CN115872653B - 一种改性eps颗粒及其制备方法、包含其的轻骨料混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种改性EPS颗粒及其制备方法、包含其的轻骨料混凝土，属于建筑材料技术领域。改性EPS颗粒的制备方法包括以下步骤：将EPS颗粒浸泡于溶胀液中，捞出后再浸泡于45～55℃的亲水改性液中，捞出洗涤干燥后得到所述改性EPS颗粒；所述溶胀液由硅烷偶联剂、水性聚氨酯和无水乙醇混合而成；所述亲水改性液由泊洛沙姆、氯化铵和水混合而成。本发明通过采用先溶胀再亲水改性的技术方案，将亲水基团和亲水离子牢牢地锚固在EPS颗粒表面，可以大幅提升EPS颗粒的亲水性能和界面结合力，进而增强EPS颗粒与水泥浆体的粘结性，提升混凝土的强度。

Description

一种改性EPS颗粒及其制备方法、包含其的轻骨料混凝土

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种改性EPS颗粒及其制备方法、包含其的轻质混凝土。

背景技术

轻骨料混凝土和普通混凝土具有一定的差别，根据国家标准《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51-2002)规定，轻骨料混凝土是用轻粗骨料、细集料(砂)、胶凝材料(水泥、粉煤灰)和水配制成的干表观密度不大于1950kg/m³的混凝土；轻骨料混凝土所用的轻集料一般为天然矿物，如陶粒、浮石、火山渣等，这些材料内部多孔，造就了轻骨料混凝土整体轻质多孔的特点。

聚苯乙烯泡沫(EPS)是一种轻质多孔柔软的材料，其被广泛应用于保温隔热领域，EPS作为轻骨料制备成的EPS轻骨料混凝土亦是轻骨料混凝土中的一种。EPS轻骨料混凝土作为一种轻质多孔的优质混凝土材料，被广泛应用于墙体的保温，高层建筑的施工等领域；其通过将预制的EPS颗粒混入水泥或砂浆浆料中，形成了一种孔隙率较大的多孔结构。EPS轻骨料混凝土具有流动性高、密度低、抗震性能好、成本低、导热性低、自调性和防火性能好及长期动态稳定性好等特点，经常被应用于现代建设结构的各大领域。

然而，EPS因本身的特性也导致存在部分缺点，EPS颗粒表面具有憎水性，是一种非极性轻质有机高分子材料，而水泥浆体却是一种极性无机胶凝材料，两者之间不易浸润亲和，界面间过渡区薄弱，界面粘结力差，因此，致使EPS轻骨料混凝土强度较低；同时，EPS颗粒本身质量较轻，其密度比粉煤灰水泥砂浆小的多，在搅拌制备及入模的过程中容易发生上浮，导致其在浆体中分散不均匀，从而出现物料分层、离析的现象，严重影响其和易性与施工性能，对后期的EPS轻骨料混凝土的力学性能影响较大。因此，如何使得EPS颗粒能够与水泥基体有效结合，增强EPS颗粒表面与水泥基体的界面过渡区，是提升EPS轻骨料混凝土强度的重点所在。

现有技术中，针对EPS颗粒改性的方法主要有表面处理改性、共混改性和化学改性等方法。其中表面处理改性是目前较为常用的一种改性方式，表面改性主要是将改性剂喷洒或者涂抹于EPS颗粒表面，或者将EPS颗粒浸泡于改性剂中，对EPS进行表面改性，同时利用无机材料对EPS颗粒进行包裹造壳，通过改变材料表面原有的性状或者赋予材料新的性能来实现改性的目的；但是上述改性只浮于表面，未从根本上改变材料的本质。共混改性方法，操作简单，但容易出现混合度不高的情况，导致改性效果较差；化学改性方法操作较为复杂，费时费力，且大规模生产容易造成环境污染。中国专利CN107382218A和CN114315412A分别利用多巴胺溶液和粘接材料对EPS颗粒进行表面附着处理，未改变材料表面的性质，改性EPS颗粒与水泥砂浆的粘结性并不高，另外混合料的部分组分不易获取，总造价成本较高。中国专利CN108640549A通过在混凝土中外加增稠剂、引气剂和稳定剂等外加剂解决EPS混凝土在搅拌过程中颗粒上浮的问题，但EPS的亲水性质未提出合理的解决方案，EPS如若与混凝土的粘结力不高，则在实际生产中，则会造成颗粒分布不均匀，混凝土力学性能较差。中国专利CN102643055A提供了一种EPS轻集料混凝土及其制备方法，但该方法操作步骤相对复杂，在大规模生产时，难以保证供应。

因此，研究如何增强EPS颗粒与水泥浆体的粘结性，有效提升EPS轻骨料混凝土的综合性能具有重要意义。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种改性EPS颗粒的制备方法，本发明的制备方法利用溶胀液和亲水改性液对EPS颗粒进行亲水改性处理，使其具备优异的亲水性，进而强化EPS颗粒与水泥浆体的粘结性，解决无机胶凝材料对EPS颗粒亲水性差、粘结强度低，轻骨料混凝土颗粒易上浮、和易性差、强度低和易开裂的技术问题。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种改性EPS颗粒的制备方法，包括以下步骤：将EPS颗粒浸泡于溶胀液中，捞出后再浸泡于45～55℃的亲水改性液中，捞出洗涤干燥后得到所述改性EPS颗粒；

所述溶胀液由硅烷偶联剂、水性聚氨酯和无水乙醇混合而成；所述亲水改性液由泊洛沙姆、氯化铵和水混合而成。

本发明的制备方法先将EPS颗粒浸泡于溶胀液中，使EPS颗粒发生溶胀，形成溶胀层，再将其浸泡于亲水改性液中，亲水改性液中的亲水基团和亲水离子牢牢地锚固于溶胀层上，溶胀操作可以使亲水改性液中的亲水粒子更易锚固在EPS颗粒表面；通过采用先溶胀再亲水改性的技术方案，可以有效利用溶胀液的粘结性和亲水基团及亲水离子的亲水性，大幅提升EPS颗粒的亲水性能和界面结合力，增强EPS颗粒与水泥浆体的粘结性，提升混凝土的强度，降低开裂风险。

本发明的溶胀液中，硅烷偶联剂起到增强EPS颗粒表面粘结力的作用，同时在常温下与聚氨酯发生部分共价键交联，降低水性聚氨酯的水解敏感度，使其在水性体系中保持其良好的物理特性和附着力不受影响；此外，硅烷偶联剂还充当EPS颗粒的良溶剂，无水乙醇则是EPS颗粒的不良溶剂，硅烷偶联剂和无水乙醇按特定比例复配可以使EPS的溶胀过程变得可控，避免EPS颗粒溶胀过度而导致颗粒破损的问题。水性聚氨酯可以进一步提升溶胀液对EPS颗粒的溶胀粘结作用，增强EPS颗粒的粘结性和其在水泥砂浆中的稳定性。

本发明的亲水改性液中，泊洛沙姆是一种两亲性嵌段共聚物，带有亲水基团，在水中溶解后可自发形成由亲水性外壳和亲脂性内核组成的高分子胶束；此外，它还具有优异的吸附能力，能够牢牢地锚固于溶胀层之中，增加EPS颗粒表层的溶解度，强化溶胀效果。氯化铵易溶于水，加入水中后可自动电离出NH⁺，NH⁺是亲水离子，将其锚固于溶胀层中能够进一步提升EPS颗粒表面的亲水性能。

优选的，硅烷偶联剂、水性聚氨酯和无水乙醇的质量比为(1～1.2):(0.2～0.6):(3～3.5)；所述泊洛沙姆、氯化铵和水的质量比为1:(0.5～1):100。

优选的，所述的硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷C₈H₂₂N₂O₃Si，密度为1.01～1.03g/cm³。

优选的，所述EPS颗粒在溶胀液中的浸泡时间为30～60min，在所述亲水改性液中的浸泡时间为30～60min，浸泡过程中还包含搅拌步骤。

优选的，所述EPS颗粒由废弃EPS制品经再生发泡而成，表观密度20kg/m³，粒径为3～5mm。

本发明的另一目的是提供所述的制备方法制备得到的改性EPS颗粒。

本发明的再一目的是提供一种采用所述改性EPS颗粒制成的轻骨料混凝土，包括以下重量份数的各组分：水泥310～320份、粉煤灰100～110份、硅藻土粉10～15份、砂230～240份、改性EPS颗粒8～12份、速溶乳胶粉2～3份、玄武岩纤维0.2～0.3份、纤维素醚0.2～0.25份、减水剂6～8份、水150～160份。

优选的，所述硅藻土粉是由硅藻土经粉磨后，在600～650℃下煅烧后得到，比表面积为50～55m²/g，SiO₂含量＞80％。

EPS颗粒与水泥砂浆界面过渡区的晶体颗粒较大，且平行于骨料表面的取向性较强，容易开裂，因此界面过渡区为混凝土的薄弱区，也是易开裂部位。硅藻土经粉磨后粒径较小，比表面积更大，则其与Ca(OH)₂的结合量会更多，优异的火山灰效应可使过渡区生成更多品质优的C-S-H凝胶，提高EPS颗粒与水泥浆体的黏结强度。此外，硅藻土粉容易包裹在EPS颗粒表面，可有效改善EPS颗粒与水泥浆体之间的粘结性能，提高EPS颗粒在水泥基体中的分散性能，有效抑制EPS颗粒上浮。最后，细粒径的硅藻土能更好的发挥“微集料效应”，改善轻骨料混凝土中EPS颗粒与水泥胶凝材料之间的界面结构，填充在混凝土内部的微裂缝中，增强混凝土的密实度，进而提高混凝土的强度。硅藻土粉除了具有与硅灰同样能改善拌合物和易性，抑制EPS颗粒上浮的特性之外，其粒径更细，可以更好的发挥上述作用；同时硅藻土粉价格低，可以大幅降低轻骨料混凝土的成本。

优选的，所述玄武岩纤维的直径为7～12μm，弹性模量≥90Gpa，断裂强度≥3000Mpa。与聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维相比，玄武岩纤维的弹性模量和断裂强度更高，并且价格大幅降低，但是其缺点是与水泥砂浆的粘结性较差；本发明的硅藻土粉与玄武岩纤维混合，细粒径的硅藻土粉颗粒会附着在玄武岩纤维表面，后续与水泥、粉煤灰拌合时，就会在玄武岩表面形成由立方、棱状和层状组成的覆盖层，有效提高玄武岩纤维与水泥砂浆的粘结性，充分发挥出玄武岩纤维的高弹性模量和断裂强度的优势，进而提高轻骨料混凝土的强度和抗裂性。

优选的，所述速溶胶粉为醋酸乙烯-乙烯共聚胶粉，固含量≥99％，灰分12～4％。速溶胶粉是具有水溶性的聚合物，在水中溶解成膜并吸附一定水分，分散到EPS颗粒和水泥颗粒的周围，不仅能改善EPS颗粒与水泥胶浆的粘结性能，还能形成滚珠效应，降低水泥颗粒间的摩擦力，起到减水剂的作用。

优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥P·O52.5。P·O52.5后期强度较高，并且在高温下能保持稳定的性能。

本发明的再一目的是提供所述的轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按重量份数称取各组分；

S2.将所述改性EPS颗粒、硅藻土粉、1/3的减水剂和1/4的水拌合60～90s至均匀状态，得到黏稠状浆体；

S3.再加入玄武岩纤维、1/3的减水剂和1/4的水，搅拌40-60s，随后均匀撒入速溶乳胶粉和纤维素醚，搅拌40～60s至均匀状态，得到浆体；

S4.加入水泥、粉煤灰、砂、剩余的1/3的减水剂和1/2的水，搅拌90s-120s，得到混凝土浆体；

S5.浆体搅拌均匀后，入模，放在振动台上振实20-30s，振实完成后将表面用刮刀磨平，在标准养护环境下，带模养护2d后脱模。

步骤中，1/3的减水剂是指占减水剂总量的1/3；1/4的水是指占水的总量的1/4。

本发明的制备方法中，步骤S2先将改性EPS颗粒与硅藻土粉混合，细粒径的硅藻土粉会附着在改性EPS颗粒的表面，形成良好的包裹，进而提高改性EPS颗粒的分散性，使改性EPS颗粒可以在混凝土中均匀分布。

本发明主要从以下两方面着手提升EPS轻骨料混凝土的综合性能，一是对EPS颗粒进行改性，使它能够与水泥浆体更加有效的结合，解决EPS颗粒因为质轻而在搅拌过程中出现的上浮现象。二是对EPS轻骨料混凝土的配比和制备工艺上进行改进，改善混凝土结构均匀性，提高密实度和强度，达到轻质、高强、保温、耐久的效果。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明的制备方法先将EPS颗粒浸泡于溶胀液中，形成溶胀层，再将其浸泡于亲水改性液中，使亲水改性液中的亲水基团和亲水离子牢牢地锚固于溶胀层上，溶胀使得亲水改性液中的亲水粒子更易锚固于EPS颗粒表面。通过采用先溶胀再亲水改性的技术方案，将亲水基团和亲水离子牢牢地锚固在EPS颗粒表面，可以大幅提升EPS颗粒的亲水性能和界面结合力，进而增强EPS颗粒与水泥浆体的粘结性，提升混凝土的强度。

(2)在改性EPS颗粒、硅藻土粉、速溶乳胶粉和玄武岩纤维的共同作用下，提高了EPS轻骨料混凝土的密实度和强度，并保证了混凝土的和易性，使本发明的轻骨料混凝土可达到干密度≤1200kg/m³，28d抗压强度≥10MPa，使得EPS轻骨料混凝土轻质、高强、保温的特性发挥到最佳状态。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下实施例和对比例中，硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷C₈H₂₂N₂O₃Si，密度为1.01～1.03g/cm³；水性聚氨酯的密度为1.06～1.10g/cm³，固含量50±2％，25℃粘度1500～1800mPa·s，成膜温度为≥5℃，pH值为6.0-8.0；EPS颗粒由废弃EPS制品经再生发泡而成，粒径为3～5mm。

以下实施例及对比例改性EPS颗粒的制备方法中，EPS颗粒与溶胀液、亲水改性液的质量体积比没有特殊限制，只要实现溶胀液或亲水改性液能将EPS颗粒完全润湿即可。

本发明的轻骨料混凝土包括以下重量份数的各组分：水泥310～320份、粉煤灰100～110份、硅藻土粉10～15份、砂230～240份、改性EPS颗粒8～12份、速溶乳胶粉2～3份、玄武岩纤维0.2～0.3份、纤维素醚0.2～0.25份、减水剂6～8份、水150～160份；

水泥为普通硅酸盐水泥P·O52.5；硅藻土粉是由硅藻土经机械粉磨后，在600～650℃下煅烧1～2h后得到，比表面积为50～55m²/g，SiO₂含量＞80％，饱和吸水率为350～360％；纤维素醚为甲基羟乙基纤维素醚，粘度60000～70000mPa·s；速溶胶粉为醋酸乙烯-乙烯共聚胶粉，固含量≥99％，灰分12～4％；玄武岩纤维的直径为7～12μm，弹性模量≥90Gpa，断裂强度≥3000Mpa；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为35％，固含量为37％。

实施例1

本实施例提供一种改性EPS颗粒的制备方法，包括以下步骤：

P1.将硅烷偶联剂、水性聚氨酯和无水乙醇按质量比1:0.6:3.5进行混合，得到溶胀液；在烧杯中加入10g EPS颗粒，然后加入60mL溶胀液，在50r/min的转速下搅拌35min后，用滤网将颗粒捞出，得到表面溶胀后的EPS颗粒；

P2.将泊洛沙姆、氯化铵和水按质量比1:0.5:100进行混合，得到亲水改性液；在烧杯中加入10mL亲水改性液，再向烧杯中加入步骤P1得到的溶胀后的EPS颗粒，随后将烧杯置于带有保温功能的磁力搅拌电热套中；将温度升至50℃，开启搅拌，在100r/min的转速下搅拌35min，在搅拌过程中使用滴液漏斗将50mL亲水改性液缓慢滴加至烧杯中，滴加完毕后用滤网将颗粒捞出，分别用水和乙醇重复洗涤2～3次后，置于45℃的烘箱中烘干，即得到改性EPS颗粒。

实施例2

本实施例提供一种改性EPS颗粒的制备方法，包括以下步骤：

P1.将硅烷偶联剂、水性聚氨酯和无水乙醇按质量比1.2:0.2:3进行混合，得到溶胀液；在烧杯中加入10.5g EPS颗粒，然后加入65mL溶胀液，在60r/min的转速下搅拌40min后，用滤网将颗粒捞出，得到表面溶胀后的EPS颗粒；

P2.将泊洛沙姆、氯化铵和水按质量比1:1:100进行混合，得到亲水改性液；在烧杯中加入10mL亲水改性液，再向烧杯中加入步骤P1得到的溶胀后的EPS颗粒，随后将烧杯置于带有保温功能的磁力搅拌电热套中；将温度升至52℃，开启搅拌，在100r/min的转速下搅拌40min，在搅拌过程中使用滴液漏斗将50mL亲水改性液缓慢滴加至烧杯中，滴加完毕后用滤网将颗粒捞出，分别用水和乙醇重复洗涤2～3次后，置于45℃的烘箱中烘干，即得到改性EPS颗粒。

对比例1

本对比例的EPS颗粒未经改性。

对比例2

本对比例提供一种改性EPS颗粒的制备方法，步骤如下：将泊洛沙姆、氯化铵和水按质量比1:0.5:100进行混合，得到亲水改性液；在烧杯中加入10mL亲水改性液，再向烧杯中加入EPS颗粒，随后将烧杯置于带有保温功能的磁力搅拌电热套中；将温度升至50℃，开启搅拌，在100r/min的转速下搅拌35min，在搅拌过程中使用滴液漏斗将50mL亲水改性液缓慢滴加至烧杯中，滴加完毕后用滤网将颗粒捞出，分别用水和乙醇重复洗涤2～3次后，置于45℃的烘箱中烘干，即得到改性EPS颗粒。

即与实施例1相比，对比例2省略了溶胀步骤，直接采用亲水改性剂对EPS颗粒进行改性。

对比例3

对比例3与实施例1基本相同，区别之处在于，本对比例的溶胀液由硅烷偶联剂和水性聚氨酯按质量比1:0.6混合而成；

即与实施例1相比，对比例3的溶胀液中不含无水乙醇。

对比例4

本对比例提供一种改性EPS颗粒的制备方法，步骤如下：将硅烷偶联剂、水性聚氨酯和无水乙醇按质量比1:0.6:3.5进行混合，得到溶胀液；在烧杯中加入10g EPS颗粒，然后加入60mL溶胀液，在50r/min的转速下搅拌35min后，用滤网将颗粒捞出，即得到改性EPS颗粒；

即与实施例1相比，对比例4省略了亲水改性步骤。

利用亲水角测试仪对实施例和对比例制备得到的EPS颗粒进行亲水角度测试，测试结果见表1。亲水角度可用于判断液体对固体的浸润性，θ角的角度越小，润湿性越好。当θ＝0°，材料完全润湿；θ＝0～90°，则为亲水性的；θ＞90°，则为疏水性的；θ＝180°，则为完全不润湿。

表1改性EPS颗粒的亲水角度

从表1的试验结果可以看出，实施例1和实施例2的改性EPS颗粒，当液滴在滴落到颗粒表层的瞬间，滴液向颗粒四周扩散，很快平铺于EPS颗粒表面，最终的亲水角度仅有20°和22°，润湿性较好，亲水改性效果显著；对比例1没有经过改性的EPS颗粒，滴液落到颗粒表面时，因自身水面张力的作用，滴液呈球状立于颗粒表层，最终亲水角度为94°，表现为疏水性；对比例2的亲水角度为65°，这是因为直接用亲水改性剂对EPS进行改性，泊洛沙姆和NH⁺离子无法很好的锚固在EPS表面，该方法仅能有限的改善EPS颗粒的亲水性。对比例3的亲水角度同样较小，表现良好的亲水性，但对比例3制备方法制备出的EPS颗粒样品整体大小不均匀，有部分颗粒出现破损，如果运用在混凝土中，会影响混凝土工作性能及力学性能，这说明无水乙醇加入到溶胀液中，与硅烷偶联剂协同作用，能避免EPS颗粒溶胀过度而导致颗粒破损的问题。对比例4中的亲水角度稍低于90°的界限，这主要是因为，溶胀液本身不起到较大程度上的亲水改性效果，其主要起到构建溶胀层的作用，溶胀后的EPS颗粒表面带有粘性，仅能轻微让表面水外扩，在试验结果上表现为亲水角度适当减小。

实施例3

本实施例提供一种轻骨料混凝土，包括以下重量份数的各组分：水泥310份、粉煤灰110份、硅藻土粉10份、砂240份、实施例1的改性EPS颗粒10份、速溶乳胶粉3份、玄武岩纤维0.3份、纤维素醚0.2份、减水剂6份、水160份；

本实施例的轻骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1.按重量份数称取各组分；

S2.将实施例1的改性EPS颗粒、硅藻土粉、1/3的减水剂和1/4的水拌合60-90s至均匀状态，得到黏稠状浆体；

S3.再加入玄武岩纤维、1/3的减水剂和1/4的水，搅拌40-60s，随后均匀撒入速溶乳胶粉和纤维素醚，搅拌40-60s至均匀状态，得到浆体；

S4.加入水泥、粉煤灰、砂、剩余的1/3的减水剂和1/2的水，搅拌90s-120s，得到混凝土浆体；

S5.浆体搅拌均匀后，入模，放在振动台上振实20～30s，振实完成后将表面用刮刀磨平，在标准养护环境下，带模养护24h后脱模，得到轻骨料混凝土。

实施例4

实施例4与实施例3的区别在于，采用实施例2的改性EPS颗粒代替实施例1的改性EPS颗粒。

对比例5

对比例5与实施例3的区别在于，采用对比例1的改性EPS颗粒代替实施例1的改性EPS颗粒。

对比例6

对比例6与实施例3的区别在于，采用对比例2的改性EPS颗粒代替实施例1的改性EPS颗粒。

对比例7

对比例7与实施例3的区别在于，采用对比例3的改性EPS颗粒代替实施例1的改性EPS颗粒。

对比例8

对比例8与实施例3的区别在于，采用对比例4的改性EPS颗粒代替实施例1的改性EPS颗粒。

对比例9

对比例9与实施例3的区别在于，采用等量的硅灰代替硅藻土粉，采用等量的聚丙烯纤维替代玄武岩纤维。

对实施例3～4和对比例5～9的轻骨料混凝土进行工作性能、均匀性、力学性能、早期抗裂性能的性能指标测试，测试结果见表2和表3。

按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的规定，检测实施例及对比例的新拌混凝土的工作性能；通过CT扫描试验观察立方体试件的切面，获得EPS颗粒在混凝土中的分布情况。利用试验得到CT扫描切片图，将扫描切片图均分为等面积的上、中、下三部分，通过软件计算得到EPS面积，并按公式计算得到EPS面积分布均匀性系数，EPS面积分布均匀性指数越大，EPS混凝土中EPS分布越均匀。

表2工作性能和均匀性试验结果

从表2试验结果可知，对比例5中使用的未改性EPS颗粒制备的轻骨料混凝土的坍落度及扩展度仅有100mm和300mm，流动性表现较为一般。而实施例3和实施例4的坍落度和扩展度分别大于等于165mm和400mm，EPS混凝土质轻，其浇筑、振捣容易，此坍落度值，足以达到普通混凝土具有220-240mm坍落度时的工作性。说明本发明中使用溶胀亲水改性后的EPS颗粒制备的轻骨料混凝土流动度得到大幅度提升，工作性能得到明显改善。总体上，实施例3和实施例4的工作性能最好；对比例6和对比例8的EPS颗粒本身因其亲水性表现一般，因此坍落度和扩展度稍差；虽然对比例7的改性EPS颗粒的亲水性与实施例3相差不大，但其颗粒大小不一，部分颗粒有破损和棱角，同样影响到了混凝土的工作性能，试验结果上表现为，坍落度和扩展度分别低于实施例340mm和50mm。

根据搅拌过程的观测和均匀性试验结果发现，实施例3和实施例4的EPS颗粒亲水性好、界面粘附力大，混凝土整体粘聚性较好，未发现颗粒上浮现象，颗粒表面均匀的包裹了水泥浆体，最终均匀性系数最好，分别为0.92和0.90；未改性的EPS颗粒上浮到混凝土上面，浆体下沉，出现不均匀现象；对比例6～对比例8的轻骨料混凝土在搅拌时EPS有一定的上浮现象，粘聚性表现一般。以上试验结果说明，溶胀改性EPS颗粒可能有保证轻骨料混凝土的工作性能，解决EPS颗粒上浮现象，提升EPS颗粒均匀性。

实测实施例3～对比例9的轻骨料混凝土，干密度在1050～1160kg/m³之间。参照GB/T50081-2019《普通混凝土物理力学性能试验方法标准》和GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，对轻骨料混凝土的力学性能、早期抗裂性能进行检测，测试结果如表3所示。

表3力学性能和抗裂性能测试结果

从表3试验结果可知，相比于使用未改性EPS颗粒制备的轻骨料混凝土，实施例3和实施例4的28d抗压强度分别提高了67.1％和72.6％，抗折强度分别提高了51.4％和56.3％。这主要是因为未改性的EPS颗粒上浮，立方体上部的EPS颗粒分布较多，胶凝材料相对胶少，另外，未改性的EPS颗粒与水泥基界面粘结弱，浆体很难吸附于颗粒表面，在压力作用下容易开裂剥离，最终导致其强度较低。与对比例6～对比例8相比，实施例3和实施例4的EPS颗粒亲水性更好，颗粒均匀、圆润，EPS在混凝土中性能良好的分散，水泥浆体在EPS表面包裹形成壳，承载能力和抗折强度大幅度提高。对比使用了硅灰和聚丙烯纤维的对比例9，抗压和抗折强度分别提高了14％和18.2％，这说明，在改性EPS颗粒、硅藻土粉、速溶乳胶粉和玄武岩纤维的共同作用下，可进一步提高EPS轻骨料混凝土密实度，进而提升力学性能。

从早期抗裂平板试验试验结果可以发现，实施例3和实施例4的单位面积的总开裂面积仅有34和28mm²/m²，平板外观肉眼几乎观察不到裂缝，最终开裂等级为Ⅴ级。对比例5中虽然使用了未改性的EPS颗粒，但凭借着本发明中硅藻粉、钢纤维、速溶胶粉等物质的提升作用以及合理的配合比，仍可使轻骨料混凝土最终的抗裂等级维持在Ⅳ级；对比例6～对比例8的试验结果说明，本发明技术中的EPS改性步骤和配方缺一不可，缺少任一步骤均会导致改性EPS颗粒在轻骨料混凝中的抗裂性能无法发挥出最佳作用。对比例9虽然最终的抗力等级也为Ⅴ级，但单位面积的总开裂面积已接近Ⅴ级的上限，聚丙烯纤维和硅灰的组合能一定程度上提升轻骨料混凝土的早期抗裂性能，但使用比表面积更大的硅藻土粉和弹性模量及断裂强度更高玄武岩纤维时，可充分发挥出二者抗裂增强的优势，进而使轻骨料混凝土的力学性能和抗裂性能达到最佳。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种改性EPS颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将EPS颗粒浸泡于溶胀液中，捞出后再浸泡于45～55℃的亲水改性液中，捞出洗涤干燥后得到所述改性EPS颗粒；

所述溶胀液由硅烷偶联剂、水性聚氨酯和无水乙醇混合而成；所述亲水改性液由泊洛沙姆、氯化铵和水混合而成。

2.根据权利要求1所述的一种改性EPS颗粒的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂、水性聚氨酯和无水乙醇的质量比为(1～1.2):(0.2～0.6):(3～3.5)；所述泊洛沙姆、氯化铵和水的质量比为1:(0.5～1):100。

3.根据权利要求1所述的一种改性EPS颗粒的制备方法，其特征在于，所述EPS颗粒在溶胀液中的浸泡时间为30～60min，在亲水改性液中的浸泡时间为30～60min，浸泡过程中还包含搅拌步骤。

4.根据权利要求1所述的一种改性EPS颗粒的制备方法，其特征在于，所述EPS颗粒由废弃EPS制品经再生发泡而成，粒径为3～5mm。

5.权利要求1～4任一项所述的制备方法制备得到的改性EPS颗粒。

6.一种采用权利要求5所述的改性EPS颗粒制成的轻骨料混凝土，其特征在于，包括以下重量份数的各组分：水泥310～320份、粉煤灰100～110份、硅藻土粉10～15份、砂230～240份、改性EPS颗粒8～12份、速溶乳胶粉2～3份、玄武岩纤维0.2～0.3份、纤维素醚0.2～0.25份、减水剂6～8份、水150～160份。

7.根据权利要求6所述的一种轻骨料混凝土，其特征在于，所述硅藻土粉是由硅藻土经粉磨后，在600～650℃下煅烧后得到，比表面积为50～55m²/g。

8.根据权利要求6所述的一种轻骨料混凝土，其特征在于，所述玄武岩纤维的直径为7～12μm，弹性模量≥90Gpa，断裂强度≥3000Mpa。

9.根据权利要求6所述的一种轻骨料混凝土，其特征在于，所述速溶乳胶粉为醋酸乙烯-乙烯共聚胶粉，固含量≥99％，灰分12～4％。

10.权利要求6～9任一项所述的轻骨料混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按重量份数称取各组分；

S2.将所述改性EPS颗粒、硅藻土粉、1/3的减水剂和1/4的水拌合60-90s至均匀状态，得到黏稠状浆体；

S3.再加入玄武岩纤维、1/3的减水剂和1/4的水，搅拌40-60s，随后均匀撒入速溶乳胶粉和纤维素醚，搅拌40-60s至均匀状态，得到浆体；

S4.加入水泥、粉煤灰、砂、剩余的1/3的减水剂和1/2的水，搅拌90s-120s，得到混凝土浆体；

S5.浆体搅拌均匀后，入模，放在振动台上振实20-30s，振实完成后将表面用刮刀磨平，在标准养护环境下，带模养护2d后脱模。