CN114477903A - 一种城轨隔振轻质混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及混凝土领域，具体公开了一种城轨隔振轻质混凝土及其制备方法，一种城轨隔振轻质混凝土，其包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥、聚苯乙烯磁性微球、聚氨酯泡沫颗粒、三乙醇胺、石英砂、粉煤灰、聚羧酸减水剂、发泡剂、水。本申请的城轨隔振轻质混凝土弹性模量在9‑29GPa，坍落度为19‑30cm，具有较低的弹性模量和较高的流动性和和易性；另外，本申请的城轨隔振轻质混凝土的导热系数、干密度、强度等级和抗折强度最优分别为0.084 w/m•k、612 kg/m3、LC55和5.9 MPa，在具有较高力学性能的情况下，提高了城轨隔振轻质混凝土的隔振效果。

Description

一种城轨隔振轻质混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种城轨隔振轻质混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，人们发现城市轨道交通在解决交通拥堵，推动城市发展的同时，也带来了振动和噪音污染。为了改善城市轨道交通带来的振动和噪音污染问题，通常在道床上浇筑轻质混凝土以达到隔振减振的效果。
轻质混凝土又名泡沫混凝土，是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，进行现浇施工或模具成型的轻质材料。轻质混凝土内部存在有大量封闭气孔，对冲击载荷具有一定的吸收和分散的隔振作用。
相关技术中，城轨隔振轻质混凝土是以水泥为主要原料，加入丁腈橡胶颗粒、石子、砂以及缓凝剂做辅助原料拌合而成。然后将得到的轻质混凝土浇筑在道床上，以达到城轨隔振的目的，但其隔振效果较差。
发明内容
为了提高城轨隔振轻质混凝土的隔振效果，本申请提供了一种城轨隔振轻质混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种城轨隔振轻质混凝土，其采用如下技术方案：
一种城轨隔振轻质混凝土，其包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥200-300份、聚苯乙烯磁性微球6-10份、聚氨酯泡沫颗粒5-7份、三乙醇胺3-5份、石英砂100-150份、粉煤灰60-80份、聚羧酸减水剂1-3份、发泡剂0.02-0.04份、水15-30份。
通过采用上述技术方案，普通硅酸盐水泥在轻质混凝土中具有凝胶作用，可提高轻质混凝土后期强度，具有强度高、耐磨性好、抗碳化性好的特性。加入聚苯乙烯磁性微球，其质地较轻，可填充混凝土内部的小型缝隙内，同时具有膨胀作用，可降低混凝土发生形变，提高城轨隔振轻质混凝土的隔振效果。聚氨酯泡沫颗粒的质地轻，且和水泥、石英砂、粉煤灰的波阻抗差较大，可进一步提高轻质混凝土吸能隔振的效果。
三乙醇胺的接触角较小，可有效地降低聚苯乙烯磁性微球表面的亲水接触角来提高界面粘结强度，从而提高聚苯乙烯磁性微球在轻质混凝土原料中的分散性。
石英砂的质地坚硬、耐磨、化学性质稳定，可降低水胶比，提高水灰比，提高普通硅酸盐水泥的水化度，增加普通硅酸盐水泥的密实度，进而提高轻质混凝土的强度，同时使轻质混凝土具有很强的抗酸性介质浸蚀能力。
粉煤灰作为填充料加入，可填充轻质混凝土中的微小气孔，增加轻质混凝土的坍落度，延长轻质混凝土的使用寿命；另外，粉煤灰中含有大量中空微珠，其密度低于水泥，能够降低浆液与轻质颗粒之间的密度差异，从而对轻质混凝土拌合物中的分层问题有所改善。粉煤灰替代水泥，可以增加浆液的体积以更好地包裹轻质颗粒并更有效率地填充浆液与颗粒间的空隙，从而改善混凝土的均匀性。
聚羧酸减水剂可以在轻质混凝土和易性和水泥用量不变的情况下，减少用水量，提高轻质混凝土强度，有效减少轻质混凝土坍落度的损失，提高混凝土的流动性；同时，还可延长轻质混凝土凝结固化的时间，更有利于施工。
发泡剂的加入，可降低液体表面张力，产生大量均匀而稳定的泡沫，使轻质混凝土达到轻质多孔的效果，从而提高轻质混凝土城轨隔振的效果。
作为优选：一种城轨隔振轻质混凝土，其包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥240-280份、聚苯乙烯磁性微球7-9份、聚氨酯泡沫颗粒5.5-6.5份、三乙醇胺3.5-4.5份、石英砂120-140份、粉煤灰65-75份、聚羧酸减水剂1.5-2.5份、发泡剂0.025-0.035份、水19-26份。
进一步的，以重量份为计，聚苯乙烯磁性微球可选用7份、7-8份、8份、8-9份、9份；聚氨酯泡沫颗粒可选用5.5份、5.5-6份、6份、6-6.5份、6.5份；三乙醇胺可选用3.5份、3.5-4份、4份、4-4.5份、4.5份。
作为优选：所述聚苯乙烯磁性微球与三乙醇胺的重量份配比为1：(2-2.5)。
通过采用上述技术方案，调节聚苯乙烯磁性微球与三乙醇胺的重量份配比，可进一步提高聚苯乙烯磁性微球在原料体系中的分散性，从而使聚苯乙烯磁性微球的隔振作用增强，进一步提高轻质混凝土的隔振效果。
作为优选：所述城轨隔振轻质混凝土还包括如下重量份原料：硫酸钙晶须1-3份。
通过采用上述技术方案，将硫酸钙晶须作为填充料加入，具有较高的强度、弹性模量和增韧效果，可进一步提高轻质混凝土的城轨隔振的效果；另外硫酸钙晶须可降低轻质混凝土原料的流动性，提高聚氨酯泡沫颗粒在原料中的分散性。
作为优选：所述硫酸钙晶须与聚氨酯泡沫颗粒的重量份配比为1：(2-6)。
通过采用上述技术方案，调节硫酸钙晶须与聚氨酯泡沫颗粒的重量份配比，可提高聚氨酯泡沫颗粒在原料中的强度和分散性，从而提高聚氨酯泡沫颗粒与硫酸钙晶须在原料中隔振的效果。
作为优选：所述城轨隔振轻质混凝土还包括如下重量份原料：三萜皂苷1-3份、阳离子纤维素醚0.06-1份。
通过采用上述技术方案，三萜皂苷作为引气剂加入，能够提升轻质混凝土的强度，这是由于引入少量微小气泡提高了轻质混凝土拌合物的工作性，可缓解拌合物泌水等问题，使得轻质颗粒在轻质混凝土内分散得更加均匀，强度进一步提升。阳离子纤维素醚与三萜皂苷配合使用，阳离子纤维素醚进入三萜皂苷孔隙内后会优先释放，发挥增稠效果，能够增强气泡的稳定性。
作为优选：所述阳离子纤维素醚与三萜皂苷的重量份配比为1：(2-4)。
通过采用上述技术方案，调节阳离子纤维素醚与三萜皂苷的重量份配比，可进一步提高轻质混凝土中气泡的稳定性，从而提高轻质混凝土的城轨隔振效果。
第二方面，本申请提供一种城轨隔振轻质混凝土的制备方法，具体通过以下技术方案得以实现：
一种城轨隔振轻质混凝土的制备方法，其包括以下操作步骤：
将聚苯乙烯磁性微球、三乙醇胺和聚氨酯泡沫颗粒加入水中混炼，得到混合物A；
将普通硅酸盐水泥、葡萄糖酸钠、石英砂、粉煤灰、聚羧酸减水剂、混合物A和其余原料混合，搅拌均匀，即得城轨隔振轻质混凝土。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
(1)本申请通过调控城轨隔振轻质混凝土的各原料种类和掺量，使轻质混凝土的弹性模量为27GPa，坍落度、导热系数、干密度和抗折强度分别为22cm、0.065w/m·k、701kg/m3和4.9MPa，在提高轻质混凝土基础力学性能的情况下，提高了轻质混凝土的隔振效果。
(2)本申请通过控制城轨隔振轻质混凝土原料中聚苯乙烯磁性微球与三乙醇胺的重量份配比，使城轨隔振轻质混凝土的弹性模量为25GPa，坍落度、导热系数、干密度、强度等级和抗折强度分别为23cm、0.069w/m·k、687kg/m3、LC40和5.1MPa，提高轻质混凝土的隔振效果。
(3)本申请通过在城轨隔振轻质混凝土原料中加入硫酸钙晶须，并控制硫酸钙晶须和聚氨酯泡沫颗粒的重量份配比，使城轨隔振轻质混凝土的弹性模量为22GPa，坍落度、导热系数、干密度、强度等级和抗折强度分别为26cm、0.074w/m·k、665kg/m3、LC45和5.4MPa，进一步提高了轻质混凝土的隔振效果。
(4)本申请通过在城轨隔振轻质混凝土原料中加入阳离子纤维素醚与三萜皂苷，并控制二者重量份配比，使城轨隔振轻质混凝土的弹性模量为20GPa，坍落度、导热系数、干密度、强度等级和抗折强度分别为29cm、0.078w/m·k、642kg/m3、LC50和5.7MPa，具有较低的弹性模量以及较优的力学性能。
(5)本申请通过在城轨隔振轻质混凝土原料中添加阳离子纤维素醚和三萜皂苷的基础上，加入硫酸钙晶须，使城轨隔振轻质混凝土的弹性模量为19GPa，坍落度、导热系数、干密度、强度等级和抗折强度分别为30cm、0.084w/m·k、612kg/m3、LC55和5.9MPa。进一步降低了轻质混凝土的弹性模量，从而提高轻质混凝土的隔振性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中的如下各原料均为市售产品，均为使本申请的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用。具体为：普通硅酸盐水泥选自湖南鑫鼎力新材料科技有限公司，抗压强度为42.5MPa；聚苯乙烯磁性微球选自苏州凯发新材料科技有限公司，粒径为0.1-0.5μm；石英砂，粒径为80-120目；聚氨酯泡沫颗粒选自东莞市横沥信展包装制品厂；粉煤灰选自灵寿县盛运矿产品加工厂，粒径为325mm；聚羧酸减水剂选自山东金奥化工有限公司，有效物质含量为80％；发泡剂选自沈阳天雀建材有限公司，发气量为180；硫酸钙晶须，粒径为5μm；三萜皂苷选自山东力昂新材料科技有限公司，型号为LA63525；阳离子纤维素醚选自广西南宁苏园建筑材料有限公司。
实施例1
实施例1的城轨隔振轻质混凝土通过如下操作步骤而得：
按照表1的掺量，将聚苯乙烯磁性微球、三乙醇胺和聚氨酯泡沫颗粒加入水中混炼，得到混合物A；
将普通硅酸盐水泥、石英砂、粉煤灰、聚羧酸减水剂、混合物A和发泡剂混合，搅拌均匀，即得城轨隔振轻质混凝土。
实施例2-5
实施例2-5的城轨隔振轻质混凝土与实施例1的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表1所示。
表1实施例1-5城轨隔振轻质混凝土的各原料掺量(单位：kg)
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
普通硅酸盐水泥 200 240 260 280 300
聚苯乙烯磁性微球 8 8 8 8 8
聚氨酯泡沫颗粒 6 6 6 6 6
三乙醇胺 4 4 4 4 4
石英砂 100 120 130 140 150
粉煤灰 60 65 70 75 80
聚羧酸减水剂 1 1.5 2 2.5 3
发泡剂 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
水 15 19 23 26 30
实施例6-9
实施例6-9的城轨隔振轻质混凝土与实施例1的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表2所示。
表2实施例6-9城轨隔振轻质混凝土的各原料掺量(单位：kg)
原料 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9
普通硅酸盐水泥 260 260 260 260
聚苯乙烯磁性微球 6 6.9 10 8.5
聚氨酯泡沫颗粒 6 6 6 6
三乙醇胺 3 3 4 5
石英砂 130 130 130 130
粉煤灰 70 70 70 70
聚羧酸减水剂 2 2 2 2
发泡剂 0.03 0.03 0.03 0.03
水 23 23 23 23
实施例10
实施例10的城轨隔振轻质混凝土通过如下操作步骤而得：
按照表3的掺量，将聚苯乙烯磁性微球、三乙醇胺和聚氨酯泡沫颗粒、碳酸钙晶须加入水中混炼，得到混合物A；
将普通硅酸盐水泥、石英砂、粉煤灰、聚羧酸减水剂、混合物A和发泡剂混合，搅拌均匀，即得城轨隔振轻质混凝土。
实施例11-13
实施例11-13的城轨隔振轻质混凝土与实施例10的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表3所示。
表3实施例10-13城轨隔振轻质混凝土的各原料掺量(单位：kg)
原料 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13
普通硅酸盐水泥 260 260 260 260
聚苯乙烯磁性微球 6.9 6.9 6.9 6.9
聚氨酯泡沫颗粒 5 7 6 5.4
三乙醇胺 3 3 3 3
石英砂 130 130 130 130
粉煤灰 70 70 70 70
聚羧酸减水剂 2 2 2 2
发泡剂 0.03 0.03 0.03 0.03
水 23 23 23 23
硫酸钙晶须 2.5 1.75 1 3
实施例14
实施例14的城轨隔振轻质混凝土通过如下操作步骤而得：
按照表4的掺量，将聚苯乙烯磁性微球、三乙醇胺和聚氨酯泡沫颗粒、碳酸钙晶须加入水中混炼，得到混合物A；
将普通硅酸盐水泥、石英砂、粉煤灰、聚羧酸减水剂、混合物A、三萜皂苷、阳离子纤维素醚和发泡剂混合，搅拌均匀，即得城轨隔振轻质混凝土。
实施例15-17
实施例15-17的城轨隔振轻质混凝土与实施例14的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表4所示。
表4实施例14-17城轨隔振轻质混凝土的各原料掺量(单位：kg)
原料 实施例14 实施例15 实施例16 实施例17
普通硅酸盐水泥 260 260 260 260
聚苯乙烯磁性微球 6.9 6.9 6.9 6.9
聚氨酯泡沫颗粒 7 7 7 7
三乙醇胺 3 3 3 3
石英砂 130 130 130 130
粉煤灰 70 70 70 70
聚羧酸减水剂 2 2 2 2
发泡剂 0.03 0.03 0.03 0.03
水 23 23 23 23
三萜皂苷 1.2 2.1 3 1
阳离子纤维素醚 0.6 0.7 0.75 1
实施例18
实施例18的城轨隔振轻质混凝土与实施例15的制备方法及原料种类完全相同，区别在于，加入1.75kg硫酸钙晶须和7kg聚氨酯泡沫颗粒，其余原料掺量与实施例15相同。
对比例1
对比例1的城轨隔振轻质混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：轻质混凝土中未添加聚苯乙烯磁性微球，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例2
对比例2的城轨隔振轻质混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：轻质混凝土中未添加三乙醇胺，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例3
对比例3的城轨隔振轻质混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：轻质混凝土中未添加聚氨酯泡沫颗粒，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例4
对比例4的城轨隔振轻质混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：将轻质混凝土中聚苯乙烯磁性微球替换为聚苯乙烯泡沫颗粒，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例5
对比例5的城轨隔振轻质混凝土与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：将轻质混凝土中三乙醇胺替换为二叔丁基过氧化物，其余原料及掺量与实施例1相同。
性能检测
采用如下检测标准或方法分别对不同的实施例1-18和对比例1-5进行性能检测，检测结果详见表5。
弹性模量：采用GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定弹性模量。
坍落度：采用GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测定轻质混凝土的坍落度。
导热系数：采用JG/T 266-2011《泡沫混凝土》检测城轨隔振轻质混凝土的导热系数。
干密度、强度等级：采用JG/T 266-2011《泡沫混凝土》检测城轨隔振轻质混凝土的干密度和强度等级。
抗折强度：采用GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定轻质混凝土的抗折强度。
表5不同城轨隔振轻质混凝土的性能检测结果
Figure BDA0003499532830000071
Figure BDA0003499532830000081
由表5的检测结果表明，本申请中得到的城轨隔振轻质混凝土的弹性模量为19-29GPa，具有较低的弹性模量；同时，坍落度为19-30cm，轻质混凝土具有较高的流动性和和易性；另外，本申请的城轨隔振轻质混凝土的导热系数、干密度、强度等级和抗折强度最优分别为0.084w/m·k、612kg/m3、LC55和5.9MPa，在具有较高力学性能的情况下，提高了城轨隔振轻质混凝土的隔振效果。
实施例1-5中，实施例3城轨隔振轻质混凝土的弹性模量为27GPa，均低于实施例1-2和实施例4-5的轻质混凝土；另外，实施例3城轨隔振轻质混凝土的坍落度、导热系数、干密度和抗折强度分别为22cm、0.065w/m·k、701kg/m3和4.9MPa，均优于实施例1-2和实施例4-5轻质混凝土，表明实施例3的轻质混凝土原料中普通硅酸盐水泥、石英砂、粉煤灰、聚羧酸减水剂和发泡剂的重量份较为合适，在提高轻质混凝土基础力学性能的情况下，提高了轻质混凝土的隔振效果。
实施例6-9中，实施例7城轨隔振轻质混凝土的弹性模量为25GPa，均低于实施例6和实施例8-9的轻质混凝土；另外，实施例7城轨隔振轻质混凝土的坍落度、导热系数、干密度、强度等级和抗折强度分别为23cm、0.069w/m·k、687kg/m3、LC40和5.1MPa，均优于实施例6和实施例8-9轻质混凝土，表明当轻质混凝土原料中聚苯乙烯磁性微球与三乙醇胺的重量份配比为1:2.3较为合适，在提高轻质混凝土基础力学性能的情况下，提高了轻质混凝土的隔振效果。这可能与三乙醇胺的接触角较小，可有效地降低聚苯乙烯磁性微球表面的亲水接触角来提高界面粘结强度，从而提高聚苯乙烯磁性微球在轻质混凝土原料中的分散性有关。
实施例10-13中，实施例11城轨隔振轻质混凝土的弹性模量为22GPa，均低于实施例10和实施例12-13的轻质混凝土；另外，实施例11城轨隔振轻质混凝土的坍落度、导热系数、干密度、强度等级和抗折强度分别为26cm、0.074w/m·k、665kg/m3、LC45和5.4MPa，均优于实施例10和实施例12-13轻质混凝土，表明当轻质混凝土原料中硫酸钙晶须与聚氨酯泡沫颗粒的重量份配比为1:3.5较为合适，在提高轻质混凝土基础力学性能的情况下，提高了轻质混凝土的隔振效果。这可能与硫酸钙晶须可降低轻质混凝土原料的流动性，提高聚氨酯泡沫颗粒在原料中的分散性有关。
实施例14-17中，实施例15城轨隔振轻质混凝土的弹性模量为20GPa，均低于实施例14和实施例16-17的轻质混凝土；另外，实施例15城轨隔振轻质混凝土的坍落度、导热系数、干密度、强度等级和抗折强度分别为29cm、0.078w/m·k、642kg/m3、LC50和5.7MPa，均优于实施例14和实施例16-17轻质混凝土，表明当轻质混凝土原料中阳离子纤维素醚与三萜皂苷的重量份配比为1:3较为合适，在提高轻质混凝土基础力学性能的情况下，提高了轻质混凝土的隔振效果。这可能与阳离子纤维素醚与三萜皂苷配合使用，阳离子纤维素醚进入三萜皂苷孔隙内后会优先释放，发挥增稠效果，能够增强气泡的稳定性有关。
结合实施例14-17和实施例18中，实施例18城轨隔振轻质混凝土的弹性模量为19GPa，均低于实施例14-17的轻质混凝土；另外，实施例18城轨隔振轻质混凝土的坍落度、导热系数、干密度、强度等级和抗折强度分别为30cm、0.084w/m·k、612kg/m3、LC55和5.9MPa，均优于实施例14-17轻质混凝土，表明在轻质混凝土原料中加入阳离子纤维素醚与三萜皂苷的基础上，添加硫酸钙晶须，可进一步提高轻质混凝土基础力学性能的情况下，提高了轻质混凝土的隔振效果。
结合对比例1-5和实施例1的城轨隔振轻质混凝土性能检测数据发现，在城轨隔振轻质混凝土原料中加入聚苯乙烯磁性微球、三乙醇胺和聚氨酯泡沫颗粒，均不同程度的提高了城轨隔振轻质混凝土的隔振效果。
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 (8)

1.一种城轨隔振轻质混凝土，其特征在于，其包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥200-300份、聚苯乙烯磁性微球6-10份、聚氨酯泡沫颗粒5-7份、三乙醇胺3-5份、石英砂100-150份、粉煤灰60-80份、聚羧酸减水剂1-3份、发泡剂0.02-0.04份、水15-30份。
2.根据权利要求1所述的城轨隔振轻质混凝土，其特征在于，其包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥240-280份、聚苯乙烯磁性微球7-9份、聚氨酯泡沫颗粒5.5-6.5份、三乙醇胺3.5-4.5份、石英砂120-140份、粉煤灰65-75份、聚羧酸减水剂1.5-2.5份、发泡剂0.025-0.035份、水19-26份。
3.根据权利要求1所述的城轨隔振轻质混凝土，其特征在于：所述聚苯乙烯磁性微球与三乙醇胺的重量份配比为1：（2-2.5）。
4.根据权利要求1所述的城轨隔振轻质混凝土，其特征在于，所述城轨隔振轻质混凝土还包括如下重量份原料：硫酸钙晶须1-3份。
5.根据权利要求4所述的城轨隔振轻质混凝土，其特征在于：所述硫酸钙晶须与聚氨酯泡沫颗粒的重量份配比为1：（2-6）。
6.根据权利要求1所述的城轨隔振轻质混凝土，其特征在于，所述城轨隔振轻质混凝土还包括如下重量份原料：三萜皂苷1-3份、阳离子纤维素醚0.6-1份。
7.根据权利要求6所述的城轨隔振轻质混凝土，其特征在于：所述阳离子纤维素醚与三萜皂苷的重量份配比为1：（2-4）。
8.一种权利要求1-7任一所述城轨隔振轻质混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
将聚苯乙烯磁性微球、三乙醇胺和聚氨酯泡沫颗粒加入水中混炼，得到混合物A；
将普通硅酸盐水泥、葡萄糖酸钠、石英砂、粉煤灰、聚羧酸减水剂、混合物A和其余原料混合，搅拌均匀，即得城轨隔振轻质混凝土。
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