CN114988814B - 一种抗紫外线轻骨料混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗紫外线轻骨料混凝土及其制备方法。单方混凝土组分及用量为：水泥340～410kg、粉煤灰60～90kg、火山渣砂300～390kg、废弃塑料瓶纤维10～30kg、废弃玻璃颗粒20～40kg、稻壳灰50～90kg、碎石形页岩陶粒400～450kg、氧化钙膨胀剂8～12kg、高吸水树脂1.2～3kg、抗紫外线助剂1～1.8kg、生物基减水剂7～13kg、水180～200kg；其中抗紫外线助剂和减水剂事先混合。该混凝土抗紫外线强，结构密实，收缩小，有效减缓了紫外线照射时的碳化速度，保证了抗折强度和收缩率，同时采用稻壳灰、废弃塑料瓶、废弃玻璃等工业废渣，绿色环保低碳，推广使用价值高。

Description

一种抗紫外线轻骨料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，具体涉及一种抗紫外线轻骨料混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土构建物长期暴露在强紫外线环境下，强紫外线对混凝土有加速劣化的作用。紫外线能加深混凝土的水化反应，同时也降低钢筋混凝土的抗弯承载力，对混凝土构建物的耐久性产生不利作用。
轻骨料混凝土质量轻，保温隔热良好，抗震性能优良，模板压力小及无碱骨料反应等特征受到广泛应用，但是其脆性特征明显，抗拉强度较低，收缩开裂明显。若轻骨料混凝土长期暴露在紫外线下，会加速混凝土的碳化，降低混凝土抗折强度，其收缩、开裂情况显著，对混凝土构建物结构不利，严重影响轻骨料混凝土应用于强紫外线地区。强紫外线地区主要存在于高原与近海环境，普遍采用将混凝土结构强度拔高的方式提高其抗紫外线能力，加大胶凝材料用量，不利于成本管控，碳排放量增高，对环境有严重影响。
因此，寻找一种简单低成本的方法提高轻骨料混凝土抗紫外线能力是当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗紫外线轻骨料混凝土及其制备方法，该混凝土抗紫外线能力显著，并可利用紫外线能量保障混凝土强度正常发展，具有抗紫外线强，结构密实，收缩小的特点；有效减缓了紫外线照射时的碳化速度，保证了混凝土的抗折强度和收缩率，同时较多的采用稻壳灰、废弃塑料瓶、废弃玻璃等工业废渣，绿色环保低碳，具有极高的推广使用价值。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
提供一种抗紫外线的轻骨料混凝土，单方混凝土组分及用量为：水泥340～410kg、粉煤灰60～90kg、火山渣砂300～390kg、废弃塑料瓶纤维10～30kg、废弃玻璃颗粒20～40kg、稻壳灰50～90kg、碎石形页岩陶粒400～450kg、氧化钙膨胀剂8～12kg、高吸水树脂1.2～3kg、抗紫外线助剂1～1.8kg、生物基减水剂7～13kg、水180～200kg；其中抗紫外线助剂和生物基减水剂事先进行混合。
按上述方案，所述水泥为P.O 42.5水泥；所述粉煤灰为二级粉煤灰。
按上述方案，所述生物基减水剂和抗紫外线助剂，通过施加磁场并在35～50℃温度下进行混合。
按上述方案，所述稻壳灰粒径为5μm～30μm。通过生物质能厂用流化床设备经过普通锅炉在500-800℃下连续性燃烧2-3h制得，SiO2含量大于85％，烧失量小于6％，比表面积50～100m2/g。选择小粒径的稻壳灰有利于提高稻壳灰的反应速率，加强对抗紫外线助剂的吸附，提高抗紫外线助剂的分散性。
按上述方案，所述高吸水树脂吸水倍率为600-800，优选为聚丙烯酸钠交联共聚物。高吸水树脂具有超强的吸水性能，安全无毒，吸水后常温下可自然挥发。
按上述方案，所述抗紫外线助剂为二苯甲酮类有机硅型化合物与受阻胺类光稳定剂质量比为1：0.7～1：1.5的混合物，使用轻微抖动进行分散，能吸收紫外线，具有良好的光稳定性。
优选地，二苯甲酮类有机硅型化合物为UV-9、UV-531、Chimasorb 125、Mark LA51；受阻胺类光稳定剂为通用型苯丙三氮唑光稳定剂、Tinuvin 622、Chimassorb119、IV-628。
按上述方案，所述碎石形页岩陶粒表观密度1750～1790kg/m3，堆积密度为710～750kg/m3。
按上述方案，所述火山渣砂的表观密度1820～1870kg/m3，细度模数为1.8～3.6。
按上述方案，所述的减水剂是生物基减水剂，由玉米化工醇釜残物为主要原料，具有较好的复合效果，减水效率达20％以上。
按上述方案，所述的废旧塑料瓶纤维为将废旧塑料瓶去掉瓶口，剩下部分剪切制成长10～30mm、宽1～3mm的纤维。纤维有利于提供混凝土整体的粘结性能，提高抗折强度。
按上述方案，所述的废弃玻璃颗粒粒径为1mm～25mm。选择小粒径的玻璃颗粒，可以提高混凝土拌合物的流动性。
提供一种上述抗紫外线的轻骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1)将废旧塑料瓶纤维和粉煤灰混合均匀；
2)将水泥、稻壳灰、废弃玻璃颗粒、氧化钙膨胀剂和高吸水树脂混合均匀；
3)将所述步骤1)的混合物料与步骤2)的混合物料经过再次混合均匀，得到拌合物；
4)将抗紫外线助剂与减水剂混合后放置在温度为35～50℃的恒温塑料水槽中，水槽两侧放置两块强力磁铁，机械搅拌0.5～2min；
5)向步骤3)所得到的拌合物中加入总量为1/2～3/5的水与步骤4)制得液体，一起搅拌0.5～1min，再匀速加入饱水后碎石型页岩陶粒、火山渣砂以及剩余水搅拌均匀，搅拌2min～4min即得。
本发明提供一种抗紫外线的轻骨料混凝土，具体机理为：生物基减水剂和抗紫外线助剂事先进行混合，两者相互结合，有效避免了抗紫外线助剂的团聚，有利于其分散性；同时配合高吸水树脂与稻壳灰，对生物基减水剂和抗紫外线助剂进行吸附，进一步提高了生物基减水剂和抗紫外线助剂的分散性能，从而提升了抗紫外助剂在混凝土中的抗紫外线能力。此外，废旧塑料瓶得到的纤维和玻璃颗粒本身也具有一定的抗紫外能力，同时纤维能提高混凝土整体的粘结能力，对混凝土抗折强度有一定提高；小粒径的玻璃颗粒，可以提高混凝土拌合物的流动性；但是废旧塑料瓶得到的纤维和玻璃颗粒与混凝土中的胶凝材料粘结性能较差。抗紫外线助剂、纤维和玻璃颗粒协同提高了混凝土的整体抗紫外线能力，并在对紫外线进行吸收和分解时，释放的能量可以加速混凝土的水化反应，胶凝材料的水化反应与氧化钙膨胀剂的反应能填充纤维、玻璃颗粒与混凝土胶凝材料之间的孔隙，提高了纤维和玻璃颗粒与胶凝材料的接触面积，提高其粘结性能，增加了混凝土整体的密实性；再配合水泥、粉煤灰、火山渣砂、碎石形页岩陶粒、氧化钙膨胀剂，所得混凝土抗紫外线能力显著增强，加速混凝土的水化效率，改善混凝土内部孔隙，提高了混凝土的表观质量、力学性能和耐久性能。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供一种抗紫外线的轻骨料混凝土，生物基减水剂和抗紫外线助剂事先混合再配合高吸水树脂与稻壳灰，有效提高了抗紫外线助剂的分散性，再协同废旧塑料瓶得到的纤维和玻璃颗粒，所得混凝土抗紫外线能力显著增强；同时对紫外线进行吸收和分解时，释放的能量可以加速混凝土的水化反应，胶凝材料的水化反应与氧化钙膨胀剂的反应能填充纤维、玻璃颗粒与混凝土胶凝材料之间的孔隙，增加了混凝土整体的密实性，再配合水泥、粉煤灰、火山渣砂、碎石形页岩陶粒，提高了混凝土的表观质量、力学性能和耐久性能；该混凝土具有抗紫外线强，结构密实，收缩小的特点。
2.本发明采用较多稻壳灰、废弃塑料瓶、废弃玻璃，实现了工业废渣的大量应用，有利于环境保护，符合绿色环保低碳的生活理念，利用紫外线能量保障混凝土强度正常发展，具有极高的推广使用价值。
3.本发明提供了一种抗紫外线轻骨料混凝土的制备方法，先将粉料与纤维和玻璃颗粒分别混合搅拌，再一起混合，提高了粉料与纤维和玻璃颗粒的分散效果；生物基减水剂与抗紫外线助剂通过施加磁场并在一定温度下混合，促进两者的结合，有利于抗紫外线助剂的分散性；经过前者的原材料分散后，再添加生物基减水剂与抗紫外线助剂能有效加快与粉料之间的结合反应和抗紫外线助剂的匀质性，提高浆体材料各部分对紫外线的抵抗能力，最后辅以骨料，使骨料与前者能分散均匀，且对骨料的包裹效果更佳，提高轻骨料混凝土整体的抗紫外线性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中，各组分的指标如下：
水泥，选用P.O 42.5水泥，密度为3.08g/cm3，3d抗压强度30.7MPa，28d强度58.4MPa，初凝时间190min，终凝时间260min。
粉煤灰，为二级粉煤灰，细度(45μm)19％，烧失量1.7％，28d活性指数78％。
火山渣砂，细度模数为2.8，MB值为0.7，表观密度为1843kg/m3。
废旧塑料瓶为将废旧塑料瓶去掉瓶口，剩下部分剪切制成长10～30mm、宽1～3mm的纤维。
废弃玻璃颗粒粒径为1mm～25mm。
稻壳灰粒度为5μm～30μm，SiO2含量大于85％，烧失量小于6％，比表面积50～100m2/g。
碎石形页岩陶粒表观密度1750～1790kg/m3，堆积密度为710～750kg/m3。
高吸水树脂为聚丙烯酸钠交联共聚物，吸水倍率为680。
抗紫外线助剂为二苯甲酮类有机硅型化合物与受阻胺类光稳定剂质量比为1：0.9的混合物。其中二苯甲酮类有机硅型化合物为UV-531，所用的受阻胺类光稳定剂为天津利安隆新材料股汾有限公司生产的通用型苯丙三氮唑光稳定剂。
减水剂为生物基减水剂，由玉米化工醇釜残物为主要原料，具有较好的复合效果，减水效率达20％以上。
实施例1
一种抗紫外线轻骨料混凝土，单方抗紫外线轻骨料混凝土用量为：水泥360kg、粉煤灰75kg、火山渣砂360kg、废弃塑料瓶纤维20kg、废弃玻璃颗粒20kg、稻壳灰75kg、碎石形页岩陶粒400kg、氧化钙膨胀剂9kg、高吸水树脂1.5kg、抗紫外线助剂1.5kg、减水剂11kg，水190kg。
上述抗紫外线轻骨料混凝土的制备方法如下：
(1)将废旧塑料瓶纤维和粉煤灰混合均匀。
(2)将水泥、稻壳灰、废弃玻璃颗粒、氧化钙膨胀剂和高吸水树脂混合均匀。
(3)将所述步骤(1)的混合物料与步骤(2)的混合物料经过再次混合均匀，得到拌合物。
(4)将抗紫外线助剂与减水剂倒入烧杯内，并将烧杯放置在温度为40℃的恒温塑料水槽中，水槽两侧放置两块强力磁铁，通过机械搅拌的方式，对烧杯内的液体搅拌，搅拌时长为1.5min。
(5)向所述步骤(3)所得到的拌合物加入总量3/5的水与步骤(4)制得液体一起搅拌0.75min，再加入碎石型页岩陶粒、火山渣砂以及剩余水搅拌均匀，搅拌3min即得。
实施例2
一种抗紫外线轻骨料混凝土，单方抗紫外线轻骨料混凝土用量为：水泥380kg、粉煤灰60kg、火山渣砂390kg、废弃塑料瓶纤维30kg、废弃玻璃30kg、稻壳灰80kg、碎石形页岩陶粒420kg、氧化钙膨胀剂10kg、高吸水树脂1.9kg、抗紫外线助剂1.1kg、减水剂13kg，水185kg。
本实施例的制备抗紫外线轻骨料混凝土方法与实施例1的制备方法相同。
对比例
对比例1：水泥360kg、粉煤灰75kg、火山渣砂360kg、废弃塑料瓶纤维20kg、废弃玻璃25kg、碎石形页岩陶粒400kg、氧化钙膨胀剂9kg、减水剂12kg，水185kg。
对比例2：水泥360kg、粉煤灰75kg、火山渣砂360kg、稻壳灰60kg、碎石形页岩陶粒400kg、氧化钙膨胀剂9kg、高吸水树脂1.5kg、抗紫外线助剂1kg、减水剂13kg，水190kg。
对实施例1-2、对比例1-2所制得的混凝土放入环境为20±2℃，养护湿度为95％，紫外线强度为20W/m2的环境下养护28d，同时将实施例1-2所制得的混凝土试件放入环境为20±2℃，养护湿度为95％环境下养护28d，此为对比例3-4，再进行性能测试，测试方法参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003722719990000051
Figure BDA0003722719990000061
结合上述试验数据可以看出，本发明提供的抗紫外线的轻骨料混凝土可以有效降低强紫外线对混凝土强度的影响，且通过使用生物类减水剂、抗紫外线助剂、高吸水树脂、稻壳灰、废弃塑料瓶纤维、废弃玻璃等，可以增强混凝土的抗紫外线能力，进而加速混凝土的水化效率，改善混凝土内部孔隙，从而提高混凝土的表观质量、力学性能和耐久性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种抗紫外线轻骨料混凝土，其特征在于，单方混凝土组分及用量为：水泥340～410kg、粉煤灰60～90kg、火山渣砂300～390kg、废弃塑料瓶纤维10～30kg、废弃玻璃颗粒20～40kg、稻壳灰50～90kg、碎石形页岩陶粒400～450kg、氧化钙膨胀剂8～12kg、高吸水树脂1.2～3kg、抗紫外线助剂1～1.8kg、生物基减水剂7～13kg、水180～200kg；其中抗紫外线助剂和生物基减水剂事先进行混合。
2.根据权利要求1所述的抗紫外线轻骨料混凝土，其特征在于，所述生物基减水剂和抗紫外线助剂，通过施加磁场并在35～50℃温度下进行混合。
3.根据权利要求1所述的抗紫外线轻骨料混凝土，其特征在于，所述稻壳灰粒径为5～30μm。
4.根据权利要求1所述的抗紫外线轻骨料混凝土，其特征在于，所述高吸水树脂吸水倍率为600-800。
5.根据权利要求1所述的抗紫外线轻骨料混凝土，其特征在于，所述抗紫外线助剂为二苯甲酮类有机硅型化合物与受阻胺类光稳定剂质量比为1：0.7～1：1.5的混合物。
6.根据权利要求5所述的抗紫外线轻骨料混凝土，其特征在于，二苯甲酮类有机硅型化合物为UV-9、UV-531、Chimasorb 125或Mark LA51；受阻胺类光稳定剂为通用型苯丙三氮唑光稳定剂、Tinuvin 622、Chimassorb119或IV-628。
7.根据权利要求1所述的抗紫外线轻骨料混凝土，其特征在于，所述碎石形页岩陶粒表观密度1750～1790kg/m3，堆积密度为710～750kg/m3；所述火山渣砂的表观密度1820～1870kg/m3，细度模数为1.8～3.6。
8.根据权利要求1所述的抗紫外线轻骨料混凝土，其特征在于，所述生物基减水剂，由玉米化工醇釜残物为主要原料，减水效率达20％以上。
9.根据权利要求1所述的抗紫外线轻骨料混凝土，其特征在于，所述废旧塑料瓶纤维为将废旧塑料瓶去掉瓶口，剩下部分剪切制成长10～30mm、宽1～3mm的纤维；所述的废弃玻璃颗粒粒径为1～25mm。
10.一种权利要求1-9任一项所述的抗紫外线轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将废旧塑料瓶纤维和粉煤灰混合均匀；
2)将水泥、稻壳灰、废弃玻璃颗粒、氧化钙膨胀剂和高吸水树脂混合均匀；
3)将所述步骤1)的混合物料与步骤2)的混合物料经过再次混合均匀，得到拌合物；
4)将抗紫外线助剂与减水剂混合后放置在温度为35～50℃的恒温塑料水槽中，水槽两侧放置两块强力磁铁，机械搅拌0.5～2min；
5)向步骤3)所得到的拌合物中加入总量为1/2～3/5的水与步骤4)制得液体，一起搅拌0.5～1min，再匀速加入饱水后碎石型页岩陶粒、火山渣砂以及剩余水搅拌均匀，搅拌2min～4min即得抗紫外线轻骨料混凝土。
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