CN116283160A - 一种轻质高强混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述一种轻质高强混凝土的制备方法，所述制备方法包括制备改性空心玻璃微珠、制备改性陶粒、混料步骤；所述改性空心玻璃微珠包括一次改性和二次改性；所述制备改性陶粒，将正硅酸乙酯与20倍体积的乙醇溶液混合，然后加入陶粒静置，静置完成后加入十二烷基苯磺酸钠和甜菜碱搅拌，最后放于γ‑射线下辐照制得改性陶粒。采用本发明的方法制得的混凝土，在密度低至571‑576g/cm3的同时，抗压强度达到61.8‑64.7MPa，抗折强度达到29.24‑30.07MPa，并且具备优异的强度保持性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻质高强混凝土的制备方法，属于混凝土技术领域。
背景技术
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，它是由胶凝材料、颗粒状集料、水以及必要时加入的外加剂和掺和料按一定比例配制，经搅拌均匀，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富、价格低廉，生产工艺简单的优点，不仅是在各种土木工程中使用，就是在造船业、机械工业、海洋的开发、地热工程等，混凝土也是重要的材料。
现有技术制备的混凝土，通常是加入矿粉、粉煤灰等成分用于提高混凝土的抗压强度，但是上述成分的添加会造成混凝土的重量大大增加，严重影响使用性能；而且制备的混凝土，不能经受低温环境的影响，在低温下强度保持性能差。
为了降低混凝土的重量，现有技术通常是增加混凝土中的孔隙，但是又会在一定程度上降低混凝土的强度。
因此，现有技术制得的混凝土，存在以下问题：
1.在提高强度性能的同时，重量大，并且在低温环境下强度保持性能差；
2.在降低重量的同时，强度性能差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，制备一种轻质高强的混凝土，在降低重量的同时，提高强度，并且强度保持性能优异。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
1.制备改性空心玻璃微珠
（1）一次改性
将空心玻璃微珠置于氢氧化钠溶液中搅拌3.8-4.2h，搅拌转速为420-580rpm，搅拌结束后进行电流处理，处理后将溶液调节pH至7.0-7.2，经过滤洗涤干燥，制得一次改性后的空心玻璃微珠；
所述空心玻璃微珠，粒径为28-32μm，壁厚1.1-1.3μm，二氧化硅含量90-92%；
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为38-42%；
所述空心玻璃微珠与氢氧化钠溶液的质量体积比为8-12:420-580；
所述电流处理，电流处理时间为28-32min，电流为8-12μA。
（2）二次改性
向一次改性后的空心玻璃微珠中加入硅烷偶联剂，加入乙醇-水溶液，升温至68-72℃搅拌1.5-2.5h，搅拌转速为160-240rpm；然后加入异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、司盘80，保持转速为500-700rpm，搅拌20-40min；再加入聚乙烯蜡，搅拌1-1.5h，搅拌转速为350-450rpm，经过滤洗涤干燥制得改性空心玻璃微珠；
所述一次改性后的空心玻璃微珠与硅烷偶联剂的质量比为8-12:1.8-2.1；
所述一次改性后的空心玻璃微珠与乙醇-水溶液的质量比为8-12:280-350；
所述异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、司盘80与聚乙烯蜡的质量比为0.9-1.1:0.4-0.6:0.3-0.5；
所述硅烷偶联剂与司盘80的质量比为1.8-2.1:0.4-0.6；
所述乙醇-水溶液的质量浓度为58-62%；
所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅的混合物，所述乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅的混合物的质量比为1:0.5-2；
所述聚乙烯蜡的分子量为6300-6700。
2.制备改性陶粒
将正硅酸乙酯与20倍体积的乙醇溶液混合，然后加入陶粒静置1.5-2.5h，静置完成后加入十二烷基苯磺酸钠和甜菜碱，搅拌15-25min，搅拌转速为600-800rpm，最后放于γ-射线下辐照制得改性陶粒；
所述乙醇溶液的的质量浓度为40%；
所述正硅酸乙酯、陶粒、十二烷基苯磺酸钠与甜菜碱的质量比为6-8:10-13：0.1-0.3:0.1-0.2；
所述辐照，辐照剂量为18-22kGy，辐照剂量率为0.4-0.6kGy/h，辐照时间为2-5min。
3.混料
所述混料步骤为，将改性陶粒、减水剂、改性空心玻璃微珠混合，搅拌3-8min，搅拌转速为700-900rpm，然后加入1/3质量的水，搅拌8-15min，搅拌转速为1000-1400rpm；再加入水泥、粉煤灰、纤维混合，最后加入剩余质量的水搅拌15-25min，搅拌转速为600-800rpm，出料、成型、养护制得轻质高强混凝土；
所述混料步骤中，水泥、改性陶粒、粉煤灰、减水剂、纤维、改性空心玻璃微珠与水的质量比为28-35:105-112:73-80:0.1-0.3:0.2-0.4:35-42:15-18；
所述水泥为P·II52.5硅酸盐水泥；
所述粉煤灰的堆积密度为0.840-0.850g/cm3，二氧化硅含量＞95%；
所述减水剂为木质素磺酸钠；
所述纤维是质量比为1:0.5-2的聚丙烯纤维与聚乙烯醇纤维的混合物；
所述聚丙烯纤维，密度为0.88-0.91kg/m3，长径比为12.3-12.6；
所述聚乙烯醇纤维，长度为10-13mm，直径为0.03-0.05mm，伸长率为6-8%。
1.本发明制备轻质高强混凝土的方法，利用陶粒质轻、强度高的性能，对其进行进一步活化制得改性陶粒，使其与其他成分具备更高度的配伍性，进而在降低重量的同时，增强了混凝土的强度性能；
本发明制备轻质高强混凝土的方法，通过对空心玻璃微珠的改性，增加了空心玻璃微珠的比表面积和孔隙率，能够更加充分的将其他原料成分吸附至孔洞中，减少后续过程中的损失，进而增强了混凝土的强度性能和强度保持性能；
2.采用本发明的方法制得的轻质高强混凝土，密度为571-576g/cm3；
3.采用本发明的方法制得的轻质高强混凝土，抗折强度为29.24-30.07MPa，抗压强度为61.8-64.7MPa（GB/T 50081-2019）；
标准养护28d后，置于-20℃下静置15d，抗压强度为60.2-63.4MPa，抗折强度为27.54-28.64MPa；置于-30℃下静置15d，抗压强度为56.1-59.8MPa，抗折强度为23.47-25.11MPa；置于-50℃下静置15d，抗压强度为49.8-55.3MPa，18.16-20.39MPa；
4.采用本发明的方法制得的轻质高强混凝土，弹性模量为4658-4684MPa（GB/T50081-2019）。
实施方式
实施例1 一种轻质高强混凝土的制备方法
1.制备改性空心玻璃微珠
（1）一次改性
将10g空心玻璃微珠置于500mL氢氧化钠溶液中搅拌4h，搅拌转速为500rpm，搅拌结束后进行电流处理，处理后将溶液调节pH至7.0，经过滤洗涤干燥，制得一次改性后的空心玻璃微珠；
所述空心玻璃微珠，粒径为30μm，壁厚1.2μm，二氧化硅含量92%；
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为40%；
所述电流处理，电流处理时间为30min，电流为10μA。
（2）二次改性
向10g一次改性后的空心玻璃微珠中加入2g硅烷偶联剂，加入300g乙醇-水溶液，升温至70℃搅拌2h，搅拌转速为200rpm；然后加入1g异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、0.5g 司盘80，保持转速为600rpm，搅拌30min；再加入0.4g聚乙烯蜡，搅拌1.2h，搅拌转速为400rpm，经过滤洗涤干燥制得改性空心玻璃微珠；
所述乙醇-水溶液的质量浓度为60%；
所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅的混合物，所述乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅的混合物的质量比为1:1；
所述聚乙烯蜡的分子量为6500。
2.制备改性陶粒
将7g正硅酸乙酯与20倍体积的乙醇溶液混合，然后加入12g陶粒静置2h，静置完成后加入0.2g十二烷基苯磺酸钠和0.1g甜菜碱，搅拌20min，搅拌转速为700rpm，最后放于γ-射线下辐照制得改性陶粒；
所述乙醇溶液的的质量浓度为40%；
所述辐照，辐照剂量为20kGy，辐照剂量率为0.5kGy/h，辐照时间为3min。
3.混料
所述混料步骤为，将110g改性陶粒、0.2g减水剂、40g改性空心玻璃微珠混合，搅拌5min，搅拌转速为800rpm，然后加入5.3g水，搅拌10min，搅拌转速为1200rpm；再加入30g水泥、75g粉煤灰、0.3g纤维混合，最后加入10.7g水搅拌20min，搅拌转速为700rpm，出料、成型、养护制得轻质高强混凝土；
所述水泥为P·II52.5硅酸盐水泥；
所述粉煤灰的堆积密度为0.847g/cm3，二氧化硅含量＞95%；
所述减水剂为木质素磺酸钠；
所述纤维是质量比为1:0.5的聚丙烯纤维与聚乙烯醇纤维的混合物；
所述聚丙烯纤维，密度为0.90kg/m3，长径比为12.6；
所述聚乙烯醇纤维，长度为12mm，直径为0.04mm，伸长率为7%。
实施例2 一种轻质高强混凝土的制备方法
1.制备改性空心玻璃微珠
（1）一次改性
将12g空心玻璃微珠置于580mL氢氧化钠溶液中搅拌4.2h，搅拌转速为550rpm，搅拌结束后进行电流处理，处理后将溶液调节pH至7.1，经过滤洗涤干燥，制得一次改性后的空心玻璃微珠；
所述空心玻璃微珠，粒径为32μm，壁厚1.3μm，二氧化硅含量90%；
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为42%；
所述电流处理，电流处理时间为32min，电流为8μA。
（2）二次改性
向12g一次改性后的空心玻璃微珠中加入2.1g硅烷偶联剂，加入350g乙醇-水溶液，升温至72℃搅拌2.5h，搅拌转速为240rpm；然后加入1.1g异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、0.6g 司盘80，保持转速为700rpm，搅拌20min；再加入0.5g聚乙烯蜡，搅拌1.5h，搅拌转速为350rpm，经过滤洗涤干燥制得改性空心玻璃微珠；
所述乙醇-水溶液的质量浓度为62%；
所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅的混合物，所述乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅的混合物的质量比为1:2；
所述聚乙烯蜡的分子量为6700。
2.制备改性陶粒
将9g正硅酸乙酯与20倍体积的乙醇溶液混合，然后加入20g陶粒静置2.5h，静置完成后加入0.3g十二烷基苯磺酸钠和0.2g甜菜碱，搅拌25min，搅拌转速为600rpm，最后放于γ-射线下辐照制得改性陶粒；
所述乙醇溶液的的质量浓度为42%；
所述辐照，辐照剂量为22kGy，辐照剂量率为0.6kGy/h，辐照时间为2min。
3.混料
所述混料步骤为，将105g改性陶粒、0.3g减水剂、35g改性空心玻璃微珠混合，搅拌8min，搅拌转速为700rpm，然后加入6g水，搅拌15min，搅拌转速为1000rpm；再加入35g水泥、80g粉煤灰、0.4g纤维混合，最后加入12g水搅拌25min，搅拌转速为600rpm，出料、成型、养护制得轻质高强混凝土；
所述水泥为P·II52.5硅酸盐水泥；
所述粉煤灰的堆积密度为0.850g/cm3，二氧化硅含量＞95%；
所述减水剂为木质素磺酸钠；
所述纤维是质量比为1:1的聚丙烯纤维与聚乙烯醇纤维的混合物；
所述聚丙烯纤维，密度为0.91kg/m3，长径比为12.5；
所述聚乙烯醇纤维，长度为13mm，直径为0.03mm，伸长率为8%。
实施例3 一种轻质高强混凝土的制备方法
1.制备改性空心玻璃微珠
（1）一次改性
将8g空心玻璃微珠置于4200mL氢氧化钠溶液中搅拌3.8h，搅拌转速为450rpm，搅拌结束后进行电流处理，处理后将溶液调节pH至7.2，经过滤洗涤干燥，制得一次改性后的空心玻璃微珠；
所述空心玻璃微珠，粒径为28μm，壁厚1.1μm，二氧化硅含量91%；
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为38%；
所述电流处理，电流处理时间为28min，电流为12μA。
（2）二次改性
向8g一次改性后的空心玻璃微珠中加入1.8g硅烷偶联剂，加入280g乙醇-水溶液，升温至68℃搅拌1.5h，搅拌转速为160rpm；然后加入0.9g异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、0.4g司盘80，保持转速为500rpm，搅拌40min；再加入0.3g聚乙烯蜡，搅拌1 h，搅拌转速为450rpm，经过滤洗涤干燥制得改性空心玻璃微珠；
所述乙醇-水溶液的质量浓度为58%；
所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅的混合物，所述乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅的混合物的质量比为1:0.5；
所述聚乙烯蜡的分子量为6300。
2.制备改性陶粒
将6g正硅酸乙酯与20倍体积的乙醇溶液混合，然后加入10g陶粒静置1.5h，静置完成后加入0.1g十二烷基苯磺酸钠和0.2g甜菜碱，搅拌15min，搅拌转速为800rpm，最后放于γ-射线下辐照制得改性陶粒；
所述乙醇溶液的的质量浓度为38%；
所述辐照，辐照剂量为18kGy，辐照剂量率为0.4kGy/h，辐照时间为5min。
3.混料
所述混料步骤为，将112g改性陶粒、0.1g减水剂、42g改性空心玻璃微珠混合，搅拌3min，搅拌转速为900rpm，然后加入5g水，搅拌8min，搅拌转速为1400rpm；再加入28g水泥、73g粉煤灰、0.2g纤维混合，最后加入10g水搅拌15min，搅拌转速为800rpm，出料、成型、养护制得轻质高强混凝土；
所述水泥为P·II52.5硅酸盐水泥；
所述粉煤灰的堆积密度为0.840g/cm3，二氧化硅含量＞95%；
所述减水剂为木质素磺酸钠；
所述纤维是质量比为1：2的聚丙烯纤维与聚乙烯醇纤维的混合物；
所述聚丙烯纤维，密度为0.88kg/m3，长径比为12.3；
所述聚乙烯醇纤维，长度为10mm，直径为0.05mm，伸长率为6%。
对比例1
在实施例1的基础上，改变之处为：将“改性空心玻璃微珠”替换为“空心玻璃微珠”，省略改性步骤；其余操作均相同。
对比例2
在实施例1的基础上，改变之处为：将“改性陶粒”替换为“陶粒”，省略对陶粒的改性步骤；其余操作步骤均相同。
性能检测试验
1.强度性能测试
根据GB/T 50081-2019检测。
2.低温下的强度性能测试
取每组成型3块试件，标准养护28d后，分别置于-20℃、-30℃以及-50℃下静置15d，自然冷却至室温后测试强度。
3.弹性模量
根据GB/T 50081-2019检测。
检测结果如下：
根据上表可知，对比例1采用未经改性的空心玻璃微珠，其制得的混凝土的密度明显高于实施例1-3，强度明显低于实施例1-3，本发明采用特定的方法对空心玻璃微珠进行改性，增加了空心玻璃微珠的比表面积和孔隙率，能够更加充分的将其他原料成分吸附至孔洞中，减少后续过程中的损失，进而增强了混凝土的强度性能和强度保持性能；
对比例2采用未经改性的陶粒制得的混凝土的密度明显高于实施例1-3，强度明显低于实施例1-3；本发明采用特定的方法对陶粒进行改性，利用其本身的质轻、强度高的性能，并对其进行进一步的活化，使其与其他成分具备更高度的配伍性，进而在降低重量的同时，增强了混凝土的强度性能；
因此，本发明采用改性空心玻璃微珠与改性陶粒，在降低混凝土重量的同时，提高了强度性能和强度保持性能。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，
所述混凝土的制备方法包括制备改性空心玻璃微珠、制备改性陶粒、混料步骤；
所述改性空心玻璃微珠包括一次改性和二次改性；
所述一次改性，将空心玻璃微珠置于氢氧化钠溶液中搅拌，搅拌结束后进行电流处理，处理后调节溶液pH 7.0-7.2，经过滤洗涤干燥，制得一次改性后的空心玻璃微珠；
所述二次改性，向一次改性后的空心玻璃微珠中加入硅烷偶联剂，加入乙醇-水溶液，升温至68-72℃搅拌1.5-2.5h，搅拌转速为160-240rpm；然后加入异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、司盘80，保持转速为500-700rpm，搅拌20-40min；再加入聚乙烯蜡，搅拌1-1.5h，搅拌转速为350-450rpm，经过滤洗涤干燥制得改性空心玻璃微珠；
所述制备改性陶粒，将正硅酸乙酯与20倍体积的乙醇溶液混合，然后加入陶粒静置，静置完成后加入十二烷基苯磺酸钠和甜菜碱搅拌，最后放于γ-射线下辐照制得改性陶粒。
2.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，
所述空心玻璃微珠，粒径为28-32μm，壁厚1.1-1.3μm，二氧化硅含量90-92%；
所述氢氧化钠溶液的质量浓度为38-42%；
所述空心玻璃微珠与氢氧化钠溶液的质量体积比为8-12:420-580。
3.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，
所述一次改性步骤中的搅拌时间为3.8-4.2h，搅拌转速为420-580rpm；
所述电流处理步骤中处理时间为28-32min，电流为8-12μA。
4.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，
所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅的混合物，所述乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅的质量比为1:0.5-2；
所述聚乙烯蜡的分子量为6300-6700。
5.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，
所述一次改性后的空心玻璃微珠与硅烷偶联剂的质量比为8-12:1.8-2.1；
所述一次改性后的空心玻璃微珠与乙醇-水溶液的质量比为8-12:280-350；
所述异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、司盘80与聚乙烯蜡的质量比为0.9-1.1:0.4-0.6:0.3-0.5；
所述硅烷偶联剂与司盘80的质量比为1.8-2.1:0.4-0.6；
所述乙醇-水溶液的质量浓度为58-62%。
6.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，
所述辐照步骤中的辐照剂量为18-22kGy，辐照剂量率为0.4-0.6kGy/h，辐照时间为2-5min。
7.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，
所述制备改性陶粒步骤中的静置时间为1.5-2.5h；
所述制备改性陶粒步骤中的搅拌时间为15-25min，搅拌转速为600-800rpm。
8.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，
所述乙醇溶液的质量浓度为40%；
所述正硅酸乙酯、陶粒、十二烷基苯磺酸钠与甜菜碱的质量比为6-8:10-13：0.1-0.3:0.1-0.2。
9.根据权利要求1所述的一种轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，
所述混料步骤为，将改性陶粒、减水剂、改性空心玻璃微珠混合，搅拌3-8min，搅拌转速为700-900rpm，然后加入1/3质量的水，搅拌8-15min，搅拌转速为1000-1400rpm；再加入水泥、粉煤灰、纤维混合，最后加入剩余质量的水搅拌15-25min，搅拌转速为600-800rpm，出料、成型、养护制得轻质高强混凝土。
10.根据权利要求9所述的一种轻质高强混凝土的制备方法，其特征在于，
所述混料步骤中，水泥、改性陶粒、粉煤灰、减水剂、纤维、改性空心玻璃微珠与水的质量比为28-35:105-112:73-80:0.1-0.3:0.2-0.4:35-42:15-18；
所述水泥为P·II52.5硅酸盐水泥；
所述粉煤灰的堆积密度为0.840-0.850g/cm3，二氧化硅含量＞95%；
所述聚丙烯纤维，密度为0.88-0.91kg/m3，长径比为12.3-12.6；
所述聚乙烯醇纤维，长度为10-13mm，直径为0.03-0.05mm，伸长率为6-8%；
所述减水剂为木质素磺酸钠；
所述纤维是质量比为1:0.5-2的聚丙烯纤维与聚乙烯醇纤维的混合物。
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