CN103951350A

CN103951350A - 一种结构保温轻骨料混凝土

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Publication number: CN103951350A
Application number: CN201410172002.9A
Authority: CN
Inventors: 卫军; 陈兵; 董荣珍; 齐云轩; 王陈贵生; 刘优
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: CN103951350B

Abstract

本发明涉及一种结构保温轻骨料混凝土，属于民用建筑材料制备技术领域。本发明涉及一种结构保温轻骨料混凝土，其原料按质量份数计包括：水泥基胶凝材料360～460份；陶粒410～460份；改性玻化微珠110～120份；混凝土改性剂15～20份；水260～290份；减水剂3.6～4.6份。本发明以改性玻化微珠与陶粒作为骨料，通过合理的组分配比，通过各组分的协同作用，得到了导热系数为0.25～0.4W/(m·K)、28天抗压强度为8～15Mpa、干表观密度为900-1200kg/m³的结构保温轻骨料混凝土。本发明所得混凝土的保温性能良好，而且强度较高，比陶粒珍珠岩制备出的全轻混凝土材料强度有了明显提高，比陶粒陶砂制备出的全轻混凝土材料导热系数有了明显的下降，可适用于用作结构保温轻骨料混凝土材料。

Description

一种结构保温轻骨料混凝土

技术领域

本发明涉及一种结构保温轻骨料混凝土，属于民用建筑材料制备技术领域。

背景技术

随着民用建筑耗能增加，轻骨料混凝土在建筑领域应用越来越广泛，人们对轻骨料混凝土材料要求也不断提高。轻骨料混凝土轻质、导热系数低等一系列优越的特点在建筑材料市场越来越受到大家的青睐。随着人们对轻骨料认识的加深，轻骨料混凝土的导热系数与强度不能兼顾的问题也给轻骨料混凝土进一步应用带来巨大挑战。

全轻混凝土是粗细骨料均为轻骨料拌制而成的轻骨料混凝土。全轻混凝土中，轻骨料的颗粒密度一般小于水泥浆体的密度，所以在拌合的过程密度小的轻骨料就会出现不同程度的上浮。由于轻骨料的上浮导致混凝土在微观上呈现出不均匀和失去连续性的现象，在宏观上呈现出离析分层现象；从而影响到全轻混凝土的性能。

现有技术中，全轻混凝土材料中轻细骨料采用膨胀珍珠岩和陶砂的居多。采用陶砂为轻细骨料的全轻混凝土虽然强度比较高，但是表观密度偏大，导热系数较高，从而影响了该材料在节能建筑上的优越性能。目前我国采用陶粒陶砂制备的全轻混凝土材料强度普遍在10～30Mpa，但是表观密度普遍大于1400kg/m³，导热系数更是达到了0.4～0.8w/(m.k)。而采用膨胀珍珠岩为轻细骨料的全轻混凝土虽然质轻，保温性能优越，但是强度普遍在2～3Mpa之间，达不到材料承重的目的，因此也限制了该材料在节能建筑上的进一步应用。随着轻细骨料技术的发展，玻化微珠应运而生。玻化微珠较膨胀珍珠岩具有强度高、吸水率小等特质，从而逐步替代膨胀珍珠岩，成为市场的主导产品。目前，以改性玻化微珠与陶粒作为骨料的全轻混凝土材料在相关文献中还未见报道。

发明内容

针对现有全轻混凝土存在的不足，本发明从轻细骨料玻化微珠的改性角度出发，提供一种可用于制作既承重又保温的围护结构的、抗压强度高、导热系数低、成本低的结构保温轻骨料混凝土。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，其原料按质量份数计包括：

水泥基胶凝材料360～460份；优选为400-420份；

陶粒410～460份；优选为430-450份；

改性玻化微珠102～120份；优选为110-115份；

混凝土改性剂15～20份；优选为16-18；

减水剂3.6～4.6份；优选为4.0-4.2份；

所述水泥基胶凝材料以质量百分比计包括，粉煤灰10％～20％、硅酸盐水泥80％～90％；

所述改性玻化微珠为采用有机硅憎水剂改性后的玻化微珠；

所述混凝土改性剂以质量百分比计包括，可分散性乳胶粉93.46％-95.01％；抗裂纤维4.75％-6.23％；增稠剂0.16％-0.31％；

所述减水剂的减水率为20％～30％。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，所述硅酸盐水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。所述粉煤灰为I级粉煤灰，优选为湘潭电厂I级粉煤灰。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，所述陶粒是粒径为5～10mm粘土陶粒。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，所述陶粒的容重等级为600。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，所述陶粒为饱和面干状态的陶粒。在实际操作过程中，饱和面干状态的陶粒是通过下述方法制备的：

将陶粒预湿24h后摊开在麻布上，放在室内自然风干至饱和面干状态。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，所述改性玻化微珠的粒径为0.5～1.5mm；堆积密度为130-140kg/m³。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，所述改性玻化微珠，是通过下述方案制备的：将有机硅憎水剂与水按质量比有机硅憎水剂：水＝1：50～100混合均匀得到憎水剂溶液，然后将憎水剂溶液与玻化微珠按质量比为1.1-1.2：1均匀喷涂到玻化微珠表面，烘干，得到改性玻化微珠。所述憎水剂选自甲基硅酸盐类憎水剂、硅烷和硅氧烷混合物类憎水剂、纯硅烷类憎水剂中的一种，所述甲基硅酸盐类憎水剂优选为甲基硅酸钠或甲基硅酸钾或甲基硅酸。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，所述可再分散性乳胶粉选自德国瓦克(品牌)产品一种可再分散性乳胶粉。优选牌号为RE-5044N或RE-5010N或RE-5011L的德国瓦克可再分散性乳胶粉作为本发明的可再分散性乳胶粉。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，所述抗裂纤维的长度为3～8mm。所述抗裂纤维为聚丙烯纤维。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，所述增稠剂为陶氏纤维素醚产品的一种羟丙基甲基纤维素醚(牌号为HPMC4000S)，其粘度为25000～45000mPas。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，其制备方法为：

先将配取的陶粒预湿后，干燥，得到饱和面干状态的陶粒后与配取的改性玻化微珠混合均匀，然后将配取的水泥基胶凝材料、混凝土改性剂加入其中，混合均匀后，加入配取的水和减水剂，搅拌均匀，得到结构保温轻骨料混凝土。

在实际应用过程中，采用混凝土搅拌机进行混合；将预湿饱和后的陶粒与改性玻化微珠搅拌混合的时间为30～60s，加入水泥基胶凝材料、混凝土改性剂后的搅拌混合时间为30～60s；加入水和减水剂后的搅拌混合时间为120～150s。

本发明一种结构保温轻骨料混凝土，得到结构保温轻骨料混凝土后，分两次进行装模，第一次装模至模高的2/3处，然后人工插捣密实，第二次装模至高出模高，然后用平板振动器进行振捣3～5s；振捣后，进行来回抹压，使陶粒被水泥砂浆包裹在试模内不浮起；得到试样，然后所得试样在20±5℃成型24(请提供一个范围)小时，成型后，在温度为20±2℃、相对湿度为95％以上的环境中养护28d，得到成品。

本发明采用以上技术后，玻化微珠颗粒结构变得更加致密，水泥石强度得到提高，混凝土结构界面区得到增强优化，抑制了界面区微裂缝进一步扩展，同时轻细骨料表面的憎水处理后，在同样和易性的情况下，水灰比明显的下降，所以全轻轻骨料混凝土材料强度有了明显改善提高。采用该技术的全轻混凝土材料导热系数较低，在0.25～0.4W/(m·K)之间，强度较高，在8～15Mpa之间，因而该材料可以作为结构保温轻骨料混凝土用于既承重又保温的围护结构；同时该材料容重小，均小于等于1200kg/m³，减轻了结构自重进而降低了工程造价。

原理和优势

本发明主要以陶粒、玻化微珠为粗细骨料，同时对玻化微珠进行表面改性处理，进而制备出性能优越的全轻混凝土。本产品保温性能良好，而且强度较高，比陶粒珍珠岩制备出的全轻混凝土材料强度有了明显提高，比陶粒陶砂制备出的全轻混凝土材料导热系数有了明显的下降，可适用于用作结构保温轻骨料混凝土材料。

本发明用粉煤灰替代部分水泥，降低了轻骨料与水泥浆体的密度差，一定程度上改善了全轻混凝土的粘聚性、保水性和均质性。

本发明采用了独特的混凝土改性剂，不仅提高了水泥浆体的黏度，增加了水泥基体与轻骨料的包裹附着能力，同时混凝土改性剂还提供了抑制轻骨料上浮的网架，防止了全轻混凝土的分层离析现象，进而提高了混凝土的性能。

本发明以改性玻化微珠与陶粒作为骨料，通过合理的组分配比，通过各组分的协同作用，得到了导热系数为0.25～0.4W/(m·K)、28天抗压强度为8～15Mpa、干表观密度为900-1200kg/m³的结构保温轻骨料混凝土。本发明所得混凝土的保温性能良好，而且强度较高，比陶粒珍珠岩制备出的全轻混凝土材料强度(一般为2-3Mpa)有了明显提高，比陶粒陶砂制备出的全轻混凝土材料导热系数(一般为0.4-0.8W/(m·K))有了明显的下降，可适用于用作结构保温轻骨料混凝土材料。

本发明由于改性玻化微珠的加入，使得在同样和易性情况下，水灰比明显的下降，所以全轻轻骨料混凝土材料强度有了明显的改善和提高，同时改性后的轻细骨料玻化微珠，其表面更加致密，憎水剂在玻化微珠表面形成一种膜可以阻碍玻化微珠裂纹的扩展，提高玻化微珠的筒压强度，因为可以进一步提高混凝土强度。由于饱和面干状态的陶粒的加入，使得在全轻混凝土养护过程中，饱和面干状态的陶粒起到持续不断的供水养护作用，从而提高了集料与水泥石的界面粘结力，进而改善了全轻混凝土的强度性能。由于混凝土改性剂的加入，这不仅可以有效提高轻骨料混凝土拌合物的稳定性，加强全轻混凝土拌合物的保水性能，防止拌合物出现分层离析现象，而且改善了界面过渡区强度，改善增加了全轻混凝土强度性能，同时也提高了混凝土的抗裂、抗渗性能。

总之本发明通过各组分的协同作用，使得其具有轻质、高强、保温、经济的特性，所以本发明的结构保温轻骨料混凝土可以广泛用于工程建筑中承重、保温的围护结构。

具体实施方式

本发明实施例中，所用陶粒是粒径为5～10mm，容重等级为600的粘土陶粒。在制备混凝土前，将陶粒预湿24h后摊开在麻布上，放在室内自然风干至饱和面干状态。

本发明实施例中，改性玻化微珠，是通过下述方案制备的：将按质量比有机硅憎水剂：水＝1：50～150，将有机硅憎水剂与水混合均匀得到憎水剂溶液，然后按憎水剂溶液与玻化微珠的质量比1.1-1.2：1，将憎水剂溶液均匀喷涂到玻化微珠表面，烘干，得到改性玻化微珠。所述玻化微珠的粒径为0.5～1.5mm。所述憎水剂选自有机硅憎水剂产品中的一种。

本发明实施例中，混凝土改性剂以质量百分比计，包括可分散性乳胶粉93.46％-95.01％；抗裂纤维4.75％-6.23％；增稠剂0.16％-0.31％，可再分散性乳胶粉选自德国瓦克产品一种可再分散性乳胶粉；抗裂纤维为化学聚丙烯纤维，长度为3～8mm；增稠剂为陶氏纤维素醚产品的一种羟丙基甲基纤维素醚。其粘度为25000～45000mPas。

本发明实施例中，减水剂为聚羧酸高效减水剂，其减水率为20％～30％。

本发明实施例中，水泥基胶凝材料以质量百分比计包括，湘潭电厂I级粉煤灰10％～20％、普通硅酸盐水泥80％～90％。

本发明实施例中，一种结构保温轻骨料混凝土的制备方法为：

将所配取的饱和面干状态的陶粒后与配取的改性玻化微珠在混凝土搅拌机中搅拌混合30s，混合均匀，然后将配取的将水泥基胶凝材料、混凝土改性剂加入其中，搅拌混合30s后，加入配取的水和减水剂，搅拌120s，得到结构保温轻骨料混凝土。

本发明实施例中，一种结构保温轻骨料混凝土的成型于养护的方法为：得到结构保温轻骨料混凝土后，分两次进行装模，第一次装模至模高的2/3处，然后人工插捣密实，第二次装模至高出模高，然后用平板振动器进行振捣3～5s；振捣后，进行来回抹压，使陶粒被水泥砂浆包裹在试模内不浮起；得到试样，然后所得试样在20±5℃成型24小时，成型后，在温度为20±2℃、相对湿度为95％以上的环境中养护28d，得到成品。

实施例1

按质量份数计配取：42.5级普通硅酸盐水泥337份、粉煤灰37份、改性玻化微珠110份，粘土陶粒415份，混凝土改性剂15.8份，减水剂3.74份，水273份。所述混凝土改性剂中，以质量百分比计包括：可分散性乳胶粉95.01％；3～5mm长的化学聚丙烯纤维0.24％；增稠剂4.75％。所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，其减水率为25％；按照上述制备、成型、养护的方法制备，得到成品。检测其性能，具体检测值见表1。

表1：实施实例1成品的检测项目以及检测值

项目	单位	指标测试值
			28天抗压强度	Mpa	10.5
28劈裂强度	Mpa	1.24
			干表观密度	kg/m³	1124
导热系数	W/(m·K)	0.322

实施例2

按质量份数计配取：42.5级普通硅酸盐水泥375份、粉煤灰42份、改性玻化微珠113份，粘土陶粒447份，混凝土改性剂17.9份，减水剂4.12份，水260份。所述混凝土改性剂中，以质量百分比计包括：可分散性乳胶粉94.16％；3～8mm长的化学聚丙烯纤维0.19％；增稠剂5.65％。所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，其减水率为25％；制得到成品后检测其性能，具体检测值见表2。

表2：实施实例2成品的检测项目以及检测值

项目	单位	指标测试值
			28天抗压强度	Mpa	11.6
28劈裂强度	Mpa	1.53
			干表观密度	kg/m³	1020
导热系数	W/(m·K)	0.268

实施例3

按质量份数计配取：42.5级普通硅酸盐水泥409份、粉煤灰45份、改性玻化微珠120份，饱和面干状态的陶粒430份，混凝土改性剂19.3份，减水剂4.54份，水261份。所述混凝土改性剂中，以质量百分比计包括：可分散性乳胶粉93.46％；3～8mm长的化学聚丙烯纤维0.31％；增稠剂6.23％。所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，其减水率为25％；制得到成品后检测其性能，具体检测值见表3。

表3：实施实例3成品的检测项目以及检测值

项目	单位	指标测试值
			28天抗压强度	Mpa	12.8
28劈裂强度	Mpa	1.58
			干表观密度	kg/m³	1090
导热系数	W/(m·K)	0.381

对比例1

对比例1采用未经任何处理的玻化微珠110份，其他原料的组成和配比以及施工条件和施工方式均与实施例1完全一致，得到成品后检测其性能，具体检测值见表4。

表4：对比例1成品的检测项目以及检测值

从表4可以看出同样的配合比和施工方式，改性后的玻化微珠制成的全轻混凝土强度得到了提高，而且导热系数和表观密度变化不大。本发明所制备的全轻混凝土与没有进行憎水处理的全轻混凝土材料进行对比，其强度得到了提高，并且又维持了其优越的保温性能。

对比例2

该对比例中，原料的组成以及其他条件均匀实施例2完全一致，只改变了原料中各组分的含量；按质量份数计，配取水泥基胶凝材料350份，其中42.5级普通硅酸盐水泥297份，粉煤灰53份；陶粒402份；改性玻化微珠97份；水246份；减水剂3.5份；按照此配合比制得成品，检测其其性能，具体检测值见表5。

表5：对比例2成品的检测项目以及检测值

从表5可以看出各组分配合比在本专利制定范围以外时，强度明显没有实施例2高，而且导热系数也有稍许提高，各组分的材料强度潜力得不到充分发挥。全轻混凝土材料性能没有达到最优。

对比例3

该对比例中，改变了原料中各组分的含量以及未处理的玻化微珠作为轻细骨料；其他原料的组成以及条件均匀实施例2完全一致；

按质量份数计，配取水泥基胶凝材料509份，其中42.5级普通硅酸盐水泥417份，粉煤灰92份；陶粒472份；玻化微珠130份；混凝土改性剂21.1份；水2份；减水剂5份；按照此配合比制得成品，检测其其性能，具体检测值见表6。

表6：对比例3成品的检测项目以及检测值

从表6可以看出当各组分超出本专利制定的范围且玻化微珠没有做改性处理时，强度可以达到与实施例2的强度，但是干表观密度和导热系数却有大幅度提高，也达不到材料的最优性能。

参考我国现有混凝土材料产品技术指标，得出加气混凝土以及泡沫混凝土的性能参数，具体数值见表7；

表7：加气混凝土以及泡沫混凝土的性能参数

从表7可以看出本发明所制备的全轻混凝土材料对比没有进行憎水处理的全轻混凝土材料，其强度得到了提高，并且又维持了其优越的保温性能；同时对比同样导热系数低的保温材料如加气混凝土材料、泡沫混凝土材料，该材料在强度上又具有明显的优越性。所以本发明提供的改性后的全轻混凝土材料既可适用于民用建筑承重围护结构，也可以用作非承重结构的隔墙材料。表7中所述没有处理过的全轻混凝土是指，其他条件完全和本发明一样，仅仅用为憎水处理的玻化微珠替代了本发明的改性玻化微珠。

Claims

1.一种结构保温轻骨料混凝土，其原料按质量份数计包括：

水泥基胶凝材料360～460份；

陶粒410～460份；

改性玻化微珠102～120份；

混凝土改性剂15～20份；

水260～290份；

减水剂3.6～4.6份；

所述改性玻化微珠为采用有机硅憎水剂改性后的玻化微珠；

所述混凝土改性剂以质量百分比计包括，可分散性乳胶粉93.46％-95.01％；抗裂纤维4.75％-6.23％；增稠剂0.16％-0.31％。

2.根据权利要求1所述的一种结构保温轻骨料混凝土，其特征在于：所述硅酸盐水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为I级粉煤灰。

3.根据权利要求1所述的一种结构保温轻骨料混凝土，其特征在于：所述陶粒是粒径为5～10mm、容重等级为600等级的粘土陶粒。

4.根据权利要求3所述的一种结构保温轻骨料混凝土，其特征在于：所述陶粒为饱和面干状态的陶粒。

5.根据权利要求1所述的一种结构保温轻骨料混凝土，其特征在于：所述改性玻化微珠的粒径为0.5～1.5mm；堆积密度为130-140kg/m³。

6.根据权利要求5所述的一种结构保温轻骨料混凝土，其特征在于，所述改性玻化微珠，是通过下述方案制备的：

将有机硅憎水剂与水按质量比有机硅憎水剂：水＝1：50～150混合均匀得到憎水剂溶液，然后将憎水剂溶液与玻化微珠的按质量比为1.0-1.2：1均匀喷涂到玻化微珠表面，烘干，得到改性玻化微珠。

7.根据权利要求1所述的一种结构保温轻骨料混凝土，其特征在于：所述可分散性乳胶粉是德国瓦克可再分散性乳胶粉，其牌号为RE-5044N或RE-5010N或RE-5011L；所述抗裂纤维是长度为3～8mm的聚丙烯纤维；所述增稠剂是粘度为25000～45000mPas的羟丙基甲基纤维素醚。

8.根据权利要求1所述的一种结构保温轻骨料混凝土，其特征在于：所述减水剂是减水率为20％～30％的聚羧酸减水剂。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种结构保温轻骨料混凝土，其制备方法为：

先将配取的陶粒预湿、风干，得到饱和面干状态的陶粒后与配取的改性玻化微珠混合均匀，然后将配取的水泥基胶凝材料、混凝土改性剂加入其中，混合均匀后，加入配取的水和减水剂，搅拌均匀，得到结构保温轻骨料混凝土。

10.根据权利要求9所述的一种结构保温轻骨料混凝土，其特征在于：结构保温轻骨料混凝土经成型、养护后得到导热系数为0.25～0.4W/(m·K)、28天抗压强度为8～15Mpa、干表观密度为900-1200kg/m³的成品。