一种轻质组装合成建筑结构模组的制作方法

1.本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种轻质组装合成建筑(mic)结构模组。


背景技术：

2.组装合成建筑(mic)是一种通过组装建筑模块而快速建造建筑物的新型建造方法。组装合成建筑(mic)所用建筑模块是在受认证的工厂中制造、组装及装修后，再运输至建筑工地现场安装组成建筑物。相比传统建筑材料或预制构件，mic模块单元体积庞大，必须结合海路及陆路运输，并克服场地限制，才能运送到工地。
3.大部分组装合成建筑的模块并非使用轻质材料制成，其大小约为2米至10多米不等，其重量以「吨」来计算。若要将这些极重的模块从郊外厂房送至繁荣的市区工地，须考虑期间的跨境交通、重型货车流量、运输时间等要求。况且，如此多的巨型建筑模块在市区内运输及进行高空吊送，亦有工业安全的问题有待解决。


技术实现要素：

4.因此，考量到模块的大小及重量受到运输及生产的限制，本发明提供了一种轻质的组装合成建筑结构模组，其包含能轻易地被运送及组装的轻质模块，并可确保建筑物在运送过程中的工业安全问题以及大幅降低运输大型模块的成本。另外，所制成的轻质组装合成建筑结构模组与传统组装合成建筑结构模组相比具有相同或更高的强度水平。
5.本发明的第一方面提供了一种轻质组装合成建筑结构模组，其包括一个第一建筑模块、一个第二建筑模块或结构墙以及一个连接结构负责集成所述第一建筑模块与所述第二建筑模块或结构墙，其中第一建筑模块与第二建筑模块或结构墙通过使用一种轻骨料混凝土而制成，所述第一建筑模块与所述第二建筑模块或结构墙所用轻骨料混凝土具有至少c35的强度等级，其中，所述轻骨料混凝土具有介乎40-250mm的坍落度、小于1500kg/m3的28天平衡密度、以及至少47mpa的28天抗压强度。
6.在本发明第一方面的一个实施例中，所述轻骨料混凝土具有介乎40-220mm的坍落度。
7.在本发明第一方面的一个实施例中，所述轻骨料混凝土包括重量300至500kg/m3的水泥、重量20至80kg/m3的硅粉、重量0至150kg/m3的飞灰、重量300至500kg/m3的粗质轻骨料、重量300至500kg/m3的细质轻骨料、重量200至250kg/m3的水、重量1至9kg/m3的减水剂以及重量0至3kg/m3的粘度调节剂。
8.在本发明第一方面的一个实施例中，所述水泥包括普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥。
9.在本发明第一方面的一个实施例中，所述硅粉为一种包括重量比至少85％的二氧化硅的致密化硅微粉。
10.在本发明第一方面的一个实施例中，所述飞灰包括粉煤灰、c级飞灰或f级飞灰。
11.在本发明第一方面的一个实施例中，所述减水剂是聚羧酸系高效减水剂。
12.在本发明第一方面的一个实施例中，所述粘度调节剂是高分子量合成共聚物的粉体或水溶液。
13.在本发明第一方面的一个实施例中，所述高分子量合成共聚物包括丙烯酸共聚物类、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮。
14.在本发明第一方面的一个实施例中，所述粗质轻骨料以及细质轻骨料的成分是膨胀页岩。
15.在本发明第一方面的一个实施例中，所述粗质轻骨料的1小时吸水率不大于5％(例如3％至5％)、及24小时吸水率不大于10％(例如6％至8％)。
16.在本发明第一方面的一个实施例中，所述粗质轻骨料的颗粒大小为5至20mm，所述细质轻骨料的颗粒大小为0.1至5mm。
17.在本发明第一方面的一个实施例中，所述轻骨料混凝土还具有不大于3.5％的吸水率。
18.本发明的第二方面提供了一种具有介乎40-250mm的坍落度、小于1500kg/m3的28天平衡密度、不大于3.5％的吸水率以及至少47mpa的28天抗压强度专门用于轻质组装合成建筑结构模组的轻骨料混凝土。
19.在本发明第二方面的一个实施例中，所述轻骨料混凝土具有介乎40-220mm的坍落度。
20.在本发明第二方面的一个实施例中，所述轻骨料混凝土包括重量300至500kg/m3的水泥、重量20至80kg/m3的硅粉、重量0至150kg/m3的飞灰、重量300至500kg/m3的粗质轻骨料、重量300至500kg/m3的细质轻骨料、重量200至250kg/m3的水、重量1至9kg/m3的减水剂以及重量0至3kg/m3的粘度调节剂。
21.在本发明第二方面的一个实施例中，所述水泥包括普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥。
22.在本发明第二方面的一个实施例中，所述硅粉为一种包括重量比至少85％的二氧化硅的致密化硅微粉。
23.在本发明第二方面的一个实施例中，所述飞灰包括粉煤灰、c级飞灰或f级飞灰。
24.在本发明第二方面的一个实施例中，所述减水剂是聚羧酸系高效减水剂。
25.在本发明第二方面的一个实施例中，所述粘度调节剂是高分子量合成共聚物的粉体或水溶液。
26.在本发明第二方面的一个实施例中，所述高分子量合成共聚物包括丙烯酸共聚物类、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮。
27.在本发明第二方面的一个实施例中，所述粗质轻骨料以及细质轻骨料的成分是膨胀页岩。
28.在本发明第二方面的一个实施例中，所述粗质轻骨料的1小时吸水率不大于5％(例如3％至5％)、及24小时吸水率不大于10％(例如6％至8％)。
29.在本发明第二方面的一个实施例中，所述粗质轻骨料的颗粒大小为5至20mm，所述细质轻骨料的颗粒大小为0.1至5mm。
30.本发明的轻质组装合成建筑结构模组的主要优点如下:(1)使用轻质的组装合成建筑结构模组可提高现场施工速度，并节省施工现场的劳动力；(2)所制成的组装合成建筑
结构模组可用在高楼层建筑中，提供高稳定性及安全性；(3)由轻骨料混凝土制成的模块或结构墙大幅降低运输大型模块的成本；(4)与传统高密度组装合成建筑结构模组相比，具有相同或更高的强度水平(至少c35的强度水平)；(5)大幅提升运输过程中的工业安全性。
附图说明
31.从以下参考附图中列举的示例性实施例的描述，将更容易理解本发明，其中：
32.图1展示了根据本发明的一个实施方案，轻质组装合成建筑结构模组的示意图。
33.图2展示了根据本发明的一个实施方案，使用轻骨料混凝土而制成的组装合成建筑模块的示意图。
34.图3展示了根据本发明的另一个实施方案，使用轻骨料混凝土而制成的结构墙的示意图。
35.图4展示了根据本发明的一个实施方案，硬化后的轻质混凝土的样本。
具体实施方式
36.通过以下的实施例并结合附图来详细描述本发明。应该理解的是，特定实施例仅出于说明性目的，而不应以限制性方式解释。本发明所属领域的技术人员将理解，除了具体描述的内容外，本文所述的发明还可以进行各种变化和修改。
37.本发明包括所有这些变化和修改。本发明说明书中还单独或共同提及引用或指示的所有功能，以及任何或所有组合或任何功能。通过阅读以下的描述，本发明的其它方面及优点对于本领域技术人员将是显而易见的。
38.在一实施例中，图1展示一种轻质组装合成建筑结构模组(100)的示意图，该组装合成建筑结构模组包括至少一个第一建筑模块(101)、至少一个第二建筑模(102)以及一个连接结构(103)负责集成第一建筑模块(101)与第二建筑模块(102)，其中第一建筑模块(101)与第二建筑模块(102)通过使用一种轻骨料混凝土而制成。图2为使用轻骨料混凝土而制成的组装合成建筑模块的示意图，该模块所用轻骨料混凝土具有至少c35的强度等级，符合国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》(jgj1-2014)对于组装合成建筑结构的要求。在另一个实施例中，可将第二建筑模块替换成一结构墙，如图3所示。
39.本发明的轻质骨料混凝土配方能满足轻骨料混凝土产品的要求，该产品具有介乎40-250mm的坍落度且无泌水及骨浆分离，在第28天时的平衡密度小于1500kg/m3，吸水率不大于3.5％，且第28天抗压强度不低于47.0mpa。
40.本发明轻骨料混凝土的组成包括重量300至500kg/m3的水泥、重量20至80kg/m3的硅粉、重量0至150kg/m3的飞灰、重量300至500kg/m3的粗质轻骨料、重量300至500kg/m3的细质轻骨料、重量200至250kg/m3的水、重量1至9kg/m3的减水剂以及重量0至3kg/m3的粘度调节剂。优选地，本发明轻骨料混凝土的组成包括重量400kg/m3的水泥、重量50kg/m3的硅粉、重量100kg/m3的飞灰、重量307kg/m3的粗质轻骨料、重量370kg/m3的细质轻骨料、重量229kg/m3的水、重量2kg/m3的减水剂以及重量0kg/m3的粘度调节剂。所制成的轻骨料混凝土可依一般标准养护过程进行养护。
41.在一个实施例中，所使用的水泥包括但不限于普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥。
42.在一个实施例中，所使用的硅粉为一种包括重量比至少85％的二氧化硅的致密化硅微粉。致密化硅微粉能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，其具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热性差、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能。致密化硅微粉也能够改善混凝土的粘聚性以及浆体及轻质骨料的粘结性能。
43.在一个实施例中，所使用的飞灰包括但不限于粉煤灰、c级飞灰或f级飞灰。
44.在一个实施例中，所使用的减水剂是聚羧酸系高效减水剂。聚羧酸系高效减水剂是一种新型绿色高效减水剂，具有分子结构可设计性、低掺量、高分散性、坍落度损失小、早期强度高、与水泥适应性好、绿色环保节能等特点。在本发明中，所使用的减水剂使用量应尽可能低，以不超过轻骨料混凝土总重量的5％为佳。
45.在本发明中，所使用的粘度调节剂是高分子量合成共聚物的粉体或水溶液。所述高分子量合成共聚物包括但不限于丙烯酸共聚物类、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮。通常可与丙烯酸共聚的单体包括醯胺类、丙烯腈、含乙烯基类、苯乙烯和丁二烯等。聚乙烯醇依聚合度可分为超高聚合度(分子量25至30万)、高聚合度(分子量17至22万)、中聚合度(分子量12至15万)和低聚合度(分子量2.5至3.5万)。在本发明中，粘度调节剂被用来改善混凝土的粘聚性，以减少混凝土出现泌水和骨浆分离的情况。
46.在一个实施例中，所使用的粗质轻骨料以及细质轻骨料的成分是膨胀页岩。页岩是一种细颗粒的沉积岩，是由粉尘和通常称为泥浆的粘土大小的矿物颗粒压实形成的。页岩与其他泥岩不同，因为它是易裂变的和层状的。当页岩在高温2,000
°
f(等于约1093℃)的回转窑中破碎并烧结时，会形成膨胀的页岩，此过程使页岩中的微小空隙扩大形成多孔状外观。在本发明中，所使用的轻质骨料具有不大于5％的一小时吸水率。轻质骨料的低吸水率可以降低轻质混凝土的生产难度及提高轻质混凝土的稳定性。在一个实施例中，轻质骨料的低吸水率通过优化烧结过程而达到；在另一个实施例中，轻质骨料的低吸水率通过骨料表面处理而达到。
47.在一个实施例中，所述粗质轻骨料的粒径为5至20mm，所述细质轻骨料的粒径为0.1至5mm。本发明搭配使用不同粒径的骨料，可获得较佳的堆积密度，以改善混凝土的塌落度，强度和粘聚性。
48.以下实施例仅用于说明，而非限制本发明。
49.实施例
50.实施例1
51.轻骨料混凝土的优选配方
52.表1所示为根据本发明的一个实施方案，轻骨料混凝土的配方。其中，所使用的水泥是52.5n普通波特兰水泥，所使用的硅粉为一种包括重量比至少85％的二氧化硅的致密化硅微粉，所使用的飞灰是来自火力发电厂的粉状燃料灰，所使用的减水剂是聚羧酸系高效减水剂，以及所使用的粘度调节剂是高分子量合成共聚物的粉体或水溶液。粗质和细质轻骨料都是通过高温烧结产生的膨胀页岩。粗质轻骨料的表观密度为935kg/m3，粒径大小为5-25mm；而细质轻骨料的表观密度为1750kg/m3，粒径大小为0-5mm。图4所示为硬化后的轻质混凝土的样本。
53.表1
54.从表1中可见，所制成的轻质混凝土具有1530kg/m3的出料密度、100mm的坍落度，以及第28天抗压强度为48.1mpa。
55.实施例2
56.轻质骨料混凝土制备步骤
57.首先，将水泥、硅粉与飞灰混合均匀，然后加入粗质轻骨料与细质轻骨料及水和减水剂，搅拌形成混凝土，接着对所制成混凝土样品进行标准养护并硬化成形。
58.实施例3
59.表2列出了三种粗质轻骨料样品(样品1、样品2、样品3)的密度及吸水率测试结果。其中，样品2和样品3与样品1的差别在于使用不同级别的粗质轻骨料。结果显示本发明粗质轻骨料的密度范围为约900至1100kg/m3，远低于一般市面上使用的天然石骨料密度(約2600kg/m3)，因此将本发明轻质骨料应用至混凝土中可大幅降低混凝土的密度。另外，三种-粗质轻骨料的1小时吸水率约为3至5％，24小时吸水率约为6至8％。
60.表2表2
61.实施例4
62.轻质混凝土性能
63.本发明混凝土的平衡密度根据astm 567-8.2条进行测试:1.拆模1天后，在27
±
3℃温度下连续泡7天的水。然后测试饱水试块在水中的重量和在空气中饱和面干的重量，二者之差除以水的密度(取室内环境温度对应水密度)即为试块的排水体积；2.将试块放在23℃
±
2℃温度、50
±
5％湿度环境中养护，并以28天为时间间隔测试重量变化。重量变化小于0.5％时的重量为平衡重量；3.将平衡重量除以排水体积即为平衡密度。
64.表3所示为两种轻骨料混凝土的特殊配方及测试性能(包括坍落度、密度、抗压强
度)。样品4与样品5的轻质混凝土所耗费成本分别为1089hkd/m3與1051hkd/m3。样品4具有220mm的坍落度、1488kg/m3的平衡密度，以及第28天抗压强度为48.8mpa。样品5具有180mm的坍落度、1483kg/m3的平衡密度，以及第28天抗压强度为48.3mpa。整体而言，本发明的轻质混凝土在第28天时可达到至少48mpa的抗压强度，而平衡密度可低于1490kg/m3，远低于一般市面上使用的普通混凝土密度(約2400kg/m3)。
65.表3表3-:未测得
66.此外，表4进一步比较了本发明轻质混凝土与市面上的混凝土不同性能之间的差异。与市面上同强度等级的普通混凝土相比，可以看到本发明中的轻质混凝土，其饱和密度和烘干密度明显降低，抗弯强度和钢筋与混凝土之间的最大粘结应力提升明显，透水性和耐氯离子渗透性显着提升，且导热系数大幅降低。
67.表4-:未测得
68.对比例
69.表5列出了制备轻质骨料混凝土时所获得失败的示例。制备样品6与样品7的轻质
混凝土所耗费成本分别为1117hkd/m3及1082hkd/m3。根据样品6的配方所制得的混凝土产品密度过高，而根据样品7的配方所制得的混凝土产品密度及抗压强度过低且在第七天进行抗压测试时样品出现裂痕。样品8的缺点是由于大量添加粗、轻质骨料，导致有严重浮浆现象，样品9的缺点是由于大量添加缺乏含水能力的细质轻骨料而有严重泌水现象，两者皆不适合作为理想轻质混凝土产品，因此不进一步对其抗压强度进行测试。样品10快速损失坍落度，并且浇铸前随着时间的推移密度会增加，因为水会填满压碎的轻质骨料的孔。因此，样品6-10均不适合作为本发明理想轻质混凝土产品。本发明中粗、细轻质骨料的添加比例将影响最终混凝土产品的密度与性能。
70.表5表5-:未测得
71.定义
72.在整个说明书中，除非另有规定，否则术语“包含”或称为“包含”或“包含”之类的变体，将被理解为包含一个规定的整体或整体，但不排除包括任何其他整体或整体组。还应注意，在本公开中，特别是在权利要求或期间中，或“包含”或“包含”或“包含”等术语具有美国专利法中赋予它的含义。例如，它们允许未定义叙述的元件，但排除现有技术中发现的或
影响本发明的基本或新颖特征的元件。
73.再者，在整个说明书和权利要求书中，除非另外另有要求，否则术语“包括”或其中“包括”或“包括”的变体，将被理解为包含一个规定的整体或一组整体，但不排除包括任何其他整体或整体组。
74.说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等术语，表示所描述的实施例可以包括特定的特征，结构或特性，但是每个实施例可以不必包括特定，这些特征不一定是指相同的实施例。另外当结合实施例描述特定特征，结构或特性时，认为它是一个在本领域技术人员的知识范围内，无论是否明确描述，都可以结合其他实施例来作用这些特征，结构或特性。
75.术语“模块化组装结构”在本发明中并不限于此用词，且在其他实施方式中，相同或类似的结构亦可以解释为“modular integrated constructure(mic)”或“组装合成建筑结构”及其他类似的名称。
76.本文使用的替代术语的其他定义可以在本发明的详细描述中找到并转换全文。除非另外定义，否则这里使用的所有其他技术术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的主题相同的含义。
77.本领域技术人员基于本公开的教导，可以在不背离本发明的精神或范围的情况下实施替代的实施例。本发明的范围改变由以下权利要求所限定，其包含所有实施例及结合以上说明书和附图所进行的各种修改。