CN115140979B - 一种改性彩色uhpc混合料、装饰板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性彩色UHPC混合料、装饰板及其制备方法，所述改性彩色UHPC混合料，包括彩色UHPC混合料，还包括聚合物乳液，所述聚合物乳液的质量为改性彩色UHPC混合料总质量的1％‑4％。所述彩色UHPC混合料包括以下原料：白水泥、掺合料、白色石英砂、白色超细石英粉、金属氧化物色粉、增强材料、聚羧酸减水剂、聚合物乳液、消泡剂。本发明能提高色粉的稳定性和展色性的同时，材料韧性增加，抗变形能力以及抗折强度有较大提升，适合用于制备装饰板。
Description
技术领域
本发明涉及UHPC混合料领域，特别是一种改性彩色UHPC混合料、装饰板及其制备方法。
背景技术
普通彩色混凝土因混凝土强度低、孔隙率高且色粉分散不均匀，导致普通彩色混凝土装饰构件呈现自重大、色差明显、后期返碱等耐久性问题，严重影响了装饰构件的质量。
公开号为CN111039623A的中国专利申请公开了一种水性仿石材复合防滑路面及其制作方法，每平方米的所述防滑路面由如下成分组成：水泥2.000-2.500kg；高活性掺合料0.250-0.350kg；石英砂6.500-7.500kg；减水剂0.015-0.020kg；消泡剂0.006-0.008kg；着色剂0.080-0.110kg；水性聚合物乳液1.450-1.750kg；水性密封剂0.180-0.220kg；将上述成分按比例组合，经特定工艺薄层摊铺嵌砂，待硬化后用水性密封材料罩面，并通过云石机制作假缝，达到特定地砖、墙砖或釉面砖等仿石铺贴纹理。该发明的水性仿石材复合防滑路面适用于公交专用道、自行车道、人行天桥、人行道、公园绿道等场合的路面彩色铺装。该专利是通过高掺量的聚合物乳液(粉料总量的14％以上)来提高水性仿石材路面的防滑特性，高掺量的聚合物乳液不仅会增加UHPC体系的粘度，影响到UHPC的施工性，还会提高材料的成本，降低混凝土的耐久性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种改性彩色UHPC混合料及其制备方法，提高色粉的稳定性和展色性的同时，材料柔韧性和抗折强度有较大提升，适合用于制备装饰板。
本发明还提供了一种改性彩色UHPC混合料制成的装饰板。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种改性彩色UHPC混合料，包括彩色UHPC混合料，还包括聚合物乳液，所述聚合物乳液的质量为改性彩色UHPC混合料总质量的1％-4％；
所述聚合物乳液的乳液固含量≥50％，tg值＜10；
所述改性彩色UHPC混合料包括以下重量份的原料：
进一步优选地，所述聚合物乳液的质量为改性彩色UHPC混合料总质量的1％-3％。
本发明提供一种适合用于制备装饰板的改性彩色UHPC混合料，其中所述聚合物乳液的质量为改性彩色UHPC混合料总质量的1％-4％，在该配比下，聚合物乳液提高色粉的稳定性和展色性的同时，材料韧性增加，抗变形能力以及抗折强度有较大提升。当聚合物乳液的添加量高于4％时，材料由刚性向着柔性过渡，即变形越明显，进而影响了材料的体积稳定性和耐老化性。
聚合物乳液tg值概念：玻璃态和高弹态之间的转变温度称之为玻璃化温度(Tg)。
乳液的tg值小于-10℃时，称之为软单体，tg值＞40℃为硬单体，一般认为tg值越低乳液的柔性越好，tg值＜10意味着所选用乳液为柔性乳液。柔性乳液更有助增强刚性UHPC材料的柔韧性。
在本发明的一个优选的实施例中，所述聚合物乳液为纯丙乳液、苯丙乳液和丁苯乳液中的一种或多种。纯丙乳液、苯丙乳液和丁苯乳液为常用的建材乳液。
在本发明的一个优选的实施例中，所述白色石英砂分别为26-40目、40-70目、70-140目连续级配的石英砂，且质量比为3-5:2-4:2-4。根据最紧密堆积原理，采用不同粒径的材料搭配使用，使得粒径之间的空隙相互填充，达到颗粒间孔隙率最低的堆积状态。
在本发明的一个优选的实施例中，所述白色石英砂中SiO2含量大于97％。SiO2含量越高，做成的板材的抗压强度和抗折强度越高。
在本发明的一个优选的实施例中，所述白色超细石英粉为1000-1400目，且SiO2含量大于97％。
在本发明的一个优选的实施例中，所述金属氧化物色粉为氧化铁红、氧化铁蓝、氧化铁黄和氧化铁黑中的一种或者几种。金属氧化物色粉更稳定，成本更低，来源广泛，耐久耐候性好。
本发明还公开了一种所述的改性彩色UHPC混合料制成的装饰板，所述装饰板的抗压强度为110-120MPa，抗折强度为20-30MPa，吸水率为0.3％-0.6％。
本发明还公开了一种所述的改性彩色UHPC混合料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份加入金属氧化物色粉、白水泥、掺合料、白色超细石英粉进行干拌，搅拌均匀，使金属氧化物色粉对白水泥、掺合料和白色超细石英粉进行预染色；
按重量份加入白色石英砂，搅拌均匀，进一步研磨分散；
按重量份加入聚羧酸减水剂、聚合物乳液、消泡剂、水倒入搅拌机，搅拌均匀；
按重量份加入增强材料，搅拌均匀，即得上述彩色UHPC混合料。
进一步地，水灰比0.15-0.22，增加聚合物乳液后，加入的水量需减少，保证UHPC混合料的强度。
进一步地，所述白水泥为P.II52.5白色硅酸盐水泥。
进一步地，所述掺合料为硅灰、偏高岭土，满足GB/T 18736-2017《高强高性能混凝土用矿物外加剂》要求，硅灰28d活性指数＞115％，偏高岭土28天活性指数＞105％；二者按照1:1比例添加。
进一步地，所述增强材料为6mm耐碱玻璃纤维、12mm耐碱玻璃纤维、6mm合成纤维、12mm合成纤维。
进一步地，所述高性能聚羧酸减水剂减水率为30-50％。
进一步地，所述消泡剂为聚醚型消泡剂、有机硅型消泡剂。
本发明涉及一种新型的改性彩色UHPC混合料及其制备方法，相较于普通彩色混凝土，具有如下优势。1、聚合物乳液对浆料改善：聚合物颗粒首先对无机色粉颗粒进行包覆和相互分隔，无机色粉并随着乳液在体系中充分扩散，液-液相结合，改变了原有无机色粉溶解于浆料体系的固-液相结合方式，大大增强了色粉的展色性，同时因色粉受到乳液的包裹保护，提高了色粉的稳定性；2、聚合物乳液的加入一定程度上降低了材料的刚性，材料韧性增加，抗变形能力以及抗折强度有较大提升，适合用于制备装饰板；3、聚合物乳液、纤维以及UHPC水化产物形成空间网络互穿结构，聚合物乳液进一步填充体系空隙，使得UHPC更加密实，吸水率更低，使得UHPC耐久性更好。4、加入聚合物乳液的掺量为粉料总量的1％-3％，主要目的是在保证混凝土刚度的前提下，提高混凝土的韧性。综上所述，聚合物改性彩色UHPC具有结构致密、高强度、低吸水率、颜色均匀无色差、高耐久性等特点，经济价值高，广泛应用于建筑装饰饰面及市政园林构件。
本发明中聚合物乳液加入UHPC混凝土后，随着水泥水化吸收水分，失水后的聚合物颗粒逐渐聚集形成三维的空中连续的聚合物网膜结构，这种膜粘附在水泥水化产物，骨料，增强纤维表面，与水泥石空间网状结构、增强纤维空间网状结构，互相穿透交结缠绕在一起，形成连续致密的基体结构，即空间网络互穿结构。其中这种结构中的聚合物网膜结构和增强纤维空间网状结构有利于分散应力，增加抵抗变形能力，抑制裂纹的发展，从而提高了硬化体的断裂韧性、抗变形性和抗裂性。聚合物乳液在UHPC混凝土中可以对水泥等细粉颗粒起到分散作用，有效减小水泥颗粒周围水的表面张力，增大了混凝土的流动性，达到减水的效果，同时又能起到对金属氧化物色粉的展色作用，不易产生色差且色粉稳定性更好。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
1)色粉分布均匀，无色差；且色粉不易褪色，稳定性好。
2)材料韧性提高，抗折强度有较大提升；
3)结构致密，孔隙率低、吸水率极低，耐久性好。
附图说明
图1为实施例12中装饰板长期徐变变形图。
具体实施方式
表1试验整体方案如下：
表2实施例1-5的组分：
将上述重量百分比的金属氧化物色粉、白水泥、掺合料、超细石英粉倒入搅拌机，干拌3min，使金属氧化物色粉对细粉料进行预染色。
将上述重量百分比的石英砂倒入搅拌机，搅拌3min，对细粉颜料进一步研磨分散。
将上述重量百分比的高性能聚羧酸减水剂、丙烯酸乳液、消泡剂、水倒入搅拌机，搅拌12min。
将上述重量百分比的增强材料，筛入搅拌机内，搅拌3min，即得上述彩色UHPC混合料。
将上述彩色UHPC混合料倒入准备好的模具内，振动台振捣10s-15s,收平浇筑面，标准室温保湿养护36h后即可拆模，标准室温养护7d后，制得装饰板。
力学性能试验按照GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》的规定进行。
吸水率试验按照GB/T 7019-1997《纤维水泥制品试验方法》的规定进行。
色彩均匀性试验按照JCT 2085-2011《纤维增强水泥外墙装饰挂板》的规定进行。
耐老化试验按照GB/T 16259-2008《建筑材料人工气候加速老化实验方法》的规定进行。评定方法按照GB/T1766-2008《色漆和清漆涂层老化的评级方法》的规定进行。
表3实施例1-5性能指标：
由表2和表3可知，聚合物乳液的加入，使得UHPC刚性略有下降，抗折强度确有较大的提高，进而增强了材料的韧度，吸水率降低代表材料内部空隙被有效填充。
表4实施例6-8的组分：
表5实施例6-8性能指标：
由表4和表5可以看出，在加入聚合物乳液的条件下，0.266色粉含量颜色与0.360不加乳液颜色一致。聚合物乳液的加入可以使得金属氧化物色粉分散的更加均匀，颜料展色更加充分，且同等大气条件下，耐老化性能有所提高。其中变色等级可用来衡量耐久性。
表6实施例9-12的组分
表7实施例9-12性能指标
试件尺寸600mm*600mm*20mm，在试件两端垫600mm*50mm*50mm刚性垫块，放置90d，测量试件中心点挠度变形量，图1为实施例12中装饰板发生长期徐变变形。由表6和表7可以看出，在自重的影响下长期徐变变形，随着聚合物乳液掺量的增大，材料由刚性向着柔性过渡，即变形越明显，进而影响了材料的体积稳定性和耐老化性。实施例9-11制得的装饰板，有一定的柔韧性，但柔性适度，在受力的情况下形变较小。
表8实施例13-15的组分
表9实施例13-15性能指标
由表8和表9可以看出，在本发明范围内，材料力学性能良好。
本发明在UHPC材料的基础上，通过加入有机材料对UHPC材料进行改性，使之具有高强度，高韧性，展色性好，无色差，耐久性好等优点。
Claims (3)
1.一种改性彩色UHPC混合料制成的装饰板，其特征在于由彩色UHPC混合料和聚合物乳液组成，所述聚合物乳液的质量为改性彩色UHPC混合料总质量的1%-4%；
所述聚合物乳液的乳液固含量≥50%，tg值＜10℃；
所述改性彩色UHPC混合料由以下重量份的原料组成：
白水泥： 30.000-45.000；
掺合料： 1.000-5.619；
白色石英砂： 40.000-48.000；
白色超细石英粉： 2.000-4.500；
金属氧化物色粉： 0.100-0.400；
纤维增强材料： 0.400-0.894；
聚羧酸减水剂： 1.100-1.600；
聚合物乳液： 1.717-3.600；
消泡剂： 0.040-0.080；
所述掺合料为硅灰、偏高岭土的混合物；
所述聚合物乳液为纯丙乳液、苯丙乳液和丁苯乳液中的一种或多种；
所述金属氧化物色粉为氧化铁红、氧化铁蓝、氧化铁黄和氧化铁黑中的一种或者几种；
所述改性彩色UHPC混合料的水灰比0.15-0.22；
所述装饰板的抗压强度为110-120MPa，抗折强度为20-30MPa，吸水率为0.3%-0.6%；
所述白色石英砂分别为26-40目、40-70目、70-140目连续级配的石英砂，且质量比为3-5:2-4:2-4；
所述白色超细石英粉为1000-1400目，且SiO2含量大于97％。
2.根据权利要求1所述的改性彩色UHPC混合料制成的装饰板，其特征在于，所述白色石英砂中SiO2含量大于97％。
3.一种权利要求1-2任意一项所述的改性彩色UHPC混合料制成的装饰板的制备方法，其特征在于所述的改性彩色UHPC混合料的制备方法包括以下步骤：
按重量份加入金属氧化物色粉、白水泥、掺合料、白色石英粉进行干拌，搅拌均匀，使金属氧化物色粉对白水泥、掺合料和白色石英粉进行预染色；
按重量份加入白色石英砂，搅拌均匀，进一步研磨分散；
按重量份加入聚羧酸减水剂、聚合物乳液、消泡剂、水倒入搅拌机，搅拌均匀；
按重量份加入增强材料，搅拌均匀，即得上述彩色UHPC混合料。
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