CN115557801A - 一种轻质高强低收缩混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质高强低收缩混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。其中，轻质高强低收缩混凝土，包括以下重量份数的组分：水泥：480份‑500份，复合掺合料：200份‑230份，玻璃微珠：40份‑50份，石英砂：250份‑300份，粗轻骨料：250份‑300份，废弃硬质塑料颗粒：230份‑260份，改性剂：20份‑60份，水：140份‑160份，聚羧酸减水剂：5份‑15份。通过使用玻璃微珠、粗轻骨料和废弃硬质塑料颗粒来制备轻质混凝土，同时利用紧密堆积理论制备水泥、矿物掺合料、石英砂、玻璃微珠的高强砂浆体系，使用优化后的施工工艺制备得到一种轻质高强低收缩的混凝土。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种轻质高强低收缩混凝土及其制备方法。
背景技术
现阶段随着城市化发展，高层建筑越来越多，因此大家都趋向于设计制备更高强度的混凝土，同时追求混凝土轻量化来减少整体质量，从而提升建设高度。现在普遍使用的轻骨料混凝土，其强度较低，一般为5-30MPa，达不到高强混凝土的要求，并且一般的轻质混凝土早期强度低，对施工进度影响较大。另外，普通高强混凝土的容重大，且生产中都使用了大量水泥，水泥用量大会造成硬化过程的收缩，产生裂缝和其他不良缺陷，大大影响了混凝土的强度和耐久性。而掺加膨胀剂能一定程度改善收缩，但是掺加膨胀剂的混凝土易产生掺量不合理造成的安定性不佳，从而反向引起膨胀；同时膨胀剂对水泥适应性不同，难以确定合理掺量和增加了施工难度。同时，为了推进混凝土的绿色生产，通过加入废弃硬质塑料制备轻质高强混凝土，消纳当地的废弃塑料，减少环境污染，有利于推进低碳绿色混凝土生产和发展。
例如，现有技术，申请号：CN201410853189.9，公开号：CN104844099B，公开了一种低收缩低粘度超高强混凝土，其技术方案如下：
“一种低收缩低粘度超高强混凝土，由胶凝材料、机制砂、碎石、减水剂和水组成，按照单方用量(kg/m3)计，该混凝土各成分的用量如下：胶凝材料510～550，机制砂820～860，碎石950～1000，减水剂7～11，水115～125；所述胶凝材料的各组分按单方用量(kg/m3)计为：水泥250～300，微珠120～180和矿粉90～120。
按上述方案，所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥，水泥28d胶砂抗压强度不低于48MPa，水泥标准稠度用水量不大于26％。
按上述方案，所述微珠为全球状的超细粉煤灰，堆积密度为800～1000kg/m3，激光粒度参数D50≤2μm，胶砂需水量比不大于90％，烧失量不大于1％，28d活性指数不小于100％。
按上述方案，所述的矿粉比表面积不小于750m2/kg，激光粒度参数D50≤10μm，烧失量不大于3.0％，28d活性指数不小于115％。
按上述方案，所述机制砂为细度模数为2.7～3.0的Ⅱ区砂，MB值小于1.4，石粉含量不大于4％，泥块含量不大于0.5％。
按上述方案，所述碎石为5～20mm连续级配反击破碎石，针片状含量不大于5％，含泥量不大于0.5％，泥块含量不大于0.2％，其中母岩为玄武岩或石灰岩，母岩抗压强度不小于130MPa。
按上述方案，所述的减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水剂含固量不低于20％，减水率不低于25％”。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，通过使用玻璃微珠、粗轻骨料和废弃硬质塑料颗粒来制备轻质混凝土，同时利用紧密堆积理论制备水泥、矿物掺合料、石英砂、玻璃微珠的高强砂浆体系，使用优化后的施工工艺制备得到一种轻质高强低收缩的混凝土。
本发明的技术方案是：
一种轻质高强低收缩混凝土，包括以下重量份数的组分：
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的水泥为硅酸盐水泥，且其细度控制在10um-18um。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的复合掺合料为粉煤灰、磷渣粉、粒化高炉矿渣粉、硅灰中的一种或几种的组合。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的玻璃微珠密度为400g/cm3-600g/cm3，粒径为50um-100um。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的石英砂的粒径为50um-500um。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的粗轻骨料为粉煤灰陶粒、页岩陶粒、火山岩中的一种或几种的组合。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的废弃硬质塑料为废弃的POM聚甲醛塑料、PC聚碳酸酯塑料、AS丙烯腈-苯乙烯塑料、PMMA聚甲基丙烯酸甲酯塑料中的一种或几种的组合，破碎至最大粒径10mm以下的废旧塑料颗粒。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的改性剂的制备方法如下：
准备磷酸铵、硫酸铵、二甲基硅油、硅酸钠、橡胶粉、柠檬酸钠、沸石粉、浮石粉，其中磷酸铵、硫酸铵、二甲基硅油、硅酸钠、橡胶粉、柠檬酸钠、沸石粉、浮石粉之间的质量比为11：5：12：9：5：3：10：2；
将磷酸铵、硫酸铵、二甲基硅油、硅酸钠、橡胶粉、柠檬酸钠、沸石粉、浮石粉进行混合并搅拌均匀，即可。
一种轻质高强低收缩混凝土的制备方法，
包括以下步骤：
先将称量好的水泥、复合掺合料加入搅拌机，干拌3min，随后加入三分之一用量的水和聚羧酸减水剂，搅拌至浆体状；随后加入玻璃微珠、石英砂、剩余的水及改性剂继续搅拌3min，最后将粗轻骨料和废弃硬质塑料颗粒加入搅拌机，充分搅拌5min后，即可。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土的制备方法，
所用的水为0-10℃的液态水。
本发明的有益效果：
本发明中使用废弃硬质塑料来制备混凝土，一方面消纳了大量不容易降解的塑料，减少了环境污染；另一方面，硬质塑料能够提供一定强度，并且容重较轻，可以减轻混凝土的自重，明显降低了整体建筑物的重量，提升建筑物的可建高度。
本发明使用砂浆体系作为强度支撑体系，粗轻骨料和废弃硬质塑料颗粒作为轻质填充料，并提供内养护作用。砂浆体系中水泥、复合掺合料、石英砂、玻璃微珠实现紧密堆积，达到超高密实度，同时玻璃微珠显著降低了砂浆的容重，粗轻骨料前期吸水，后期提供水化所需水分，从而得到轻质和高强度的协同作用。
高强混凝土水胶比低，并且本发明使用磨细水泥，早期水化程度高，产生大量水化热，在硬化期间容易产生体积收缩，裂缝、孔隙等不良缺陷，造成混凝土强度和耐久性的损失。本发明通过前期使用低温拌合水，抵消早期水泥水化产生的水化热，并且利用高细度水泥水化时间提前，能够更快硬化，减少了体积收缩，维持了体积稳定性，显著改善高水泥用量混凝土前期的体积收缩问题，保证了早期强度和耐久性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明技术方案做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种轻质高强低收缩混凝土，包括以下重量份数的组分：
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的水泥为硅酸盐水泥，且其细度控制在10um-18um。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的复合掺合料为粉煤灰、磷渣粉、粒化高炉矿渣粉、硅灰中的一种或几种的组合。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的玻璃微珠密度为400g/cm3-600g/cm3，粒径为50um-100um。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的石英砂的粒径为50um-500um。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的粗轻骨料为粉煤灰陶粒、页岩陶粒、火山岩中的一种或几种的组合。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的废弃硬质塑料为废弃的POM聚甲醛塑料、PC聚碳酸酯塑料、AS丙烯腈-苯乙烯塑料、PMMA聚甲基丙烯酸甲酯塑料中的一种或几种的组合，破碎至最大粒径10mm以下的废旧塑料颗粒。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土，
所述的改性剂的制备方法如下：
准备磷酸铵、硫酸铵、二甲基硅油、硅酸钠、橡胶粉、柠檬酸钠、沸石粉、浮石粉，其中磷酸铵、硫酸铵、二甲基硅油、硅酸钠、橡胶粉、柠檬酸钠、沸石粉、浮石粉之间的质量比为11：5：12：9：5：3：10：2；
将磷酸铵、硫酸铵、二甲基硅油、硅酸钠、橡胶粉、柠檬酸钠、沸石粉、浮石粉进行混合并搅拌均匀，即可。
一种轻质高强低收缩混凝土的制备方法，
包括以下步骤：
先将称量好的水泥、复合掺合料加入搅拌机，干拌3min，随后加入三分之一用量的水和聚羧酸减水剂，搅拌至浆体状；随后加入玻璃微珠、石英砂、剩余的水及改性剂继续搅拌3min，最后将粗轻骨料和废弃硬质塑料颗粒加入搅拌机，充分搅拌5min后，即可。
上述所述的轻质高强低收缩混凝土的制备方法，
所用的水为0-10℃的液态水。
实施方案
实施例1
轻质高强低收缩混凝土的制备步骤为：
称取原料的重量份数为：P·O52.5磨细水泥480份、硅灰140份、粒化高炉矿渣粉70份、玻璃微珠40份、石英砂260份、页岩陶粒260份、废弃POM塑料颗粒260份、5℃水140份、聚羧酸减水剂10份、改性剂20份。
先将称量好的水泥、硅灰、矿渣粉加入搅拌机，干拌3min，随后加入部分水和聚羧酸减水剂，搅拌至浆体状；随后加入玻璃微珠、石英砂和剩余的水和改性剂继续搅拌3min，最后将页岩陶粒和废弃POM塑料颗粒加入搅拌机，充分搅拌5min后，即得到一种轻质高强低收缩混凝土。
实施例2
轻质高强低收缩混凝土的制备步骤为：
称取原料的重量份数为：P·O52.5磨细水泥490份、粉煤灰50份，硅灰100份、粒化高炉矿渣粉50份、玻璃微珠50份、石英砂250份、粉煤灰陶粒300份、废弃PC塑料颗粒240份、5℃水150份、聚羧酸减水剂10份、改性剂30份。
先将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、矿渣粉加入搅拌机，干拌3min，随后加入部分水和聚羧酸减水剂，搅拌至浆体状；随后加入玻璃微珠、石英砂和剩余的水和改性剂继续搅拌3min，最后将粉煤灰陶粒和废弃PC塑料颗粒加入搅拌机，充分搅拌5min后，即得到一种轻质高强低收缩混凝土。
实施例3
轻质高强低收缩混凝土的制备步骤为：
称取原料的重量份数为：P·Ⅱ52.5磨细水泥500份、磷渣粉50份，硅灰100份、粒化高炉矿渣粉50份、玻璃微珠50份、石英砂250份、页岩陶粒280份、废弃AS塑料颗粒230份、5℃水150份、聚羧酸减水剂10份、改性剂40份。
先将称量好的水泥、磷渣粉、硅灰、矿渣粉加入搅拌机，干拌3min，随后加入部分水和聚羧酸减水剂，搅拌至浆体状；随后加入玻璃微珠、石英砂和剩余的水和改性剂继续搅拌3min，最后将页岩陶粒和废弃AS塑料颗粒加入搅拌机，充分搅拌5min后，即得到一种轻质高强低收缩混凝土。
将实施例的工作性能和强度进行测试，结果如下表：
表1实施例1-3的工作性和强度检测结果表
由上表数据可知，实施例1-3三种混凝土的容重在1600-1700kg/m3之间，并且其坍落度、扩展度较大，其流动性优异，强度也达到了60MPa以上。同时，从1d收缩应变值能看出早期收缩值很小，并且28d收缩应变值也在一个较低的范围，说明本发明制备的混凝土工作性优良，早期抗收缩性能优异，并且整个28天都维持在一个较低的收缩值。
同时，设置如下三个对比例：
对比例1
轻质高强低收缩混凝土的制备步骤为：
称取原料的重量份数为：P·O52.5水泥480份、硅灰140份、粒化高炉矿渣粉70份、玻璃微珠40份、石英砂260份、页岩陶粒260份、废弃POM塑料颗粒260份、5℃水140份、聚羧酸减水剂10份。
先将称量好的水泥、硅灰、矿渣粉加入搅拌机，干拌3min，随后加入部分水和聚羧酸减水剂，搅拌至浆体状；随后加入玻璃微珠、石英砂和剩余的水和改性剂继续搅拌3min，最后将页岩陶粒和废弃POM塑料颗粒加入搅拌机，充分搅拌5min后，即得到一种轻质高强低收缩混凝土。
对比例2
轻质高强低收缩混凝土的制备步骤为：
称取原料的重量份数为：P·O52.5磨细水泥480份、硅灰140份、粒化高炉矿渣粉70份、玻璃微珠40份、石英砂260份、页岩陶粒260份、废弃POM塑料颗粒260份、5℃水140份、聚羧酸减水剂10份。
先将称量好的水泥、硅灰、矿渣粉加入搅拌机，干拌3min，随后加入部分水和聚羧酸减水剂，搅拌至浆体状；随后加入玻璃微珠、石英砂和剩余的水和改性剂继续搅拌3min，最后将页岩陶粒和废弃POM塑料颗粒加入搅拌机，充分搅拌5min后，即得到一种轻质高强低收缩混凝土。
对比例3
轻质高强低收缩混凝土的制备步骤为：
称取原料的重量份数为：P·O52.5水泥480份、硅灰140份、粒化高炉矿渣粉70份、玻璃微珠40份、石英砂260份、页岩陶粒260份、废弃POM塑料颗粒260份、常温水140份、聚羧酸减水剂10份。
先将称量好的水泥、硅灰、矿渣粉加入搅拌机，干拌3min，随后加入部分水和聚羧酸减水剂，搅拌至浆体状；随后加入玻璃微珠、石英砂和剩余的水和改性剂继续搅拌3min，最后将页岩陶粒和废弃POM塑料颗粒加入搅拌机，充分搅拌5min后，即得到一种轻质高强低收缩混凝土。
表2对比例1-3的工作性和强度检测结果表
如表2所示，3个对比例都相对实施例1。
对比例1使用普通水泥和冷却水配制混凝土，整体工作性能无太大变化，凝结时间有所延长，早期3d强度有所降低，但是28d强度略微增加，同时1d的收缩应变值和28d收缩应变值都略微增加，这是由于普通水泥的水化速度没有磨细水泥快，冷却水能够有效降低早期水化温度，水泥的早期水化程度也没有那么快，反而促进了后期的强度增长。同时由于凝结时间较长，其收缩应变值也有所增加。
对比例2使用磨细水泥和常温水，工作性能有所下降，凝结时间减短，早期3d强度和28d强度都有所降低，同时1d的收缩应变值和28d收缩应变值都增加明显。这是由于磨细水泥的早期水化热大，且没有降温措施，早期的发热量大，导致前期体积膨胀后再收缩，整体的收缩量更大。并且收缩导致的裂缝等缺陷影响整体密实性，导致强度降低。
对比例3使用普通水泥和常温水，工作性能有所降低，凝结时间减少，早期3d强度和28d强度都有所降低，同时1d的收缩应变值和28d收缩应变值都有较大增加。
因此，冷却水能够大幅降低早期水化放热产生的温度，减少体积收缩，同时磨细水泥能够快速硬化，减少凝结时间，相对减少收缩，同时提供较高的早期强度，更有利于施工。
以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。
Claims (10)
1.一种轻质高强低收缩混凝土，其特征在于：
包括以下重量份数的组分：
水泥 480份-500份，
复合掺合料 200份-230份，
玻璃微珠 40份-50份，
石英砂 250份-300份，
粗轻骨料 250份-300份，
废弃硬质塑料颗粒 230份-260份，
改性剂 20份-60份，
水 140份-160份，
聚羧酸减水剂 5份-15份。
2.根据权利要求1所述的轻质高强低收缩混凝土，其特征在于：
所述的水泥为硅酸盐水泥，且其细度控制在10um-18um。
3.根据权利要求1所述的轻质高强低收缩混凝土，其特征在于：
所述的复合掺合料为粉煤灰、磷渣粉、粒化高炉矿渣粉、硅灰中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的轻质高强低收缩混凝土，其特征在于：
所述的玻璃微珠密度为400g/cm3-600g/cm3，粒径为50um-100um。
5.根据权利要求1所述的轻质高强低收缩混凝土，其特征在于：
所述的石英砂的粒径为50um-500um。
6.根据权利要求1所述的轻质高强低收缩混凝土，其特征在于：
所述的粗轻骨料为粉煤灰陶粒、页岩陶粒、火山岩中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的轻质高强低收缩混凝土，其特征在于：
所述的废弃硬质塑料为废弃的POM聚甲醛塑料、PC聚碳酸酯塑料、AS丙烯腈-苯乙烯塑料、PMMA聚甲基丙烯酸甲酯塑料中的一种或几种的组合，破碎至最大粒径10mm以下的废旧塑料颗粒。
8.根据权利要求1所述的轻质高强低收缩混凝土，其特征在于：
所述的改性剂的制备方法如下：
准备磷酸铵、硫酸铵、二甲基硅油、硅酸钠、橡胶粉、柠檬酸钠、沸石粉、浮石粉，其中磷酸铵、硫酸铵、二甲基硅油、硅酸钠、橡胶粉、柠檬酸钠、沸石粉、浮石粉之间的质量比为11：5：12：9：5：3：10：2；
将磷酸铵、硫酸铵、二甲基硅油、硅酸钠、橡胶粉、柠檬酸钠、沸石粉、浮石粉进行混合并搅拌均匀，即可。
9.一种轻质高强低收缩混凝土的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
先将称量好的水泥、复合掺合料加入搅拌机，干拌3min，随后加入三分之一用量的水和聚羧酸减水剂，搅拌至浆体状；随后加入玻璃微珠、石英砂、剩余的水及改性剂继续搅拌3min，最后将粗轻骨料和废弃硬质塑料颗粒加入搅拌机，充分搅拌5min后，即可。
10.根据权利要求9所述的轻质高强低收缩混凝土的制备方法，其特征在于：
所用的水为0-10℃的液态水。
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