CN117800667A - 一种陶粒混凝土、制备方法、预制填充墙板及外墙自保温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶粒混凝土和制备方法，并公布了由该陶粒混凝土制得的预制填充墙板及外墙自保温系统，该陶粒混凝土得到的制件具有抗压强度高、导热系数低等优势，能够满足墙板作为围护结构的力学性能要求，且保证其作为保温结构满足建筑节能要求，可用于预制填充外墙板以构建外墙自保温系统。经验证，本发明的陶粒混凝土具有高强高热阻、力学性能佳、抗冲击等优异性能，能够很好地满足保温高强建筑的要求，还具有较好的抗渗防水性能，所得到的外墙自保温系统相比于传统外墙结构形式具有更多优点，尤其是具有良好的机械性能和抗冲击性能，且能承担较大的吊挂力，力学性能良好，具有广阔的应用空间。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种陶粒混凝土及其制备方法，同时还涉及该陶粒混凝土制得的预制填充墙板及外墙自保温系统。
背景技术
混凝土是以水泥为主要材料，与水、砂、陶粒、外加剂和矿物掺合料配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。混凝土因具有硬度高、施工方便等优点，广泛应用于建筑领域。随着社会的发展，人们对建筑物的要求逐渐提高，混凝土逐渐朝着质轻强度高的方向发展，出现了陶粒混凝土。
目前，陶粒混凝土是由陶粒替代普通粗骨料的一种新型轻骨料混凝土，它的原材料主要有陶粒轻集料、轻砂、水泥以及适量的水，目前使用比较普遍的陶粒轻集料的有页岩陶粒、黏土陶粒和粉煤灰陶粒等。陶粒混凝土能够在保证一定强度的前提下有效地减轻结构自重，顺应了混凝土轻质、高强、多功能的发展方向，具有轻质、隔热保温性能好和耐火性能优异等优点，其应用广泛，可用于制作工业机械的轻型砌块、隔音防火支撑体等，是一种优质的轻型材料。
现在的陶粒混凝土与普通混凝土相比，在抗压强度、抗拉强度等方面没有显著差异，其抗弯折、抗压强度较弱，影响了陶粒混凝土的广泛应用，且多没有进行系统性的性能测试，无法验证已有的陶粒混凝土的性能。申请号为2021102579790的发明专利公布了一种陶粒混凝土及外墙板，所述陶粒混凝土的干料包括以下质量份的组分：300～500份硅酸盐水泥，500～800份陶粒，200～400份陶砂，0～100份机制砂，80～180份掺合料，0.1～1.0份减水剂，0.1～0.5份改性剂，0～3份防裂增强剂。这种外墙板的制备组分包括该陶粒混凝土，虽然该发明中公布的陶粒混凝土强度有所提升，但其仍只能应用于制备装配式建筑非承重用中密度轻质混凝土外墙挂板，不具有真正意义上的高强度、抗弯折、抗冲击等特性。
为了将轻质、高强、多功能的陶粒混凝土广泛应用，需要进一步提高现有陶粒混凝土的抗折强度，但混凝土的力学性能受到材料、配比、工艺等多方面的影响，因此，在满足其他力学性能的同时，提高陶粒混凝土的抗压、劈裂抗拉强度、抗渗防水等其他方面的综合性能是需要持续深入研究的，陶粒混凝土具有广阔的改善空间和应用前景。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种陶粒混凝土材料及其制备方法，以优化其在抗压强度、导热系数、抗渗防水等方面的性能，得到轻质高强的陶粒混凝土材料；
目的之二在于提供一种应用该陶粒混凝土制成的预制填充墙板及其制备方法；
目的之三在于提供一种外墙自保温系统，能够更好地满足高强建筑的需求。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案如下：
本发明首先公布了一种陶粒混凝土，采用浆料泡沫混合搅拌法制得，包括如下重量份的原料：
水泥40～60份；
粉煤灰10～15份；
减水剂3～8份；
改性聚丙烯纤维10～20份；
发泡剂3～8份；
水适量；
所述改性聚丙烯纤维为经羟基硅油升温进行表面改性的聚丙烯纤维。
优选的，前述水泥选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。该强度等级的水泥既能提高材料强度，又能避免水泥强度等级过高造成的干缩裂缝等问题。
优选的，前述减水剂采用高性能复合动物蛋白减水剂，比如苏博特的聚羧酸高性能减水剂。由于泡沫中含有大量的水分，为控制水灰比，保证材料强度，与固体粒料搅拌的加水量须严格控制，因此需要加入减水剂才能保证充分的搅拌。而且，减水剂还可以改善陶粒混凝土的相关物理化学性能，如抗冻性、抗渗性、耐久性等。
优选的，前述粉煤灰是一种活性火山灰材料。能降低水泥初凝水化热，从而减少材料干缩；并改善材料和易性，增加后期强度。
本发明还公布了一种陶粒混凝土，在前述原料的基础上，进一步加入了10～20份水化硅酸钙，能够明显提高混凝土的抗渗防水性能。
优选的，前述改性聚丙烯纤维的制备方法为：将10～20重量份的羟基硅油与40～60份的聚丙烯纤维混合均匀，在保护气体气氛下，升温至60～80℃并保持3～6h。通过羟基硅油对聚丙烯纤维进行表面改性后，使得聚丙烯纤维在混凝土体系中的舒展性和分散性更好，与水泥基材料更好地粘结在一起，从而进一步优化混凝土材料机械性能和抗压抗冲击强度。
本发明还公布了如前所述的陶粒混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备改性聚丙烯纤维：将10～20重量份的羟基硅油与40～60份的聚丙烯纤维混合均匀，在保护气体气氛下，升温至60～80℃并保持3～6h，得改性聚丙烯纤维；
S2、称取准备如下重量份的各原料：水泥40～60份；步骤S1制得的改性聚丙烯纤维10～20份；粉煤灰10～15份；减水剂3～8份；发泡剂3～8份；还可进一步包括水化硅酸钙10～20份；
S3、将除发泡剂外的其他原料搅拌均匀，并加入水，制成混合浆料；
S4、将所述发泡剂和水按比例混合制成稀释液，将所述稀释液置于发泡机内，与空气混合形成泡沫；
S5、将泡沫与浆料搅拌均匀，浇筑得到陶粒混凝土材料。优选的，泡沫与混合浆料混合搅拌时，搅拌机转速为1000r/min左右，完全混合后持续时间在30s左右。
优选的，前述步骤S1中，保护气体为氩气、氮气或氦气。
优选的，前述泡沫采用物理发泡的形式，通常使用专用发泡机制备，具体发泡过程为：首先将发泡剂和水按1：50比例混合制成稀释液；再将稀释液体放入发泡机中，启动发泡机，使其与空气混合形成泡沫。
优选的，前述制得的泡沫密度一般应控制在30～50g/L；通过控制稀释液的吸入量改变泡沫的密度；泡沫密度过大含水量过大，影响陶粒混凝土强度；密度过小泡沫半衰期短，容易破碎造成塌模。
优选的，前述步骤S1中，采用球磨混合法或高速搅拌机将羟基硅油与聚丙烯纤维混合均匀，有助于提高混凝土的固体强度和耐冲击性能。
本发明还公布了一种应用了前述陶粒混凝土的预制填充墙板，所述陶粒混凝土外填充墙板内部配置双向双层钢筋网片，墙板两侧设置C型槽，采用立式模板组的模板形式进行竖向浇筑。
如前所述的预制填充墙板的制备方法，包括如下步骤：
a、根据预制墙板厚度，拼装对应厚度的侧板和底板；
b、在模板内侧刷脱模剂后，钢板滑动至一边与侧板和底板拼接，拉紧对拉螺杆；
c、吊放钢筋网片并浇筑如前所述的陶粒混凝土，浇筑完成后顶部抹平盖板保持平整度，并浇水养护，1至2天拆模，或直接进养护窑养护，8小时拆模；
d、自然养护7天后，可进行运输和安装。
此外，本发明还公布了一种外墙自保温系统，包括围护结构和设置于围护结构内的预制填充墙板，所述预制填充墙板由内部配置双向双层钢筋加强网的陶粒混凝土浇筑而成，所述围护结构包括混凝土框架和主体结构保温层，在所述预制填充墙板和围护结构之间采用砂浆填缝。
本发明的有益之处在于：
(1)本发明的陶粒混凝土所用原料成本低、易获取，通过调整组分的配比，可制备出不同干湿密度等级的材料，且材料具有抗压强度高、导热系数低等优势，能够满足墙板作为围护结构的力学性能要求，还能作为保温结构满足建筑节能要求，可用于预制填充外墙板。经验证，该陶粒混凝土具有高强高热阻、隔音性能好、耐久性、耐候性好等优异性能，能够很好地满足保温高强建筑的要求。
(2)通过对聚丙烯纤维进行改性，使其在混凝土中的分散性和舒展性更好，从而能够更加充分地利用聚丙烯纤维的高强优势，优化混凝土的抗压强度和耐冲击性能；而水化硅酸钙的加入则能显著提高材料的密实性，进而优化抗渗防水性能。
(3)采用上述颗粒混凝土制备的预制填充墙板，在立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和棱柱体抗压强度等方面性能优良，较优实施例的墙板可承受2.5倍以上堆载荷载作用而跨中挠度未达到规范限值，吊装阶段可以承受不大于2.0的动力系数，承受多次沙袋冲击表面仍无裂痕，适用于高强建筑墙体要求，可以实现建筑围护和保温一体化，能够满足建筑节能要求，且墙板工厂预制，现场装配式施工，相比于传统外墙结构形式具有施工更加便利的优点。
(4)本发明所制得的外墙自保温系统在机械性能、力学性能和安全性能等方面都具有显著的优势，在常规风荷载作用下不会出现裂缝或挠度过大的现象，作为非结构构件可以承受八度及以下的罕遇地震。
总的来说，本发明的陶粒混凝土材料具有轻质高强高热阻防渗水的特点，所制得的预制填充墙板能实现围护、保温一体化的功能，满足夏热冬冷地区建筑65％节能率的要求，且墙板具有良好的抗弯、抗冲击性能，能承受较大的吊挂力，力学性能良好，具有广阔的应用空间。
附图说明
图1是实施例1～3的陶粒混凝土的生产工艺流程图；
图2是本发明的陶粒混凝土所制得的试件产品实物图；
图3是制备陶粒混凝土外墙板立式模板组的模板结构图；
图4是本发明中预制填充墙板的工艺流程图；
图5是本发明所得到的预制填充墙板的产品实物图；
图6是本发明陶粒混凝土外墙自保温系统组成示意图。
图中主要附图标记含义为：
1、混凝土框架 2、双向双层钢筋网
3、纤维网格布 4、主体结构保温层
5、硅酮胶密封层 6、混凝土板
7、直钢筋 8、砂浆灌缝
9、砂浆座浆 10、砂浆填缝
11、钢架 12、钢板
13、侧模 14、底模
15、对拉螺杆 16、滑轨。
具体实施方式
本发明中若无特别说明，所用原料均为市购。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行清楚、完整的描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1～3及对比例1～2的重量份配比参见下表1：
| 原料组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 水泥 | 50 | 40 | 60 | 60 | 40 |
| 改性聚丙烯纤维 | 20 | 20 | 10 | 0 | 0 |
| 粉煤灰 | 15 | 15 | 10 | 15 | 10 |
| 减水剂 | 7 | 7 | 3 | 8 | 5 |
| 发泡剂 | 8 | 8 | 3 | 7 | 5 |
| 水化硅酸钙 | 0 | 10 | 14 | 10 | 0 |
| 水 | 适量 | 适量 | 适量 | 适量 | 适量 |
表1
其中，改性聚丙烯纤维为经羟基硅油升温进行表面改性的聚丙烯纤维；水泥选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；减水剂采用高性能复合动物蛋白减水剂，比如苏博特的聚羧酸高性能减水剂；粉煤灰是一种活性火山灰材料；水的用量以实际需要为准。
各实施例和对比例的制备方法大致相似，如图1所示，具体步骤如下：
S1、制备改性聚丙烯纤维：将羟基硅油与聚丙烯纤维混合均匀，在保护气体气氛(氮气、氩气或氦气)下，升温至60～80℃并保持3～6h，得改性聚丙烯纤维；(对比例1中不采用改性聚丙烯纤维，则相应地无该步骤)
S2、按上表用量称取准备如下各原料：水泥、改性聚丙烯纤维、粉煤灰、减水剂、发泡剂；还可进一步包含水化硅酸钙(实施例2、实施例3及对比例1)；
S3、将除发泡剂外的其他原料搅拌均匀，并加入水，制成混合浆料；
S4、将所述发泡剂和水按比例混合制成稀释液，将所述稀释液置于发泡机内，与空气混合形成泡沫；
S5、将泡沫与浆料搅拌均匀，各实施例和对比例分别进行浇筑，制得尺寸为100mmx100mmx100mm立方体试块，如图2所示。
经28天养护期后，分别对各实施例和对比例所制得的陶粒混凝土试块进行性能测试，包括立方体抗压强度、导热系数及抗渗防水性能，测试方法均采用国标或行业标准，结果如下
表2：
表2
由表2可见，在陶粒混凝土体系中加入改性的聚丙烯纤维，使聚丙烯纤维在混凝土中的分散性和舒展性更好，从而能够更加充分地利用聚丙烯纤维的高强优势，进而优化了混凝土的抗压强度，实施例1～3的抗压强度均高达12.8MPa以上，相较于对比例1和对比例2具有明显的优势，本发明的各实施例也具有更低的导热系数，作为墙体保温材料具有更大的优势。
在实施例2和3的陶粒混凝土中加入的水化硅酸钙则能显著提高材料的密实性，进而优化抗渗防水性能，从表2的分析结果可见，实施例2、3及对比例1中因水化硅酸钙的加入使透水压力比大大提升，36h吸水量也降低，说明其抗渗防水性能得到提升。而整体配方的调整，使得材料的综合性能得到更好的优化，实施例2和实施例3是较优实施例。
进一步地，以实施例1～3及对比例1～2所制得的陶粒混凝土为原料，采用图3所示的模具预制填充墙板，该模具由钢架11、钢板12、侧模13、底模14、对拉螺杆15及滑轨16组成，预制步骤如图4所示，包括：
a、根据预制墙板厚度，拼装对应厚度的侧板和底板；
b、在模板内侧刷脱模剂后，钢板12滑动至一边与侧板和底板拼接，拉紧对拉螺杆15；
c、吊放钢筋网片并浇筑陶粒混凝土，浇筑完成后顶部抹平盖板保持平整度，并浇水养护，1至2天拆模，或直接进养护窑养护，8小时拆模；
d、自然养护7天后，进行运输和安装。
所预制的填充墙板尺寸为：600mm宽度，2400mm长度，150mm厚度，产品图片如图5所示。
为验证最终产品的性能，采用预制填充墙板构建如图6所示的外墙自保温系统(分别记作实施例4～6及对比例3～4)，该外墙自保温系统包括：混凝土框架1、砂浆座浆9和混凝土板6(即前述的预制填充墙板)，边缘处进行了砂浆灌缝8和砂浆填缝10，并在混凝土板6内部嵌设有直钢筋7、双向双层钢筋网2和纤维网格布3，在混凝土框架1边缘设置有主体结构保温层4，具体可采用聚苯乙烯泡沫作为主体结构保温层4，并在保温层外抹硅酮胶密封层5以进一步优化密封性能。
对实施例4～6及对比例3～4的外墙自保温系统进行如下性能检测，结果如下表3：
表3
由表3可见，实施例5和实施例6的耐冲击性能最优，墙板吊挂力达到1200N以上，说明实施例2和实施例3的较优实施例产品应用至外墙中，具有最好的实施性能和效果，具有极好的市场前景。
综上，本发明的陶粒混凝土所用原料成本低、易获取，通过调整组分的配比，加入了特制的改性聚丙烯纤维和水化硅酸钙，可制备出不同干湿密度等级的材料，具有抗压强度高、导热系数低等优势，能够满足墙板作为围护结构的力学性能要求，且能够保证其作为保温结构满足建筑节能要求，可用于预制填充外墙板。经验证，该材料具有高强高热阻、隔音性能好、耐久性、耐候性好、力学性能佳、抗冲击性能好等诸多优异性能，能够很好地满足保温高强建筑的要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，本领域的技术人员应当了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种陶粒混凝土，其特征在于，采用浆料泡沫混合搅拌法制得，包括以下重量份的原料：水泥40～60份；
粉煤灰10～15份；
减水剂3～8份；
改性聚丙烯纤维10～20份；
发泡剂3～8份；
水适量；
所述改性聚丙烯纤维为经羟基硅油升温进行表面改性的聚丙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的一种陶粒混凝土，其特征在于，还包括10～20份水化硅酸钙。
3.如权利要求1所述的一种陶粒混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备改性聚丙烯纤维：将10～20重量份的羟基硅油与40～60份的聚丙烯纤维混合均匀，在保护气体气氛下，升温至60～80℃并保持3～6h，得改性聚丙烯纤维；
S2、称取准备如下重量份的各原料：水泥40～60份；步骤S1制得的改性聚丙烯纤维10～20份；粉煤灰10～15份；减水剂3～8份；发泡剂3～8份；
S3、将除发泡剂外的其他原料搅拌均匀，并加入水，制成混合浆料；
S4、将所述发泡剂和水按比例混合制成稀释液，将所述稀释液置于发泡机内，与空气混合形成泡沫；
S5、将泡沫与浆料搅拌均匀，浇筑得到陶粒混凝土材料。
4.如权利要求2所述的一种陶粒混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备改性聚丙烯纤维：将10～20重量份的羟基硅油与40～60份的聚丙烯纤维混合均匀，在保护气体气氛下，升温至60～80℃并保持3～6h，得改性聚丙烯纤维；
S2、称取准备如下重量份的各原料：水泥40～60份；步骤S1制得的改性聚丙烯纤维10～20份；水化硅酸钙10～20份；粉煤灰10～15份；减水剂3～8份；发泡剂3～8份；
S3、将除发泡剂外的其他原料搅拌均匀，并加入水，制成混合浆料；
S4、将所述发泡剂和水按比例混合制成稀释液，将所述稀释液置于发泡机内，与空气混合形成泡沫；
S5、将泡沫与浆料搅拌均匀，浇筑得到陶粒混凝土材料。
5.根据权利要求3或4所述的一种陶粒混凝土材料的制备方法，其特征在于，其特征在于，所述步骤S1中，保护气体为氩气、氮气或氦气。
6.根据权利要求3或4所述的一种陶粒混凝土材料的制备方法，其特征在于，其特征在于，所述步骤S1中，采用球磨混合法或高速搅拌机将羟基硅油与聚丙烯纤维混合均匀。
7.根据权利要求3或4所述的陶粒混凝土，其特征在于：所述减水剂采用高性能复合动物蛋白减水剂。
8.根据权利要求3或4所述的陶粒混凝土，其特征在于：所述步骤S4中的泡沫为物理发泡，泡沫密度为30～50g/L。
9.一种预制填充墙板，内部配置有双向双层钢筋网片，墙板两侧设置C型槽，其特征在于：所述预制填充墙板的浇筑部分由权利要求1或2所述的陶粒混凝土制得。
10.一种外墙自保温系统，其特征在于：由权利要求9所述的预制填充墙板及相关围护结构组成，所述围护结构包括混凝土框架和主体结构保温层，在所述预制填充墙板和围护结构之间采用砂浆填缝。
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