CN115215613B - 无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板的制备方法和应用，包括配制低粘度超高性能混凝土并搅拌混合均匀，通过预处理后的模具浇筑成型得到，低粘度超高性能混凝土按重量份数计包括白水泥32–35份、白硅灰4–6份、漂珠0.5–1.2份、硅微粉5–10份、钛白粉0.41–0.80份、石英砂40.4–41.4份、水8.5–8.9份、减水剂0.38–0.45份、降粘剂0.47–0.91份、早强剂0.91–1.41份、减缩剂0.19–0.54份、消泡剂0.04–0.08份以及有机合成纤维0.74–1.08份，组份之和为100份，本发明的装饰板表观质量和装饰效果好，可用于多种大跨建筑的建筑装饰材料。
Description
技术领域
本发明属于超高性能混凝土技术领域，具体涉及无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板的制备方法和应用。
背景技术
装饰混凝土是装饰与功能结合为一体，结构施工与装饰同时进行，充分利用混凝土的可塑性和材料的构成特点，在墙体、构件成型时通过色彩、色调、质感、款式、纹理、机理和不规则线条的创意设计以及图案与颜色的有机组合创造出各种天然大理石、花岗岩、砖、瓦、木地板等天然石材铺设效果，具有图形美观自然、色彩真实持久和质地坚固耐用等特点。
近年来，超高性能混凝土(UHPC)作为一种新型超高性能水泥基复合材料，具有超高强度、超高韧性和超长耐久性，同时兼具优异的抗冲击性、耐磨性和粘结性，被广泛应用于摩天大楼、超大跨桥梁、人行道盖板、景观和室内等高层大跨度结构以及具有特殊功能要求的建筑上，在建筑结构领域体现难以取代的应用价值。将超高性能混凝土用于建筑装饰领域可显著提高建筑使用寿命，弥补现有外墙装饰材料的诸多缺点，目前国外已有多家大型企业如法国拉法基、美国Taktl公司均已开展超高性能混凝土的装饰化应用，但国内使用超高性能混凝土做外墙装饰材料的企业仍然很少。
将超高性能混凝土用于外墙装饰材料主要存在以下问题：超高性能混凝土在颜色的白度上无法满足装饰混凝土的装饰性能要求；超高性能混凝土中胶凝材料用量高，体系水化热较大，容易出现收缩问题；超高性能混凝土的水胶比较低、超细矿物掺合料掺量较高，造成超高性能混凝土拌合物的粘性大，不利于浇筑成型，还会导致搅拌过程中卷入的气泡难以排出，气泡含量较高，导致浇筑成型的外墙板装饰面易出现肉眼可见的气孔，影响装饰效果。因此，开发一种无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板的制备方法，以解决上述背景技术中现有的超高性能混凝土作为建筑装饰材料出现的问题。
本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板在摩天大楼、超大跨桥梁、人行道盖板、景观和室内高层大跨建筑的建筑装饰材料中的应用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制低粘度UHPC材料，其按重量份数计包括：白水泥32–35份、白硅灰4–6份、漂珠0.5–1.2份、硅微粉5–10份、钛白粉0.41–0.80份、石英砂40.4–41.4份、水8.5–8.9份、减水剂0.38–0.45份、降粘剂0.47–0.91份、早强剂0.91–1.41份、减缩剂0.19–0.54份、消泡剂0.04–0.08份和有机合成纤维0.74–1.08份，上述组分之和为100份；
(2)上述低粘度UHPC材料搅拌混合；
(3)模具预处理；
(4)浇筑成型。
优选地，所述白水泥为PW52.5级白色硅酸盐水泥，比表面积为420m2/kg，白度≥90％，铝酸三钙含量≤7％，铝酸三钙含量低，能够减少对外加剂有效成分的吸附作用，且降低混凝土塑性开裂和早期开裂的风险。
优选地，所述白硅灰的比表面积≥20000m2/kg，白度≥85％，SiO2质量含量≥98％，7天活性指数≥105％，由于硅灰为无定形圆球状颗粒、表面较为光滑，可以起到润滑的作用，降低体系粘度；微米级的硅灰颗粒可以改善基体微观结构、提高基体致密程度；且硅灰具有火山灰效应，能够促进水泥水化，提高超高性能混凝土的力学性能和耐久性能。
优选地，所述漂珠为粒度1250目的漂珠d50，由于漂珠具有中空的球体结构，加入漂珠可以降低体系粘度，提高拌合物的流动性，同时漂珠质轻，可以降低装饰板自重。
优选地，所述硅微粉为3000目的超细硅微粉，SiO2质量含量≥99％，白度≥90％，硅微粉既可以减少水泥用量，降低由水泥水化引起的早期自收缩，还可以填充水泥颗粒空隙，提高基体致密性。
优选地，所述水为普通自来水。
优选地，所述钛白粉为纳米级金红石型钛白粉，TiO2含量≥93％，白度≥99％，作为遮盖力较强的调色材料，能够提高超高性能混凝土白度。
所述石英砂为精制石英砂，细度模数为2.2–1.6，SiO2质量含量≥99％，外观为乳白色或无色半透明状，不影响超高性能混凝土白度，且石英砂颗粒球形度较高、表面较规整，能够降低吸水率，减少基体填充水用量，提高拌合物流动性。
优选地，所述有机合成纤维的长度为8–16mm，抗拉强度≥400MPa，且纤维具有良好的分散性，能够显著提高装饰板的抗裂性能。
优选地，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率≥40％，具有低掺量、高减水率、坍落度损失小等优势；所述降粘剂为带无机亲和基团的有机聚合物，有效成分占比99％，粘度为200–1000cps/25℃，对钛白粉等无机颜料和超细矿物掺合料有很好的分散作用；所述早强剂为纳米晶核早强剂，促进水泥早期水化，提高混凝土早期强度，对后期强度影响不大；所述减缩剂为聚醚类有机化合物，依靠物理减缩作用，抗裂效果优异；所述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚类消泡剂和改性聚醚类消泡剂中的一种或两种以上组合，用量少、分散性好、消泡效力强。
优选地，步骤(2)中，所述低粘度UHPC材料搅拌混合包括以下步骤：
(a)将配方量的白水泥、白硅灰、漂珠、硅微粉、钛白粉、石英砂、减缩剂和消泡剂投入搅拌机，干拌1–2min；
(b)称取配方量的减水剂、降粘剂、早强剂和水，将减水剂、降粘剂、早强剂倒入水中，搅拌1–2min，形成外加剂与水的均匀混合液；
(c)搅拌机边搅拌边加入步骤(b)中外加剂与水的均匀混合液，持续搅拌3–8min，至拌合物具有一定流动性；
(d)保持继续搅拌，同时均匀投入配方量的有机合成纤维，继续搅拌5–10min，至纤维分散均匀；超高性能混凝土的搅拌过程应严格控制搅拌时间，搅拌时间过短，不能保证外加剂分散均匀并有效发挥作用，容易造成拌合物流动性差、纤维团聚等问题；搅拌时间过长，由于水泥的水化凝结硬化，拌合物粘度会变大，不利于气泡排出，且在搅拌过程中容易引入更多的气泡，不利于浇筑成型。
优选地，步骤(3)中，所述模具类型选自硅胶模具、木模具、钢模具或玻璃钢模具中的一种。
更优选地，步骤(3)中，所述硅胶模具预处理包括提前24h在模具表面涂抹薄薄一层有机硅透明防水胶，晾干后在模具表面喷洒薄而均匀的有机硅水溶性脱模剂；所述木模具预处理包括提前24h在模具表面涂抹薄薄一层的拉平腻子，晾干后喷白漆，最后在模具表面喷洒薄而均匀的有机硅水溶性脱模剂；所述钢模具或玻璃钢模具预处理包括直接在模具表面喷洒薄而均匀的有机硅水溶性脱模剂；有机硅水溶性脱模剂能够在模具表面形成光滑的隔离膜，有助于拌合物与模板接触处的气泡能迅速溢出；所有类型的模具都需要15–20min待脱模剂在模具表面成膜后方可浇筑。
优选地，步骤(4)中，所述浇筑成型包括：从模具的一端至另一端均匀连续浇筑，浇筑过程中出料口与模具之间距离控制在30cm以内，尽量减少浇筑过程中引入的气泡数量；浇筑时间控制在20分钟以内，浇筑速度不宜过快，保证拌合物中绝大部分气泡可以有效排出；浇筑完成后用抹刀轻拍成型面；浇筑速度不宜过快，保证拌合物中绝大部分气泡可以有效排出；浇筑完成后，用抹刀轻拍成型面，确保拌合物充分自流平。由于超高性能混凝土胶凝材料用量大，水胶比低，新拌超高性能混凝土表面极易起皮，浇筑过程对装饰板材表观质量十分关键，要求严格规范浇筑过程，否则易造成板材表面浇筑纹路色差缺陷。
本发明还提供无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板在摩天大楼、超大跨桥梁、人行道盖板、景观和室内高层大跨建筑的建筑装饰材料中的应用，所述无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板通过上述制备方法得到。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1.本发明通过加入比表面积和活性较大的白硅灰，能够使混凝土具有很高的火山灰活性，同时能够明显改善新拌混凝土的离析泌水现象；通过加入硅微粉和漂珠，能够减少水泥用量，降低由于水泥水化引起的早期自收缩；硅微粉和漂珠自身的滚珠效应与减水剂的作用叠加能够有效降低拌合物粘度，改善新拌混凝土的和易性和均匀性；降粘剂与消泡剂合用不仅可以降低拌合物粘度，提高混凝土材料的可浇筑性，而且有利于混凝土拌合物中气泡快速冒出，提高混凝土材料的密实性与耐久性。
2.本发明采用白度较高的白水泥、白硅灰、硅微粉以及乳白色或无色半透明状的石英砂为主要原材料，通过合理优化配比以及加入适量钛白粉，使得最终制备的无气孔高表观质量装饰板具有较高的白度，白度≥90％；同时由于各主要原材料的粒径存在较大差异，通过密实骨架堆积原理形成不同颗粒级配的密实堆积，使得超高性能混凝土材料的孔隙率较低、孔隙分布均匀、密实度高、力学性能与耐久性能优异。
3.本发明使用有机合成纤维替代现有技术中的钢纤维，由于其分散性较好、易于搅拌且对设备无损伤，能够在混凝土中分散均匀，起到桥接和骨架的作用，有效地限制外力或内部温度应力作用下基体内部裂缝的产生和发展，提高超高性能混凝土材料的抗拉、抗弯、抗冲击和抗疲劳等性能。
4.本发明通过加入减缩剂可以显著降低无气孔高表观质量装饰板的自收缩，同时早强剂与减缩剂复合使用能够消除减缩剂对混凝土强度的负面影响，还可以进一步提高混凝土早期强度，缩短混凝土制品脱模时间。此外，本发明根据模具类型进行不同处理可以实现脱模后的装饰板装饰面完全无气孔。
附图说明
图1为实施例中无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板照片；(a)硅胶模具拆模后装饰板照片；(b)木模具拆模后装饰板照片；(c)钢模具拆模后装饰板照片；(d)玻璃钢模拆模后装饰板照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
本实施例制备无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板，具体步骤如下：
(1)配制低粘度UHPC材料，其包括以下重量份的组分：白水泥32份，白硅灰4份，漂珠1.2份，硅微粉10份，钛白粉0.41份，石英砂40.4份，水8.76，减水剂0.38，降粘剂0.47，早强剂1.41，减缩剂0.19，消泡剂0.04，有机合成纤维0.74；其中：白水泥为PW52.5级白色硅酸盐水泥，比表面积为420㎡/kg，白度为90％，铝酸三钙含量为5％；水为普通自来水；白硅灰的比表面积为22000m2/kg，白度为89％，SiO2质量含量为98％，7天活性指数为107％；漂珠d50为1250目；硅微粉为3000目超细硅微粉，SiO2质量含量为99％，白度为90％；钛白粉为纳米级金红石型钛白粉，TiO2含量为95％，白度为99％；石英砂为精制石英砂，细度模数为2.2–1.6，SiO2质量含量为99％；减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率为40％；降粘剂为带无机亲和基团的有机聚合物，有效成分占比99％，粘度为200cps/25℃；早强剂为纳米晶核早强剂；减缩剂为聚醚类有机化合物；消泡剂为聚醚类消泡剂和改性聚醚类消泡剂组合物；有机合成纤维的长度为16mm，抗拉强度为600MPa。
(2)低粘度UHPC材料搅拌混合：将配方量的白水泥、白硅灰、漂珠、硅微粉、钛白粉、石英砂、减缩剂和消泡剂投入搅拌机，干拌1min；称取配方量的减水剂、降粘剂、早强剂和水，将减水剂、降粘剂、早强剂倒入水中，搅拌1min，形成外加剂与水的均匀混合液；搅拌机边搅拌边加入混合液，持续搅拌3min，拌合物具有一定流动性；保持继续搅拌，同时均匀投入配方量的有机合成纤维，继续搅拌5min，至纤维分散均匀，即得低粘度UHPC拌合物。
(3)提前24h在硅胶模具表面涂抹薄薄一层的有机硅透明防水胶，晾干后在模具表面喷洒薄而均匀的有机硅水溶性脱模剂，15–20min待脱模剂在硅胶模具表面成膜后方可浇筑。
(4)从硅胶模具的一端至另一端均匀连续浇筑，浇筑过程中出料口与模具之间距离控制在20cm左右，浇筑时间为10min，浇筑完成后用抹刀轻拍成型面，确保拌合物充分自流平。硅胶模具拆模后的装饰板照片见图1(a)，装饰面无肉眼可见气孔。
实施例2
本实施例制备无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板，具体步骤如下：
(1)配制低粘度UHPC材料，其包括以下重量份的组分：白水泥33份，白硅灰6份，漂珠0.57份，硅微粉7份，钛白粉0.60份，石英砂40.6份，水8.6，减水剂0.43，降粘剂0.70，早强剂1.16，减缩剂0.37，消泡剂0.06，有机合成纤维0.91；其中，白水泥为PW52.5级白色硅酸盐水泥，比表面积为450㎡/kg，白度为92％，铝酸三钙含量为7％；水为普通自来水；白硅灰的比表面积为20000m2/kg，白度为85％，SiO2质量含量为98％，7天活性指数为105％；漂珠d50为1250目；硅微粉为3000目超细硅微粉，SiO2质量含量为99％，白度为90％；钛白粉为纳米级金红石型钛白粉，TiO2含量为95％，白度为99％；石英砂为精制石英砂，细度模数为2.2–1.6，SiO2质量含量为99％；减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率为40％；降粘剂为带无机亲和基团的有机聚合物，有效成分占比99％，粘度为200cps/25℃；早强剂为纳米晶核早强剂；减缩剂为聚醚类有机化合物；消泡剂为聚醚类消泡剂和改性聚醚类消泡剂的组合；有机合成纤维的长度为12mm，抗拉强度为560MPa。
(2)低粘度UHPC材料搅拌混合：将配方量的白水泥、白硅灰、漂珠、硅微粉、钛白粉、石英砂、减缩剂和消泡剂投入搅拌机，干拌2min；称取配方量的减水剂、降粘剂、早强剂和水，将减水剂、降粘剂、早强剂倒入水中，搅拌2min，形成外加剂与水的均匀混合液；搅拌机边搅拌边加入混合液，持续搅拌6min，拌合物具有一定流动性；保持继续搅拌，同时均匀投入配方量的有机合成纤维，继续搅拌8min，至纤维分散均匀，即得低粘度UHPC拌合物。
(3)提前24h在木模表面涂抹薄薄一层的拉平腻子，晾干后喷白漆，最后在模具表面喷洒薄而均匀的有机硅水溶性脱模剂，15–20min待脱模剂在硅胶模具表面成膜后方可浇筑。
(4)从木模具的一端至另一端均匀连续浇筑，浇筑过程中出料口与模具之间距离控制在10cm左右，浇筑时间为20min，浇筑完成后用抹刀轻拍成型面，确保拌合物充分自流平。木模拆模后的装饰板照片见图1(b)，装饰面无肉眼可见气孔。
实施例3
本实施例制备无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板，具体步骤如下：
(1)配制低粘度UHPC材料，其包括以下重量份的组分：白水泥35份，白硅灰4.83份，漂珠0.50份，硅微粉5份，钛白粉0.80份，石英砂41.4份，水8.5，减水剂0.45，降粘剂0.91，早强剂0.91，减缩剂0.54，消泡剂0.08，有机合成纤维1.08。其中，白水泥为PW52.5级白色硅酸盐水泥，比表面积为430㎡/kg，白度为91％，铝酸三钙含量为6％；水为普通自来水；白硅灰的比表面积为21000m2/kg，白度为87％，SiO2质量含量为98％，7天活性指数为106％；漂珠d50为1250目；硅微粉为3000目超细硅微粉，SiO2质量含量为99％，白度为90％；钛白粉为纳米级金红石型钛白粉，TiO2含量为95％，白度为99％；石英砂为精制石英砂，细度模数为2.2–1.6，SiO2质量含量为99％；减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率为40％；降粘剂为带无机亲和基团的有机聚合物，有效成分占比99％，粘度为200cps/25℃；早强剂为纳米晶核早强剂；减缩剂为聚醚类有机化合物；消泡剂为聚醚类消泡剂和改性聚醚类消泡剂的组合；有机合成纤维的长度为8mm，抗拉强度为500MPa。
(2)低粘度UHPC材料搅拌混合：将配方量的白水泥、白硅灰、漂珠、硅微粉、钛白粉、石英砂、减缩剂和消泡剂投入搅拌机，干拌2min；称取配方量的减水剂、降粘剂、早强剂和水，将减水剂、降粘剂、早强剂倒入水中，搅拌1min，形成外加剂与水的均匀混合液；搅拌机边搅拌边加入混合液，持续搅拌8min，拌合物具有一定流动性；保持继续搅拌，同时均匀投入配方量的有机合成纤维，继续搅拌5min，至纤维分散均匀，即得低粘度UHPC拌合物。
(3)直接在钢模和玻璃钢模具表面喷洒薄而均匀的有机硅水溶性脱模剂，15–20min待脱模剂在硅胶模具表面成膜后方可浇筑。
(4)从钢模具和玻璃钢模具的一端至另一端分别均匀连续浇筑，浇筑过程中出料口与模具之间距离控制在30cm左右，浇筑时间为15min，浇筑完成后用抹刀轻拍成型面，确保拌合物充分自流平。钢模具和玻璃钢模具拆模后的装饰板照片分别见图1(c)和图1(d)，装饰面均无肉眼可见气孔。
实施例1制备的低粘度UHPC材料性能测试结果如表1所示。
表1
通过实施例-3可知，本发明根据模具类型进行不同处理可以实现脱模后的装饰板装饰面完全无气孔，所得无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板孔隙率较低、孔隙分布均匀、密实度高、力学性能与耐久性能好，具有优异的表观质量和装饰效果，可以用于摩天大楼、超大跨桥梁、人行道盖板、景观和室内高层大跨建筑等场合的建筑装饰材料。
以上所述，仅为本发明的可选实施例，本领域普通技术人员可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。
Claims (2)
1.无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配制低粘度超高性能混凝土，其按重量份数计包括：白水泥32–35份、白硅灰4–6份、漂珠0.5–1.2份、硅微粉5–10份、钛白粉0.41–0.80份、石英砂40.4–41.4份、水8.5–8.9份、减水剂0.38–0.45份、降粘剂0.47–0.91份、早强剂0.91–1.41份、减缩剂0.19–0.54份、消泡剂0.04–0.08份和有机合成纤维0.74–1.08份，上述组份之和为100份；
所述白水泥为PW52.5级白色硅酸盐水泥，比表面积为420m2/kg，白度≥90％，铝酸三钙含量≤7％；
所述白硅灰的比表面积≥20000m2/kg，白度≥85％，SiO2质量含量≥98％，7天活性指数≥105％；
所述漂珠为粒度1250目的漂珠d50；
所述硅微粉为3000目的超细硅微粉，SiO2质量含量≥99％，白度≥90％；
所述钛白粉为纳米级金红石型钛白粉，TiO2含量≥93％，白度≥99％；
所述石英砂为精制石英砂，细度模数为2.2–1.6，SiO2质量含量≥99％；
所述有机合成纤维的长度为8–16mm，抗拉强度≥400MPa；
所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率≥40％；
所述降粘剂为带无机亲和基团的有机聚合物，有效成分占比99％，粘度为200–1000cps/25℃；
所述早强剂为纳米晶核早强剂；
所述减缩剂为聚醚类有机化合物；
所述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚类消泡剂和改性聚醚类消泡剂中一种或两种以上组合；
(2)所述低粘度超高性能混凝土搅拌混合，包括：
(a)将配方量的白水泥、白硅灰、漂珠、硅微粉、钛白粉、石英砂、减缩剂和消泡剂投入搅拌机，干拌1–2min；
(b)称取配方量的减水剂、降粘剂、早强剂和水，将减水剂、降粘剂、早强剂倒入水中，搅拌1–2min，形成外加剂与水的均匀混合液；
(c)搅拌机边搅拌边加入步骤(b)中外加剂与水的均匀混合液，持续搅拌3–8min，至拌合物具有一定流动性；
(d)保持继续搅拌，同时均匀投入配方量的有机合成纤维，继续搅拌5–10min，至纤维分散均匀；
(3)模具预处理，所述模具类型选自硅胶模具、木模具、钢模具或玻璃钢模具中的一种，其中：所述硅胶模具预处理包括提前24h在模具表面涂抹薄薄一层有机硅透明防水胶，晾干后在模具表面喷洒薄而均匀的有机硅水溶性脱模剂；
所述木模具预处理包括提前24h在模具表面涂抹薄薄一层的拉平腻子，晾干后喷白漆，最后在模具表面喷洒薄而均匀的有机硅水溶性脱模剂；
所述钢模具或玻璃钢模具预处理包括直接在模具表面喷洒薄而均匀的有机硅水溶性脱模剂；
(4)浇筑成型，包括：从模具的一端至另一端均匀连续浇筑，浇筑过程中出料口与模具之间距离控制在30cm以内，浇筑时间控制在20分钟以内，浇筑完成后用抹刀轻拍成型面。
2.无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板在摩天大楼、超大跨桥梁、人行道盖板、景观和室内高层大跨建筑的建筑装饰材料中的应用，所述无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板通过权利要求1所述无气孔高表观质量超高性能混凝土装饰板的制备方法得到。
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