CN115490488A - 一种彩色透光混凝土及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种彩色透光混凝土及制备方法，彩色透光混凝土包括以下重量份的原料：硫酸铝盐水泥140～180份；拌合水110～140份；粗集料325～425份；细集料250～340份；粉煤灰50～60份；聚羧酸减水剂0.1～0.3份；导光体46～72份；所述导光体包括玻璃光纤和改性环氧树脂，所述改性环氧树脂涂覆于玻璃光纤表面。其的制备方法为：S1、制备预混料；S2、制备粗料；S3、粗料和预混料制备初混料；S4、将导光体布设于预制件模具中，将初混料浇筑在预制件模具中，振捣、养护后得到彩色透光混凝土。本申请具有降低玻璃光纤被腐蚀概率的效果。

Description

一种彩色透光混凝土及制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土的领域，尤其是涉及一种彩色透光混凝土及制备方法。
背景技术
透光混凝土是由导光体和水泥砂浆组成的一种新型材料，透光混凝土透光不透明，通常用于艺术墙、艺术展品、园林景观装饰品或者路面。
相关技术中，一种路面施工用透光混凝土包括混凝土基体和包裹在混凝土基体内的玻璃光纤，混凝土基体包括硅酸盐水泥、硅灰、矿粉、减水剂、细砂、钢纤维和水，制备得到的透光混凝土抗压、抗折强度高。
但玻璃光纤容易与高碱度的硅酸盐水泥发生碱-硅酸盐反应，使玻璃光纤腐蚀，导致透光混凝土的透光效果下降。
发明内容
为了降低玻璃光纤被腐蚀的概率，从而保持透光混凝土的透光效果，本申请提供一种彩色透光混凝土及制备方法。
第一方面，本申请提供的一种彩色透光混凝土采用如下的技术方案：
一种彩色透光混凝土包括以下重量份的原料：硫酸铝盐水泥140～180份；拌合水110～140份；粗集料325～425份；细集料250～340份；粉煤灰50～60份；聚羧酸减水剂0.1～0.3份；导光体46～72份；所述导光体包括玻璃光纤和改性环氧树脂，所述改性环氧树脂涂覆于玻璃光纤的外周面，所述玻璃光纤与改性环氧树脂的重量比为60：(33～80)。
通过采用上述技术方案，硫酸铝盐水泥碱性弱，对玻璃光纤腐蚀降低，降低了玻璃光纤被腐蚀的概率；玻璃光纤的外周面涂覆改性环氧树脂，改性环氧树脂阻碍碱性物质与玻璃光纤接触，从而降低了玻璃光纤被腐蚀的概率，保持了透光混凝土的透光效果。
可选的，所述改性环氧树脂包括环氧树脂、染色剂和活性氧化硅，所述环氧树脂、染色剂与活性氧化硅的重量比为(15～25)：5：1。
通过采用上述技术方案，染色剂与环氧树脂混合，赋予混凝土彩色；部分活性氧化硅与混凝土接触，并与混凝土中碱性物质发生反应，形成凝胶物质，从而提高了玻璃光纤与混凝土的粘结强度；活性氧化硅与碱性物质生成的凝胶物质具有疏水性，从而减小了水分与玻璃光纤接触的概率，从而减小了水结冰后挤压玻璃纤维，导致玻璃纤维开裂的概率，从而增加了玻璃光纤的使用寿命，进而提高了彩色透光混凝土的使用寿命。
可选的，所述改性环氧树脂包括环氧树脂、染色剂、活性氧化硅和光纤胶，所述环氧树脂、染色剂、活性氧化硅和光纤胶的重量比为(15～25)：5：1：1。
通过采用上述技术方案，光纤胶提高了环氧树脂与玻璃光纤的粘结强度，减小了彩色混凝土制备和使用过程中环氧树脂与玻璃光纤剥离形成缝隙的概率，从而降低了玻璃光纤被腐蚀的概率。
可选的，所述染色剂包括丙烯颜料和纳米二氧化钛，所述丙烯颜料与纳米二氧化钛的重量比为4：1。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化钛与丙烯颜料配合使用，纳米二氧化钛的晶体结构增加了光的反射和折射，由玻璃光纤传输的光线在纳米二氧化钛的折射作用下与丙烯颜料分子接触，后经漫反射、折射等传输至混凝土的另一侧，赋予了混凝土的彩色效果；丙烯颜料透光性差，纳米二氧化钛提高了光线透过率；纳米二氧化钛作为紫外线屏蔽剂，减小了紫外线对丙烯颜料以及环氧树脂的降解，从而降低了玻璃光纤被腐蚀的概率。
可选的，所述导光体的制备步骤包括：环氧树脂加热至熔融，加入染色剂、活性氧化硅和光纤胶，搅拌均匀，冷却后得到改性环氧树脂；将改性环氧树脂涂覆在玻璃光纤表面，紫外固化后得到改性纤维，切掉改性纤维的两个端部，得到导光体。
通过采用上述技术方案，改性环氧树脂均匀性好，部分活性氧化硅暴露在环氧树脂外侧，便于活性氧化硅与混凝土中的碱性物质接触；改性环氧树脂均匀涂覆在玻璃光纤的外表面，经紫外固化后粘结牢固。
可选的，彩色透光混凝土还包括重量份为5～8份的稀土夜光粉。
通过采用上述技术方案，稀土夜光粉在白天或灯光下将光能转化储存在晶格中，在黑暗环境中将储存的能量转化为光能，使行人不易被彩色透光混凝土制品绊倒或磕伤；在黑暗环境中，彩色透光混凝土路面对行人进行引导，提高了彩色透光混凝土的引导和警示功能。
第二方面，本申请提供的一种彩色透光混凝土的制备方法采用如下的技术方案：
一种彩色透光混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1、将硫铝酸盐水泥、稀土夜光粉、粉煤灰、聚羧酸减水剂和部分的拌合水搅拌均匀，得到预混料；
S2、将粗集料、细集料和剩余的拌合水混合均匀，得到粗料；
S3、将粗料和预混料搅拌均匀，得到初混料；
S4、将导光体布设于预制件模具中，将初混料浇筑在预制件模具中，振捣、养护后得到彩色透光混凝土。
通过采用上述技术方案，彩色透光混凝土制备工艺简单，集料与凝胶材料分开润湿，润湿效果好，产品稳定性好提高。
可选的，所述预制件模具包括壳体和光纤槽筒，所述光纤槽筒位于壳体内，所述光纤槽筒与壳体内壁可拆卸连接，所述光纤槽筒的周壁上开设有溢流孔。
通过采用上述技术方案，导光体先布设在光纤槽筒内，向壳体内灌注初混料时，初混料通过溢流孔进入光纤槽内，并与导光体接触，随着初混料的灌注，导光体被初混料固定，由此制备的彩色透光混凝土导光体不易倾倒，彩色透光混凝土的透光率提高。
可选的，所述光纤槽筒的内外周壁上均涂抹有脱模油。
通过采用上述技术方案，光纤槽筒的内、外周壁上均涂抹有脱模油，便于将光纤套筒从初混料与导光体之间取出。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.硫酸铝盐水泥碱性弱，对玻璃光纤腐蚀性降低，降低了玻璃光纤被腐蚀的概率；玻璃光纤的外表面涂覆改性环氧树脂，改性环氧树脂阻碍碱性物质与玻璃光纤接触，从而降低了玻璃光纤被腐蚀的概率；
2.部分活性氧化硅与混凝土接触，并与混凝土中碱性物质发生反应，形成凝胶物质，从而提高了玻璃光纤与混凝土的粘结强度；活性氧化硅与碱性物质生成的凝胶物质具有疏水性，从而减小了水分与玻璃光纤接触的概率，从而减小了水结冰后挤压玻璃纤维，导致玻璃纤维开裂的概率，从而增加了玻璃光纤的使用寿命，进而提高了混凝土的使用寿命；
3.纳米二氧化钛与丙烯颜料配合使用，纳米二氧化钛的晶体结构增加了光的反射和折射，赋予了混凝土的彩色；丙烯颜料透光性差，纳米二氧化钛提高了光线透过率；纳米二氧化钛作为紫外线屏蔽剂，减小了紫外线对丙烯颜料以及环氧树脂的降解，从而降低了玻璃光纤被腐蚀的概率；
4.稀土夜光粉在白天或灯光下将光能转化储存在晶格中，在黑暗环境中将储存的能量转化为光能，使行人不易被彩色透光混凝土制品绊倒或磕伤；在黑暗环境中，彩色透光混凝土路面对行人进行引导；
5.预制件模具的设置，提高了彩色透光混凝土的成型效率，同时提高了彩色通过混凝土的透光率。
附图说明
图1是本申请实施例中预制件模具的整体结构示意图；
图2是本申请实施例中预制件模具部分结构的示意图。
附图标记说明：
1、壳体；11、插接槽；2、光纤槽筒；21、溢流孔。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
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。
粉煤灰粒度为200目；粗集料为碎石，容重1500kg/m3，规格3～7mm，含泥量≤1.5％；细集料为石英砂，容量1700kg/m3，含泥量≤1.5％，细度模数2.2～1.6；玻璃光纤直径为4mm，光谱范围400～1400nm；纳米二氧化钛的粒径为5nm；活性氧化硅粒径为30nm；光纤胶由东莞市博翔电子材料有限公司提供；稀土夜光粉粒度为400目。
制备例
制备例1
S1、4kg丙烯颜料和1kg纳米二氧化钛混合均匀作为染色剂；
S2、将15kg环氧树脂加热至熔融，加入S1制备的染色剂和1kg活性氧化硅，搅拌均匀，冷却后得到改性环氧树脂；
S3、将S2制备的改性环氧树脂均匀涂覆在24kg玻璃光纤外周面，紫外固化后得到改性纤维，切掉改性纤维的两个端部，得到导光体。
制备例2
S1、4kg丙烯颜料和1kg纳米二氧化钛混合均匀作为染色剂；
S2、将20kg环氧树脂加热至熔融，加入S1制备的染色剂和1kg活性氧化硅，搅拌均匀，冷却后得到改性环氧树脂；
S3、将S2制备的改性环氧树脂均匀涂覆在32kg玻璃光纤外周面，紫外固化后得到改性纤维，切掉改性纤维的两个端部，得到导光体。
制备例3
S1、4kg丙烯颜料和1kg纳米二氧化钛混合均匀作为染色剂；
S2、将25kg环氧树脂加热至熔融，加入S1制备的染色剂和1kg活性氧化硅，搅拌均匀，冷却后得到改性环氧树脂；
S3、将S2制备的改性环氧树脂均匀涂覆在40kg玻璃光纤外周面，紫外固化后得到改性纤维，切掉改性纤维的两个端部，得到导光体。
制备例4
本制备例与制备例2的区别在于：添加24kg玻璃光纤和20kg环氧树脂。
制备例5
本制备例与制备例2的区别在于：添加24kg玻璃光纤和25kg环氧树脂。
制备例6
本制备例与制备例2的区别在于：添加32kg玻璃光纤和15kg环氧树脂。
制备例7
本制备例与制备例2的区别在于：添加32kg玻璃光纤和25kg环氧树脂。
制备例8
本制备例与制备例2的区别在于：添加40kg玻璃光纤和15kg环氧树脂。
制备例9
本制备例与制备例2的区别在于：添加40kg玻璃光纤和25kg环氧树脂。
制备例10
S1、4kg丙烯颜料和1kg纳米二氧化钛混合均匀作为染色剂；
S2、将25kg环氧树脂加热至熔融，加入S1制备的染色剂、1kg活性氧化硅和1kg的光纤胶，搅拌均匀，冷却后得到改性环氧树脂；
S3、将S2制备的改性环氧树脂均匀涂覆在24kg玻璃光纤外周面，用紫外固化得到导光体。
制备例11
S1、4kg丙烯颜料和1kg纳米二氧化钛混合均匀作为染色剂；
S2、将20kg环氧树脂加热至熔融，加入S1制备的染色剂、1kg活性氧化硅和1kg光纤胶，搅拌均匀，冷却后得到改性环氧树脂；
S3、将S2制备的改性环氧树脂均匀涂覆在32kg玻璃光纤外周面，用紫外固化得到导光体。
制备例12
S1、4kg丙烯颜料和1kg纳米二氧化钛混合均匀作为染色剂；
S2、将15kg环氧树脂加热至熔融，加入S1制备的染色剂、1kg活性氧化硅和1kg光纤胶，搅拌均匀，冷却后得到改性环氧树脂；
S3、将S2制备的改性环氧树脂均匀涂覆在40kg玻璃光纤外周面，用紫外固化得到导光体。
制备例13
本制备例与制备例11的区别在于：添加15kg环氧树脂。
制备例14
本制备例与制备例11的区别在于：添加25kg环氧树脂。
表1制备例的原料表(kg)
Figure BDA0003844827640000061
实施例
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
实施例1
本实施例公开一种预制件模具。参照图1和图2，其包括壳体1和光纤槽筒2，壳体1为上端面开口的矩形箱体，壳体1内底壁上开设有多个插接槽11。光纤槽筒2为竖直设置空心筒体，光纤槽筒2设置有多个，每个光纤槽筒2对应一个插接槽11，且光纤槽筒2的底端与插接槽11插接配合。光纤槽筒2的外周壁上开设有多组溢流孔21，每组的多个溢流孔21沿光纤槽筒2周向均匀排列，多组溢流孔21沿光纤槽筒2轴向依次排列。本实施例中每组设置有六个溢流孔21，共设置有11组。
其它实施例中，为了便于光纤槽筒2从预混料中抽出，光纤槽筒2的内外周壁上均涂抹有脱模油。
实施例1的实施原理为：
光纤槽筒2插入插接槽11内，将一束导光体插入光纤槽筒2内，导光体长度方向与光纤槽筒2轴向平行设置。向壳体1内分层灌注预混料，每层灌注结束后进行振荡，预混料通过溢流孔21进入光纤槽筒2内，向远离壳体1内底壁的方向拉动光纤槽筒2，光纤槽筒2抬起距离小于每层灌注的高度；重复上述步骤，直至光纤槽筒2从壳体1内抽出。预混料养护得到彩色透光混凝土。
实施例2
S1、将140kg硫铝酸盐水泥、50kg粉煤灰、0.1kg聚羧酸减水剂和88kg拌合水搅拌均匀，得到预混料；
S2、将325kg粗集料、250kg细集料和22kg拌合水混合均匀，得到粗料；
S3、将粗料和预混料搅拌均匀，得到初混料；
S4、将制备例1制备的导光体插入实施例1预制件模具的光纤槽筒2中，将初混料浇筑在预制件模具的壳体1中，振捣、养护后得到彩色透光混凝土。
实施例3
S1、将160kg硫铝酸盐水泥、55kg粉煤灰、0.2kg聚羧酸减水剂和100kg拌合水搅拌均匀，得到预混料；
S2、将375kg粗集料、295kg细集料和25kg拌合水混合均匀，得到粗料；
S3、将粗料和预混料搅拌均匀，得到初混料；
S4、将制备例2制备的导光体插入实施例1中预制件模具的光纤槽筒2中，将初混料浇筑在预制件模具的壳体1中，振捣、养护后得到彩色透光混凝土。
实施例4
S1、将180kg硫铝酸盐水泥、60kg粉煤灰、0.3kg聚羧酸减水剂和112kg拌合水搅拌均匀，得到预混料；
S2、将425kg粗集料、340kg细集料和28kg拌合水混合均匀，得到粗料；
S3、将粗料和预混料搅拌均匀，得到初混料；
S4、将制备例3制备的导光体插入实施例1预制件模具的光纤槽筒2中，将初混料浇筑在预制件模具的壳体1中，振捣、养护后得到彩色透光混凝土。
实施例5
本实施例与实施例3的区别在于：采用制备例1制备的导光体。
实施例6～实施例17
与实施例3的区别在于：依次采用制备例3～制备例14制备的导光体。
实施例18
本实施例与实施例14的区别在于：再在S1中加入5kg稀土夜光粉。
实施例19
本实施例与实施例14的区别在于：再在S1中加入8kg稀土夜光粉。
实施例20
本实施例与实施例14的区别在于：再在S1中加入10kg稀土夜光粉。
对比例
对比例1
S1、将160kg硫铝酸盐水泥、55kg粉煤灰、0.2kg聚羧酸减水剂和100kg拌合水搅拌均匀，得到预混料；
S2、将375kg粗集料、295kg细集料和25kg拌合水混合均匀，得到粗料；
S3、将粗料和预混料搅拌均匀，得到初混料；
S4、将32kg玻璃光纤插入实施例1中预制件模具的光纤槽筒2中，将初混料浇筑在预制件模具的壳体1中，振捣、养护后得到彩色透光混凝土。
实施例与对比例的原料表见表2：
表2实施例与对比例的原料表(kg)
Figure BDA0003844827640000081
Figure BDA0003844827640000091
性能检测试验
试验方法
1.采用《GBT50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的“14抗硫酸盐侵蚀试验”的步骤对养护28天后的彩色透光混凝土进行处理。
2.采用《GB21300-2007塑料管材和管件不透光性的测定》中的仪器对硫酸盐侵蚀后的彩色透光混凝土的透光率(％)进行测定。制样步骤如下：
使用切割机沿垂直于导光体长度的方向对处理后的彩色透光混凝土进行切割，之后将样品分割为5×5×1cm3的透光混凝土片，用作透光率检测。透光混凝土片安装时，导光体长度方向与仪器光线传输方向平行设置，试验结果详见表3。
3.使用切割机沿垂直于导光体长度的方向对硫酸盐侵蚀后的彩色混凝土进行切割，使导光体端部露出混凝土主体5cm，之后固定混凝土，使用拉拔仪沿导光体长度方向拉出导光体，测试导光体拉出或拉断的最大力，即为彩色透光混凝土的界面粘结强度(MPa)，试验结果详见表3。
4.采用《GB50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》中的方法对透光混凝土养护28天后的抗压强度(MPa)进行测定，试验结果详见表3。
表3各实施例与对比例的试验结果数据表
Figure BDA0003844827640000092
Figure BDA0003844827640000101
结合实施例2、实施例3和实施例4并结合表2，通过调整硫铝酸盐水泥、粉煤灰、拌合水、粗集料、细集料和导光体的添加量和类型，提高彩色透光混凝土的透光率、界面粘结强度和抗压强度。
结合实施例3以及实施例5～实施例17并结合表2，通过调整导光体的类型，提高彩色透光混凝土的透光率、界面粘结强度和抗压强度。
结合实施例3和对比例1并结合表2可以看出，相较于直接添加玻璃光纤，导光体的设置提高彩色透光混凝土的透光率。导光体是玻璃光纤的外表面涂覆一层改性环氧树脂，改性环氧树脂阻隔碱性物质与玻璃光纤，从而降低了玻璃光纤被腐蚀的概率，彩色透光混凝土的透光率提高。
结合实施例3、实施例9和实施例10并结合表2可以看出，在玻璃光纤添加量不变的情况下，增加改性环氧树脂的添加量，彩色透光混凝土的透光率先增加后降低，界面粘结强度变化不大，抗压强度降低。改性环氧树脂阻挡碱性物质与玻璃光纤接触，从而减小了玻璃光纤被腐蚀的概率，彩色透光混凝土的透光率增加；但改性环氧树脂中的染色剂吸收了部分光线，且纳米二氧化硅增加了光线的折射和漫反射，随着改性环氧树脂添加量的不断增加，彩色透光混凝土的透光率降低。此外，改性环氧树脂的增加，使单位体积中硫铝酸盐水泥的含量降低，混凝土的抗压强度降低。
结合实施例3、实施例7和实施例12并结合表2可以看出，在改性环氧树脂添加量不变的情况下，增加玻璃光纤的添加量，彩色透光混凝土的透光率增加，但抗压强度降低。玻璃光纤性脆，改性环氧树脂涂覆玻璃光纤，为玻璃光纤受压提供缓冲力，从而使玻璃光纤不易被压碎，进而提高了混凝土的抗压强度。
结合实施例3和实施例14并结合表2可以看出，光纤胶的增加，提高了彩色透光混凝土的透光率、界面粘结强度和抗压强度。
结合实施例13、实施例14和实施例15并结合表2，通过调整光纤玻璃、环氧树脂的添加量，提高彩色透光混凝土的透光率、界面粘结强度和抗压强度。
结合实施例14、实施例16和实施例17并结合表2可以看出，随着环氧树脂与光纤胶重量比的增加，彩色透光混凝土的界面粘结强度降低。随着光纤胶占比的增加，光纤胶对玻璃光纤的粘结强度提高，使环氧树脂与玻璃光纤间不易被剥离，彩色透光混凝土的界面粘结强度提高。
结合实施例14和实施例18并结合表2可以看出，稀土夜光粉的添加，彩色透光混凝土的透光率降低。稀土夜光粉较硫铝酸盐水泥、粉煤灰等抗碱性强，在硫酸盐侵蚀处理后，稀土夜光粉的抗压强度提高。稀土夜光粉在白天或灯光下将光能转化储存在晶格中，其透光率降低。
结合实施例18、实施例19和实施例20并结合表2，通过调整稀土夜光粉添加量，提高彩色透光混凝土的透光率、界面粘结强度和抗压强度。
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)

1.一种彩色透光混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：硫酸铝盐水泥140～180份；拌合水110～140份；粗集料325～425份；细集料250～340份；粉煤灰50～60份；聚羧酸减水剂0.1～0.3份；导光体46～72份；所述导光体包括玻璃光纤和改性环氧树脂，所述改性环氧树脂涂覆于玻璃光纤的外周面，所述玻璃光纤与改性环氧树脂的重量比为60：（33～80）。
2.根据权利要求1所述的一种彩色透光混凝土，其特征在于，所述改性环氧树脂包括环氧树脂、染色剂和活性氧化硅，所述环氧树脂、染色剂与活性氧化硅的重量比为（15～25）：5：1。
3.根据权利要求1所述的一种彩色透光混凝土，其特征在于，所述改性环氧树脂包括环氧树脂、染色剂、活性氧化硅和光纤胶，所述环氧树脂、染色剂、活性氧化硅和光纤胶的重量比为（15～25）：5：1：1。
4.根据权利要求3所述的一种彩色透光混凝土，其特征在于，所述染色剂包括丙烯颜料和纳米二氧化钛，所述丙烯颜料与纳米二氧化钛的重量比为4：1。
5.根据权利要求3所述的一种彩色透光混凝土，其特征在于，所述导光体的制备步骤包括：环氧树脂加热至熔融，加入染色剂、活性氧化硅和光纤胶，搅拌均匀，冷却后得到改性环氧树脂；将改性环氧树脂涂覆在玻璃光纤表面，紫外固化后得到改性纤维，切掉改性纤维的两个端部，得到导光体。
6.根据权利要求4所述的一种彩色透光混凝土，其特征在于，彩色透光混凝土还包括重量份为5～8份的稀土夜光粉。
7.一种权利要求6所述的彩色透光混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将硫铝酸盐水泥、稀土夜光粉、粉煤灰、聚羧酸减水剂和部分的拌合水搅拌均匀，得到预混料；
S2、将粗集料、细集料和剩余的拌合水混合均匀，得到粗料；
S3、将粗料和预混料搅拌均匀，得到初混料；
S4、将导光体布设于预制件模具中，将初混料浇筑在预制件模具中，振捣、养护后得到彩色透光混凝土。
8.根据权利要求7所述的彩色透光混凝土的制备方法，其特征在于，所述预制件模具包括壳体（1）和光纤槽筒（2），所述光纤槽筒（2）位于壳体（1）内，所述光纤槽筒（2）与壳体（1）内壁可拆卸连接，所述光纤槽筒（2）的周壁上开设有溢流孔（21）。
9.根据权利要求8所述的彩色透光混凝土的制备方法，其特征在于，所述光纤槽筒（2）的内、外周壁上均涂抹有脱模油。
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