酸镁溶液中，然后烘干，在350℃下加热1h，得到负载有纳米氧化镁的天然陶粒；
包覆材料制备：取15kg树脂、40kg硅微粉、8kg硅烷偶联剂和6kg造孔剂混合搅拌，得到混合液；
包覆改性：将负载有纳米氧化镁的天然陶粒浸泡于混合液中，混合液没过负载有纳米氧化镁的天然陶粒，然后在55℃下烘干，得到改性陶粒。
其中，天然陶粒选用粘土陶粒，硅烷偶联剂选用HK-560，造孔剂选用碳酸氢铵，树脂选用质量比为1：0.6的环氧树脂和乙烯基树脂的混合物。
制备例2
一种改性陶粒的制备方法，包括以下步骤：
负载纳米氧化镁：称取天然陶粒质量20%的乙酸镁溶解于水中，乙酸镁的质量和水的体积比为1g:12ml，然后将天然陶粒浸泡于乙酸镁溶液中，然后烘干，在300℃下加热1.5h，得到负载有纳米氧化镁的天然陶粒；
包覆材料制备：取10kg树脂、35kg硅微粉、6kg硅烷偶联剂和5kg造孔剂混合搅拌，得到混合液；
包覆改性：将负载有纳米氧化镁的天然陶粒浸泡于混合液中，混合液没过负载有纳米氧化镁的天然陶粒，然后在50℃下烘干，得到改性陶粒。
其中，天然陶粒选用粘土陶粒，硅烷偶联剂选用HK-550，造孔剂选用碳酸铵，树脂选用质量比为1：0.5的环氧树脂和乙烯基树脂的混合物。
制备例3
一种改性陶粒的制备方法，包括以下步骤：
负载纳米氧化镁：称取天然陶粒质量35%的乙酸镁溶解于水中，乙酸镁的质量和水的体积比为1g:18ml，然后将天然陶粒浸泡于乙酸镁溶液中，然后烘干，在400℃下加热80min，得到负载有纳米氧化镁的天然陶粒；
包覆材料制备：取20kg树脂、50kg硅微粉、10kg硅烷偶联剂和8kg造孔剂混合搅拌，得到混合液；
包覆改性：将负载有纳米氧化镁的天然陶粒浸泡于混合液中，混合液没过负载有纳米氧化镁的天然陶粒，然后在65℃下烘干，得到改性陶粒。
其中，天然陶粒选用页岩陶粒，硅烷偶联剂选用HK-570，造孔剂选用碳酸氢铵，树脂选用质量比为1：0.8的环氧树脂和乙烯基树脂的混合物。
制备例4
一种改性陶粒的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，在天然陶粒负载纳米氧化镁步骤前还进行了干法球磨，球磨时间为15min。
制备例5
一种改性陶粒的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，在天然陶粒负载纳米氧化镁步骤前还进行了干法球磨，球磨时间为10min。
制备例6
一种改性陶粒的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，在天然陶粒负载纳米氧化镁步骤前还进行了干法球磨，球磨时间为20min。
制备例7
一种改性陶粒的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，树脂选用环氧树脂。
制备例8
一种改性陶粒的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，树脂选用乙烯基树脂。
制备例9
一种改性陶粒的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，天然陶粒选用粉煤灰陶粒。
对比制备例1
一种改性陶粒的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，未进行负载纳米氧化镁步骤，直接进行包覆材料制备和包覆改性步骤。
对比制备例2
一种改性陶粒的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，包覆材料步骤中未添加硅烷偶联剂。
对比制备例3
一种改性陶粒的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，包覆材料步骤中未添加造孔剂。
对比制备例4
一种改性陶粒的制备方法，按照制备例1中的方法进行，不同之处在于，包覆材料制备步骤中，硅微粉等量替换为钠质膨润土。
实施例
实施例1
一种陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
取300kg制备例1中制得的改性陶粒在水中浸泡12h，吸水饱和后，将饱和改性陶粒和15kg外加剂混合搅拌，加入200kg水，搅拌，然后加入350kg水泥、900kg细骨料、100kg钠质膨润土和100kg纤维，混合搅拌，制得陶粒混凝土；
其中，外加剂选用聚羧酸减水剂，细骨料选用质量比为1:2的细砂和中砂；纤维选用质量比为1:2.5的木质素纤维和钢纤维。
实施例2
一种陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
取250kg制备例2中制得的改性陶粒在水中浸泡10h，吸水饱和后，将饱和改性陶粒和10kg外加剂混合搅拌，加入150kg水，搅拌，然后加入300kg水泥、800kg细骨料、80kg钠质膨润土和80kg纤维，混合搅拌，制得陶粒混凝土；
其中，外加剂选用聚羧酸减水剂，细骨料选用质量比为1:3的细砂和中砂；纤维选用质量比为1:2的木质素纤维和钢纤维。
实施例3
一种陶粒混凝土的制备方法，包括以下步骤：
取350kg制备例3中制得的改性陶粒在水中浸泡15h，吸水饱和后，将饱和改性陶粒和20kg外加剂混合搅拌，加入250kg水，搅拌，然后加入400kg水泥、1000kg细骨料、120kg钠质膨润土和120kg纤维，混合搅拌，制得陶粒混凝土；
其中，外加剂选用聚羧酸减水剂，细骨料选用质量比为1:3的细砂和中砂；纤维选用质量比为1:3的木质素纤维和钢纤维。
实施例4
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，细骨料选用细砂。
实施例5
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，细骨料选用中砂。
实施例6
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，纤维选用木质素纤维。
实施例7
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，纤维选用钢纤维。
实施例8
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，纤维选用质量比为1:2的木质素纤维和聚丙烯纤维。
实施例9-14
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，改性陶粒选用制备例4-9中方法得到的改性陶粒。
对比例
对比例1
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，改性陶粒等量替换为粘土陶粒。
对比例2
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，原料中纤维等量替换为改性陶粒。
对比例3
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，钠质膨润土等量替换为改性陶粒。
对比例4-6
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，改性陶粒分别选用对比制备例1-3中制备得到的改性陶粒。
对比例7
一种陶粒混凝土的制备方法，按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，改性陶粒选用对比制备例4中制备得到的改性陶粒，且与水泥共同添加的钠质膨润土等量替换为硅微粉。
性能检测
对上述实施例和对比例中制得的陶粒混凝土进行28d抗压强度和28d收缩率比以及内外温差的检测，实施例的检测结果如下表1所示，对比例的检测结果如下表2所示。
表1：
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
28d抗压强度/MPa 36.8 36.4 36.5 34.2 34.8 35.4 35.9
28d收缩率比/% 123 122 122 124 124 125 126
内外温差/℃
检测项目 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13 实施例14
28d抗压强度/MPa 35.2 37.8 38.2 37.9 34.5 35.1 35.7
28d收缩率比/% 126 120 121 120 126 124 125
表2：
检测项目 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6 对比例7
28d抗压强度/MPa 27.4 28.7 33.4 25.6 29.5 35.7 30.8
28d收缩率比/% 138 135 136 130 133 137 131
由上表1可以看出，采用本申请方案制得的陶粒混凝土的抗压强度可以达到30Mpa以上，提高陶粒混凝土的抗压强度，而且其28d收缩率比小于130%，改善混凝土的抗收缩性能，从而可以对收缩引起开裂进行有效改善。
参照实施例1与4-5的检测结果，可以看出，本申请中细骨料选用细砂和中砂两者复配的时候，可能由于混凝土的级配更优，最终得到的混凝土强度优于任意采用一种的混凝土强度；再结合实施例1与实施例6和7的检测结果，可以看出，混凝土原料中纤维选用木质素纤维和钢纤维两者复配的时候，得到混凝土的强度更优，同时抗收缩性能更优，再结合实施例8的检测结果，可以看出，木质素纤维与钢纤维复配的强度和抗收缩性能也优于木质素纤维与其他纤维复配性能；
再参照实施例1与实施例9-11的检测结果，可以看出，制备改性陶粒的时候，在天然陶粒负载纳米氧化镁步骤之前进行干法球磨，不仅大大提高其抗压强度，而且还大大提升了抗收缩性能，可能是由于对天然陶粒表面进行处理，更加有利于负载纳米氧化镁和硅微粉，也更加有助于树脂包覆，最终混凝土性能更优；再参照实施例1与实施例12和13的检测结果，可以看出，树脂选用环氧树脂和乙烯基树脂的时候 ，最终混凝土的强度和抗收缩性能更优，可能跟环氧树脂和乙烯基树脂在硅烷偶联剂的作用下与陶粒和微硅粉等原料作用有关。结合实施例14的检测结果，可以看出，天然陶粒选用粘土陶粒的时候其性能更优。
参照实施例1与对比例1的检测结果，可以看出，原料中添加改性陶粒相较于直接添加天然陶粒，其得到混凝土的抗压强度和抗收缩性能得到显著改善，再结合对比例2和3的检测结果，可以看出，原料中的纤维或钠质膨润土等量替换为改性陶粒的时候，混凝土的抗压强度有所降低，抗收缩性能也有所降低；再参照对比例4中的检测结果，可以看出，改性陶粒未负载纳米氧化镁的时候，混凝土的抗压强度显著降低，抗收缩性能也有所降低；结合对比例5的检测结果，可以看出，改性陶粒时未添加硅烷偶联剂的时候，其抗压强度较低，抗收缩性能稍有所降低，参照对比例6的检测结果，可以看出，改性陶粒时未添加造孔剂的时候，其抗收缩性能显著降低，再参照对比例7的检测结果，可以看出，改性陶粒填充钠质膨润土，而搅拌时添加硅微粉的时候，其抗压强度和抗收缩性能较低。采用本申请中方案制得的混凝土的强度和抗收缩综合性能更优。
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 (9)

1.一种陶粒混凝土，其特征在于，由包括以下重量份的原料制得：
300-400份水泥、250-350份改性陶粒、10-20份外加剂、800-1000份细骨料、150-250份水、80-120份钠质膨润土和80-120份纤维，所述改性陶粒由以下方法制得：
负载纳米氧化镁；
包覆材料制备：以混合液为基准：将10-20重量份树脂、35-50重量份硅微粉、6-10重量份硅烷偶联剂和5-8重量份造孔剂混合搅拌，得到混合液；
包覆改性：将负载有纳米氧化镁的天然陶粒浸泡于混合液中，然后烘干得到改性陶粒。
2.根据权利要求1所述的一种陶粒混凝土，其特征在于：所述负载纳米氧化镁的具体操作为：将天然陶粒浸泡于乙酸镁溶液中，然后烘干，在300-400℃ 下加热，得到负载有纳米氧化镁的天然陶粒。
3.根据权利要求1所述的一种陶粒混凝土，其特征在于：所述天然陶粒进行负载纳米氧化镁之前先经过干法球磨，球磨时间为10-20min。
4.根据权利要求1所述的一种陶粒混凝土，其特征在于：所述树脂包括质量比为1:(0.5-0.8)的环氧树脂与乙烯基树脂。
5.根据权利要求1所述的一种陶粒混凝土，其特征在于：所述天然陶粒选用粘土陶粒或页岩陶粒。
6.根据权利要求1所述的一种陶粒混凝土，其特征在于：所述纤维选用质量比为1：（2-3）的木质素纤维和钢纤维。
7.根据权利要求1所述的一种陶粒混凝土，其特征在于：所述外加剂选用聚羧酸减水剂或萘系减水剂；所述细骨料选用机制砂。
8.根据权利要求7所述的一种陶粒混凝土，其特征在于：所述机制砂选用质量比为1：（2-3）的细砂和中砂。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的陶粒混凝土，其特征在于：包括以下步骤：
将改性陶粒在水中浸泡，吸水饱和后，将饱和改性陶粒和外加剂混合搅拌，加入水，搅拌，然后加入水泥、细骨料、钠质膨润土和纤维，混合搅拌，制得陶粒混凝土。
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