一种超高强轻质混凝土及其制备方法

摘要

本发明公开了一种超高强轻质混凝土及其制备方法。其包括以下重量份的组分：水泥20～40份、养护剂0.1～1份、改性粉煤灰漂珠5～10份、增稠剂1～5份、外加剂0.1～0.5份、改性橡胶颗粒5～10份、硅灰1～5份、水10～30份，以及陶砂15～30份。本发明通过制备得到的混凝土能够在有效减轻自身重量的同时，提升材料的抗压能力或者承载能力，并通过减小浆体与轻集料的密度差来控制混凝土匀质性，增加浆体的粘稠度，抑制骨料上浮，改善施工性能。

权利要求

1.一种超高强轻质混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：水泥20～40份、养护剂0.1～1份、改性粉煤灰漂珠5～10份、增稠剂1～5份、外加剂0.1～0.5份、改性橡胶颗粒5～10份、硅灰1～5份、水10～30份，以及陶砂15～30份；所述养护剂包括重量比为1:1的氧化钙和氧化镁；

所述改性粉煤灰漂珠的制备过程为：

将粉煤灰置于乙醇溶液中浸泡2～5h，取出干燥，再将其与氯化钙和硅酸钠的混合物混合，加水搅拌均匀后，超声30～40min，过滤后干燥即可；

所述氯化钙和硅酸钠的混合物的添加量为粉煤灰重量的1～5％；所述氯化钙和硅酸钠的重量比为1:2；

所述改性橡胶颗粒的制备过程为：

将橡胶颗粒洗净后与膨润土混合，再加水搅拌均匀，于常温环境中浸泡60～90min后，过滤烘干即可；所述膨润土的添加量为橡胶颗粒重量的5～10％；

所述外加剂的制备方法为：

将木质素磺酸盐和三羟甲基丙烷聚醚混合，于50～60℃滴加引发剂，引发剂在1～2h被滴加完毕，然后升温至80～90℃继续反应2～4h后即可；

所述木质素磺酸盐、三羟甲基丙烷聚醚和引发剂的重量比为1:3:1。

2.根据权利要求1所述的超高强轻质混凝土，其特征在于，包括以下重量份的组分：水泥30份、养护剂0.5份、改性粉煤灰漂珠5份、增稠剂2份、外加剂0.5份、改性橡胶颗粒

5份、硅灰3份、水20份，以及陶砂15份。

3.根据权利要求1所述的超高强轻质混凝土，其特征在于，所述橡胶颗粒的粒径为0.5～2mm。

4.根据权利要求1或2所述的超高强轻质混凝土，其特征在于，所述增稠剂为白度≥

75％、细度≤40μm、通过率≥99％的沸石粉。

5.根据权利要求1所述的超高强轻质混凝土，其特征在于，所述引发剂为双氧水和过硫酸铵中的至少一种。

6.权利要求1～5任一项所述的超高强轻质混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按以上配比称取各原料；

(2)先将水泥，改性粉煤灰漂珠、硅灰混合均匀，搅拌时间为2min～3min；

(3)将水，增稠剂，养护剂，外加剂加入步骤(2)所得的混合料中，继续搅拌直至拌合物呈流动状态；

(4)将改性橡胶颗粒和陶砂加入步骤(3)所得的拌合物中，继续搅拌3‑5min，即制得超高强轻质混凝土。

说明书

一种超高强轻质混凝土及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于混凝土制备技术领域，具体涉及一种超高强轻质混凝土及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着我国经济建设的发展，大跨及超高的工程建设将越来越多，但混凝土的应用过程中还存在许多问题需要解决。高性能轻集料混凝土因其轻质、高强、高耐久性等优点，可有效降低结构自重比例，提高结构有效荷载比率，广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁、海洋工程等领域。混凝土的轻质化能有效降低结构自重比例，提高结构有效荷载比率。

[0003] 但是，在使用过程中也发现，传统轻质混凝土在保证流动性的同时，轻骨料上浮严重，其自身匀质性难以保证，严重影响了工程质量，且制备得到的混凝土往往存在强度等性能不足的问题。因此，亟需设计一种性能优异的高强轻质混凝土。

发明内容

[0004] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种超高强轻质混凝土及其制备方法，可有效解决现有轻质混凝土所存在的性能不足的问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0006] 一种超高强轻质混凝土，包括以下重量份的组分：

[0007] 水泥20～40份、养护剂0.1～1份、改性粉煤灰漂珠5～10份、增稠剂1～5份、外加剂0.1～0.5份、改性橡胶颗粒5～10份、硅灰1～5份、水10～30份，以及陶砂15～30份。

[0008] 进一步地，包括以下重量份的组分：

[0009] 水泥30份、外加剂0.5份、改性粉煤灰漂珠5份、增稠剂2份、增强剂0.5份、改性橡胶颗粒5份、硅灰3份、水20份，以及陶砂15份。

[0010] 进一步地，养护剂包括重量比为1:1的氧化钙和氧化镁。

[0011] 进一步地，改性粉煤灰漂珠的制备过程为：

[0012] 将粉煤灰置于乙醇溶液中浸泡2～5h，取出干燥，再将其与氯化钙和硅酸钠的混合物混合，加水搅拌均匀后，超声30～40min，过滤后干燥即可；

[0013] 氯化钙和硅酸钠的混合物的添加量为粉煤灰重量的1～5％；氯化钙和硅酸钠的重量比为1:2。

[0014] 进一步地，改性橡胶颗粒的制备过程为：

[0015] 将橡胶颗粒洗净后与膨润土混合，再加水搅拌均匀，于常温环境中浸泡60～90min后，过滤烘干即可；膨润土的添加量为橡胶颗粒重量的5～10％。

[0016] 进一步地，橡胶颗粒的粒径为0.5～2mm。

[0017] 进一步地，增稠剂为白度≥75％、细度≤40μm、通过率≥99％的沸石粉。

[0018] 进一步地，外加剂的制备方法为：

[0019] 将木质素磺酸盐和三羟甲基丙烷聚醚混合，于50～60℃滴加引发剂，引发剂在1～2h被滴加完毕，然后升温至80～90℃继续反应2～4h后即可；

[0020] 木质素磺酸盐、三羟甲基丙烷聚醚和引发剂的重量比为1:3:1。

[0021] 进一步地，引发剂为双氧水和过硫酸铵中的至少一种。

[0022] 进一步地，陶砂为预湿陶砂。

[0023] 上述超高强轻质混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0024] (1)按以上配比称取各原料；

[0025] (2)先将水泥，改性粉煤灰漂珠、硅灰混合均匀，搅拌时间为2min～3min；

[0026] (3)将水，增稠剂，养护剂，外加剂加入步骤(2)所得的混合料中，继续搅拌直至拌合物呈流动状态；

[0027] (4)将改性橡胶颗粒和陶砂加入步骤(3)所得的拌合物中，继续搅拌3‑5min，即制得超高强轻质混凝土。

[0028] 本发明的有益效果：

[0029] 1、本发明通过在水泥浆体加入改性粉煤灰漂珠，减小浆体与陶砂和改性橡胶颗粒之间的密度差，可有效抑制轻集料上浮，同时在水泥浆体中加入硅灰，能够与其相互配合，增加浆体的粘稠度，进一步抑制轻集料成分上浮的作用，从而提高浆体匀质性，改善施工性能，保证工程质量。

[0030] 2、本发明采用陶砂、改性粉煤灰漂珠和改性橡胶颗粒作为混凝土轻质成分，其中，陶砂一方面可有效降低混凝土的表观密度，减轻混凝土构筑物的自重；另一方面陶砂表面多孔、粗糙，内部含有大量毛细孔，该结构不仅提高了陶砂与水泥砂浆之间的粘结强度，且陶砂具有“微泵”效应，经过清水浸泡后的预湿陶砂在混凝土成型后会随着时间的延长缓慢释放出内部水分，使混凝土得到充分的内养护，大幅降低混凝土的自收缩和干燥收缩，同时提高混凝土的密实性和强度；使用陶砂能有效避免混凝土的碱集料反应问题，从而使建筑物的使用寿命延长，提高超高性能混凝土的耐久性能。

[0031] 3、粉煤灰经乙醇浸泡清洗后，能够去除粉煤灰中未燃烧或未完全燃烧的碳粉，然后再用氯化钙和硅酸钠对其进行改性处理，在氯化钙和硅酸钠所形成的碱性环境中，粉煤灰玻璃体结构发生解聚重组，生成了具有三维网络状结构的无机聚合物，提升其与水泥砂浆之间的粘结强度，同时碱性条件下也会进一步的激发粉煤灰的活性，改性后的粉煤灰的减水作用也得到了进一步的提升。

[0032] 4、橡胶颗粒能够起到降低混凝土容重，使其具有轻质化的特性，在碱性环境中改性能够溶解橡胶颗粒表面的憎水性杂质，改性后能够改善橡胶颗粒表面的亲水性能，可有效的减缓橡胶颗粒表面憎水物质对水泥水化进程的抑制作用，提升混凝土的力学性能和抗冲击性能。

[0033] 5、本申请中使用的陶砂为预湿陶砂，可在混凝土成型后缓慢的释放其中的水分，而且，与改性橡胶颗粒一同存在的膨润土本身即具有多层的网状结构，同样具有良好的吸水保水作用，因此，本申请进一步的添加了氧化钙和氧化镁。随着水泥水化进程的持续，其中含有的氧化钙和氧化镁被释放出来，然后与陶砂和膨润土中释放的水分结合，生成氢氧化钙和氢氧化镁晶体，产生体积膨胀，能够对混凝土起到持续收缩的作用。

[0034] 6、本申请还通过木质素磺酸钠和三羟甲基丙烷聚醚来制备外加剂，制备得到的外加剂能够进一步的提升混凝土的强度。

具体实施方式

[0035] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

[0036] 实施例1

[0037] 一种超高强轻质混凝土，包括以下重量份的组分：

[0038] 水泥30份、养护剂0.5份、改性粉煤灰漂珠5份、沸石粉2份、外加剂0.5份、改性橡胶颗粒5份、硅灰3份、水20份，以及陶砂15份。

[0039] 养护剂包括重量比为1:1的氧化钙和氧化镁。

[0040] 陶砂为预湿陶砂。

[0041] 其中，改性粉煤灰漂珠的制备过程为：

[0042] 将粉煤灰置于乙醇溶液中浸泡2h，取出干燥，再将其与氯化钙和硅酸钠的混合物混合，加水搅拌均匀后，超声30min，过滤后干燥即可；

[0043] 氯化钙和硅酸钠的混合物的添加量为粉煤灰重量的2％；氯化钙和硅酸钠的重量比为1:2。

[0044] 改性橡胶颗粒的制备过程为：

[0045] 将橡胶颗粒洗净后与膨润土混合，再加水搅拌均匀，于常温环境中浸泡60～90min后，过滤烘干即可；膨润土的添加量为橡胶颗粒重量的5％。

[0046] 外加剂的制备方法为：

[0047] 将木质素磺酸盐和三羟甲基丙烷聚醚混合，于50℃滴加双氧水，双氧水在1.2h被滴加完毕，然后升温至84℃继续反应2h后即可；

[0048] 质素磺酸盐、三羟甲基丙烷聚醚和双氧水的重量比为1:3:1。

[0049] 上述超高强轻质混凝土的制备过程为：

[0050] (1)按以上配比称取各原料；

[0051] (2)先将水泥，改性粉煤灰漂珠、硅灰混合均匀，搅拌时间为2min～3min；

[0052] (3)将水，增稠剂，养护剂，外加剂加入步骤(2)所得的混合料中，继续搅拌直至拌合物出现较好的流动状态；

[0053] (4)将改性橡胶颗粒和陶砂加入步骤(3)所得的拌合物中，继续搅拌3‑5min，即制得超高强轻质混凝土。

[0054] 实施例2

[0055] 一种超高强轻质混凝土，包括以下重量份的组分：

[0056] 水泥20份、养护剂0.1份、改性粉煤灰漂珠5份、沸石粉1份、外加剂0.1份、改性橡胶颗粒5份、硅灰1份、水10份，以及陶砂15份。

[0057] 养护剂包括重量比为1:1的氧化钙和氧化镁。

[0058] 陶砂为预湿陶砂。

[0059] 其中，改性粉煤灰漂珠的制备过程为：

[0060] 将粉煤灰置于乙醇溶液中浸泡2h，取出干燥，再将其与氯化钙和硅酸钠的混合物混合，加水搅拌均匀后，超声40min，过滤后干燥即可；

[0061] 氯化钙和硅酸钠的混合物的添加量为粉煤灰重量的1.5％；而氯化钙和硅酸钠的重量比为1:2。

[0062] 改性橡胶颗粒的制备过程为：

[0063] 将橡胶颗粒洗净后与膨润土混合，再加水搅拌均匀，于常温环境中浸泡60min后，过滤烘干即可；膨润土的添加量为橡胶颗粒重量的5％。

[0064] 外加剂的制备方法为：

[0065] 将木质素磺酸盐和三羟甲基丙烷聚醚混合，于60℃滴加双氧水，双氧水在1h被滴加完毕，然后升温至80℃继续反应2h后即可；

[0066] 木质素磺酸盐、三羟甲基丙烷聚醚和双氧水的重量比为1:3:1。

[0067] 上述超高强轻质混凝土的制备过程为：

[0068] (1)按以上配比称取各原料；

[0069] (2)先将水泥，改性粉煤灰漂珠、硅灰混合均匀，搅拌时间为2min～3min；

[0070] (3)将水，增稠剂，养护剂，外加剂加入步骤(2)所得的混合料中，继续搅拌直至拌合物出现较好的流动状态；

[0071] (4)将改性橡胶颗粒和陶砂加入步骤(3)所得的拌合物中，继续搅拌3‑5min，即制得超高强轻质混凝土。

[0072] 实施例3

[0073] 一种超高强轻质混凝土，包括以下重量份的组分：

[0074] 水泥40份、养护剂0.6份、改性粉煤灰漂珠10份、沸石粉3份、外加剂0.5份、改性橡胶颗粒5份、硅灰5份、水30份，以及陶砂30份。

[0075] 养护剂包括重量比为1:1的氧化钙和氧化镁。

[0076] 陶砂为预湿陶砂。

[0077] 其中，改性粉煤灰漂珠的制备过程为：

[0078] 将粉煤灰置于乙醇溶液中浸泡2h，取出干燥，再将其与氯化钙和硅酸钠的混合物混合，加水搅拌均匀后，超声40min，过滤后干燥即可；

[0079] 氯化钙和硅酸钠的混合物的添加量为粉煤灰重量的2％；氯化钙和硅酸钠的重量比为1:2。

[0080] 改性橡胶颗粒的制备过程为：

[0081] 将橡胶颗粒洗净后与膨润土混合，再加水搅拌均匀，于常温环境中浸泡70min后，过滤烘干即可；膨润土的添加量为橡胶颗粒重量的6％。

[0082] 外加剂的制备方法为：

[0083] 将木质素磺酸盐和三羟甲基丙烷聚醚混合，于60℃滴加双氧水，双氧水在2h被滴加完毕，然后升温至90℃继续反应2.5h后即可；

[0084] 木质素磺酸盐、三羟甲基丙烷聚醚和双氧水的重量比为1:3:1。

[0085] 上述超高强轻质混凝土的制备过程为：

[0086] (1)按以上配比称取各原料；

[0087] (2)先将水泥，改性粉煤灰漂珠、硅灰混合均匀，搅拌时间为2min～3min；

[0088] (3)将水，增稠剂，养护剂，外加剂加入步骤(2)所得的混合料中，继续搅拌直至拌合物出现较好的流动状态；

[0089] (4)将改性橡胶颗粒和陶砂加入步骤(3)所得的拌合物中，继续搅拌3‑5min，即制得超高强轻质混凝土。

[0090] 对比例1

[0091] 与实施例1相比，配方组分中缺少养护剂、外加剂和改性橡胶颗粒，粉煤灰为未改性粉煤灰，并添加了高性能减水剂，其余过程与实施例1相同。

[0092] 对比例2

[0093] 与实施例1相比，配方中缺少外加剂，并添加了水性环氧树脂15份，以及钢纤维150份，且粉煤灰为未改性的粉煤灰，其余过程与实施例1相同。

[0094] 对比例3

[0095] 与实施例1相比，配方中使用的是未改性的粉煤灰和橡胶颗粒，其余过程与实施例1相同。

[0096] 对比例4

[0097] 与实施例1相比，配方中缺少外加剂和养护剂，其余过程与实施例1相同。

[0098] 按照GB/T 50081‑2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中有关混凝土的标准养护固定进行养护，并根据GB/T 50080‑2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》检测实施例1～3和对比例1～4制备得到的轻质混凝土的性能，其结果见表1。

[0099] 表1混凝土基本性能检测

[0100]   容重(kg/m3) 抗压强度(MPa/28d) 坍落度/扩展度(mm)实施例1 1834 134.6 225/535
实施例2 1846 135.8 225/535
实施例3 1833 132.5 230/545
对比例1 1732 65.7 270/625
对比例2 2264 106.5 265/590
对比例3 1802 112.8 250/585
对比例4 1854 80.6 270/625

[0101] 由表1数据可知，本发明制备得到的超高强轻质混凝土28天抗压强度能够达到130MPa以上，且具有容重低轻质特性，其效果显著优于对比例1～4，表明本发明制备得到的混凝土能够在有效减轻自身重量的同时，提升材料的抗压能力或者承载能力，具有良好的工作性能。