本发明涉及混凝土技术领域，更具体的说，它涉及一种高强轻质混凝土及其制备方法。
背景技术：
轻质混凝土是指采用轻质粗骨料、轻质细骨料、胶凝材料和水配制而成的干表观密度不大于1950kg/m3的混凝土；相较于普通混凝土，轻质混凝土以其轻质、保温、隔音、抗震等功能特点，广泛应用于各类非承重结构以及主要承重结构。
现有技术中，授权公告号为cn101643348b的中国专利，公开了一种含沸石粉和天然河砂的轻骨料混凝土及其制备方法，按照重量份该轻骨料混凝土由以下组分组成：水泥217-224、粉煤灰200、沸石粉6-13、天然河砂150、页岩陶砂250、页岩陶粒350、水189-191、聚羧酸系减水剂8.6。
相较于普通混凝土，轻质混凝土采用陶粒、沸石等多孔矿石代替天然碎石，可以大大减轻混凝土的重量，但是与天然碎石相比，添加陶粒、沸石等矿石的轻质混凝土的抗压强度明显低于添加天然碎石的混凝土，并且由于骨料重量的减轻，在大坍落度下，混凝土拌合物易离析、泌水以及轻骨料上浮的现象，导致泵送困难、硬化后混凝土密度分布不均，影响混凝土的质量；因此，如何能够提高轻质混凝土的抗压强度以及抑制轻骨料的上浮，是一个需要解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高强轻质混凝土，其具有抗压强度高、干表观密度低的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种高强轻质混凝土的制备方法，其具有操作简单的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种高强轻质混凝土，以重量份数计，包括如下组分：水泥180-200份、轻质粗骨料350-450份、轻质细骨料300-350份、掺合料160-180份、水140-150份以及减水剂4-6份；所述轻质粗骨料为增强陶粒，所述增强陶粒采用如下方法制备：①取陶粒，将其置于水中浸泡20-24h，然后将陶粒沥水1-2h，得到吸水陶粒；②向吸水陶粒中加入其重量10-20％的增强剂，在温度为70-80℃的温度下，以50-400r/min的速度搅拌30-90min后，得到增强陶粒。
通过采用上述技术方案，采用封闭多孔结构的陶粒作为混凝土的骨料，可以降低混凝土的容重，而将陶粒先在水中浸泡，使其吸水，从而增加陶粒的重量，以抑制轻骨料上浮；将陶粒与增强剂混合，使得增强剂将已吸水的陶粒包裹，一方面可以增加陶粒的强度，从而增加混凝土的抗压强度，另一方面，通过增强剂将已吸水的陶粒包裹，可以提高陶粒与胶凝材料的结合力，提高混凝土拌合物的均匀性，降低混凝土的泌水、分层等现象，并且由于陶粒中已预吸水，并通过增强剂进行包裹，在其泵送的过程中，混凝土拌合物仍然具有较好的流动性，不会损害其泵送性能。
进一步地，陶粒为粒径5-25mm连续级配的页岩陶粒，陶粒的堆积密度为800-850kg/m3，筒压强度≥6.5mpa，吸水率6-8％。
通过采用上述技术方案，页岩陶粒是采用页岩为原料，经过高温焙烧精制而成，采用堆积密度为800-850kg/m3，筒压强度≥6.5mpa，吸水率6-10％，具有较高的强度以及一定的吸水性，将陶粒置于水中浸泡，可以增加陶粒的重量，以抑制轻骨料上浮。
进一步地，所述增强剂采用如下方法制备：以重量份数计，取200份水，将其加热至70-80℃，然后加入可再分散性乳胶粉10-20份、增强纤维10-15份、硅灰10-15份、丙烯醇聚氧乙烯醚4-5份、羟丙基淀粉醚4-5份、双丙酮丙烯酰胺3-4份、硬脂酸钙2-3份以及聚乙烯醇1-2份，在70-80℃的温度下保温搅拌均匀20-40min，得到增强剂。
通过采用上述技术方案，由可再分散性乳胶粉、增强纤维、超细硅微粉、丙烯醇聚氧乙烯醚、羟丙基淀粉醚、双丙酮丙烯酰胺、硬脂酸钙、聚乙烯醇以及水混合而得的增强剂可以对吸水后的陶粒进行包裹，可以在陶粒的表面形成一层带有增强纤维的防护膜，一方面可以提高陶粒的保水性，另一方面可以提高陶粒在混凝土拌合物中的分散性，通过增强纤维与水泥的结合力，可以抑制骨料上浮，提高其与水泥的粘结力，以提高混凝土拌合物的均匀性，但仍能使得混凝土拌合物具有较好的流动性，通过掺合料的配合，可以改善混凝土拌合物的泵送性能。
进一步地，所述增强纤维由重量比为(1-3):1的木质素纤维和聚乙烯醇纤维混合而成。
通过采用上述技术方案，木质素纤维的纤维微观结构是带状弯曲的、凹凸不平、多孔的，具有很好的韧性、分散性以及吸水性，聚乙烯醇纤维具有强度高、模量高，与水泥的结合力好的优点，采用木质素纤维以及聚乙烯醇纤维组成的增强纤维与水泥材料具有很好的亲和性，将增强纤维用于增强剂中对陶粒进行增强处理，通过增强纤维形成的纤维网络包裹在陶粒外，可以很好的抑制陶粒的上浮，并且通过增强纤维的连接，可以提高陶粒与水泥的结合力，从而进一步抑制骨料上浮，改善混凝土的离析、泌水问题，提高硬化后混凝土的质量。
进一步地，所述轻质细骨料由重量比为1:1的河砂和陶砂混合而成。
通过采用上述技术方案，河砂具有粒形好、强度高的优点，而陶砂为陶粒的细小颗粒，采用陶砂代替部分河砂，在保证混凝土抗压强度的同时，可以降低混凝土重量。
进一步地，所述河砂为ⅱ区中砂，其平均粒径为0.25-0.5mm；所述陶砂为平均粒径为0.5-2mm、堆积密度为800kg/m3-850kg/m3的页岩陶砂。
通过采用上述技术方案，ⅱ区中砂粒形圆润、光滑、粒形良好，其与混凝土拌合物的和易性较好，采用不同级配的中砂与页岩陶粒混合作为轻质细骨料，可以与轻质粗骨料搭建形成骨架，以提高混凝土的抗压强度。
进一步地，所述掺合料由重量比为2:1:1的粉煤灰、硅灰以及沸石粉混合而成。
通过采用上述技术方案，粉煤灰中含有火山活性成分，可以减少水泥的用量，降低水泥的水化热，其中含有的空心珠还可以改善混凝土拌合物的流动性，改善混凝土拌合物的和易性。硅灰具有保水、防止离析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用；沸石表面粗糙和具有的多孔结构，不仅可以降低掺合料的重量，而且其多孔结构可以使水泥使其具有较强的携载能力，不但能使物料均匀地吸附在表面，提高混合的均匀性。通过粉煤灰、硅灰以及沸石粉的混合，可以减低水泥的用量，减轻混凝土的重量，并且还可以填充到混凝土骨架中，以提高其混凝土的致密性，从而提高混凝土的抗压强度；此外粉煤灰、硅灰以及沸石粉的加入可以提高混凝土拌合物的和易性，提高其泵送性。
进一步地，所述粉煤灰为fⅱ级粉煤灰；沸石粉的细度为200-400目；硅灰平均粒径为0.1-0.3μm。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸系减水剂与水泥具有很好的相容性，可具有掺量低、减水率高以及收缩小的优点，可以降低用水量，减少水泥的用量，改善混凝土的和易性。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种高强轻质混凝土的制备方法，包括如下步骤：
s1、将轻质粗骨料、轻质细骨料混合均匀，得到轻质骨料备用；
s2、将水泥以及掺合料混合均匀，得到混合粉料备用；
s3、将轻质骨料加入到混合粉料中，搅拌均匀后，加入水以及减水剂，搅拌均匀，得到高强轻质混凝土。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1.采用封闭多孔结构的陶粒作为混凝土的骨料，可以降低混凝土的容重，而将陶粒先在水中浸泡，使其吸水，从而增加陶粒的重量，以抑制轻骨料上浮；将陶粒与增强剂混合，使得增强剂将已吸水的陶粒包裹，一方面可以增加陶粒的强度，从而增加混凝土的抗压强度，另一方面，通过增强剂将已吸水的陶粒包裹，可以提高陶粒与胶凝材料的结合力，提高混凝土拌合物的均匀性，降低混凝土的泌水、分层等现象，并且由于陶粒中已预吸水，并通过增强剂进行包裹，在其泵送的过程中，混凝土拌合物仍然具有较好的流动性，不会损害其泵送性能；
2.由可再分散性乳胶粉、增强纤维、超细硅微粉、丙烯醇聚氧乙烯醚、羟丙基淀粉醚、双丙酮丙烯酰胺、硬脂酸钙、聚乙烯醇以及水混合而得的增强剂可以对吸水后的陶粒进行包裹，可以在陶粒的表面形成一层带有增强纤维的防护膜，一方面可以提高陶粒的保水性，另一方面可以提高陶粒在混凝土拌合物中的分散性，通过增强纤维与水泥的结合力，可以抑制骨料上浮，提高其与水泥的粘结力，以提高混凝土拌合物的均匀性，但仍能使得混凝土拌合物具有较好的流动性，通过掺合料的配合，可以改善混凝土拌合物的泵送性能；
3.木质素纤维的纤维微观结构是带状弯曲的、凹凸不平、多孔的，具有很好的韧性、分散性以及吸水性，聚乙烯醇纤维具有强度高、模量高，与水泥的结合力好的优点，采用木质素纤维以及聚乙烯醇纤维组成的增强纤维与水泥材料具有很好的亲和性，将增强纤维用于增强剂中对陶粒进行增强处理，通过增强纤维形成的纤维网络包裹在陶粒外，可以很好的抑制陶粒的上浮，并且通过增强纤维的连接，可以提高陶粒与水泥的结合力，从而进一步抑制骨料上浮，改善混凝土的离析、泌水问题，提高硬化后混凝土的质量。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
增强剂的制备例以下制备例中的可再分散性乳胶粉选自河北任丘鹏宇化工有限公司提供的型号为py-7050的可再分散性乳胶粉；木质素纤维选自上海硕实化工有限公司提供的型号为bc-500的木质素纤维；聚乙烯醇纤维选自成都科良建材有限公司提供的型号为kl-pva的聚乙烯醇纤维；硅灰选自武汉华轩高新技术有限公司提供的牌号为kh-sf01的硅灰；丙烯醇聚氧乙烯醚选自南通锦莱化工有限公司提供的型号为apeg-1000的丙烯醇聚氧乙烯醚；羟丙基淀粉醚选自河北华海外加剂有限公司提供的羟丙基淀粉醚；双丙酮丙烯酰胺选自河南泰吉化工产品有限公司提供的双丙酮丙烯酰胺；硬脂酸钙选自江苏嘉仁化工有限公司提供的硬脂酸钙；聚乙烯醇选自中国石化提供的pva100-27的聚乙烯醇。
增强剂的制备例1：取200kg水，将其加热至70℃，然后加入可再分散性乳胶粉10kg、增强纤维10kg、硅灰10kg、丙烯醇聚氧乙烯醚4kg、羟丙基淀粉醚4kg、双丙酮丙烯酰胺3kg、硬脂酸钙2kg以及聚乙烯醇1kg，在70℃的温度下保温搅拌均匀20min，得到增强剂；其中增强纤维由重量比为1:1的木质素纤维和聚乙烯醇纤维混合而成。
增强剂的制备例2：取200kg水，将其加热至75℃，然后加入可再分散性乳胶粉15kg、增强纤维12.5kg、硅灰12.5kg、丙烯醇聚氧乙烯醚4.5kg、羟丙基淀粉醚4.5kg、双丙酮丙烯酰胺3.5kg、硬脂酸钙2.5kg以及聚乙烯醇1.5kg，在75℃的温度下保温搅拌均匀30min，得到增强剂；其中增强纤维由重量比为2:1的木质素纤维和聚乙烯醇纤维混合而成。
增强剂的制备例3：取200kg水，将其加热至80℃，然后加入可再分散性乳胶粉20kg、增强纤维15kg、硅灰15kg、丙烯醇聚氧乙烯醚5kg、羟丙基淀粉醚5kg、双丙酮丙烯酰胺4kg、硬脂酸钙3kg以及聚乙烯醇2kg，在80℃的温度下保温搅拌均匀40min，得到增强剂；其中增强纤维由重量比为3:1的木质素纤维和聚乙烯醇纤维混合而成。
增强剂的制备例4：本制备例与增强剂的制备例1的不同之处在于，原料中未添加丙烯醇聚氧乙烯醚、羟丙基淀粉醚以及双丙酮丙烯酰胺。
增强剂的制备例5：本制备例与增强剂的制备例1的不同之处在于，原料中未添加木质素纤维和聚乙烯醇纤维。
增强剂的制备例6：本制备例与增强剂的制备例1的不同之处在于，木质素纤维与聚乙烯醇纤维的重量比为0.5:1。
增强剂的制备例7：本制备例与增强剂的制备例1的不同之处在于，木质素纤维与聚乙烯醇纤维的重量比为4:1。
增强陶粒的制备例以下制备例中的陶粒为粒径5-25mm连续级配的页岩陶粒，陶粒的堆积密度为800-850kg/m3，筒压强度≥6.5mpa，吸水率6-8％。
增强陶粒的制备例1：①取陶粒，将其置于水中浸泡20h，陶粒与水的重量比为1:10，然后将陶粒沥水1h，得到吸水陶粒；
②向吸水陶粒中加入其重量10％的增强剂(选自增强剂的制备例1)，在温度为70℃的温度下，以50r/min的速度搅拌90min后，得到增强陶粒。
增强陶粒的制备例2：①取陶粒，将其置于水中浸泡22h，陶粒与水的重量比为1:10，然后将陶粒沥水1.5h，得到吸水陶粒；
②向吸水陶粒中加入其重量15％的增强剂(选自增强剂的制备例2)，在温度为75℃的温度下，以200r/min的速度搅拌60min后，得到增强陶粒。
增强陶粒的制备例3：①取陶粒，将其置于水中浸泡24h，陶粒与水的重量比为1:10，然后将陶粒沥水2h，得到吸水陶粒；
②向吸水陶粒中加入其重量20％的增强剂(选自增强剂的制备例3)，在温度为80℃的温度下，以400r/min的速度搅拌30min后，得到增强陶粒。
增强陶粒的制备例4：本制备例与增强陶粒的制备例1的不同之处在于，陶粒未经过步骤①的处理。
增强陶粒的制备例5：本制备例与增强陶粒的制备例1的不同之处在于，增强剂选自增强陶粒的制备例4制备而得。
增强陶粒的制备例6：本制备例与增强陶粒的制备例1的不同之处在于，增强剂选自增强陶粒的制备例5制备而得。
增强陶粒的制备例7：本制备例与增强陶粒的制备例1的不同之处在于，增强剂选自增强陶粒的制备例6制备而得。
增强陶粒的制备例8：本制备例与增强陶粒的制备例1的不同之处在于，增强剂选自增强陶粒的制备例7制备而得。
实施例
以下实施例中水泥为中联的p.o42.5普通硅酸盐水泥；轻质细骨料由重量比为1:1的河砂和陶砂混合而成，河砂为ⅱ区中砂，其平均粒径为0.25-0.5mm；所述陶砂为平均粒径为0.5-2mm、堆积密度为800kg/m3-850kg/m3的页岩陶砂；掺合料由重量比为2:1:1的粉煤灰、硅灰以及沸石粉混合而成，粉煤灰为fⅱ级粉煤灰，沸石粉的细度为200-400目，硅灰平均粒径为0.1-0.3μm，硅灰选自武汉华轩高新技术有限公司提供的牌号为kh-sf01的硅灰；聚羧酸系减水剂选自上海富畦工贸有限公司提供的货号为tf-1的聚羧酸系减水剂。
实施例1：一种高强轻质混凝土采用如下方法制备而得：
s1、将350kg增强陶粒(选自增强陶粒的制备例1)、300kg轻质细骨料混合均匀，得到轻质骨料备用；
s2、将180kg水泥、160kg掺合料混合均匀，得到混合粉料备用；
s3、将轻质骨料加入到混合粉料中，搅拌均匀后，加入140kg水以及4kg减水剂，搅拌均匀，得到高强轻质混凝土。
实施例2：一种高强轻质混凝土采用如下方法制备而得：
s1、将400kg增强陶粒(选自增强陶粒的制备例2)、325kg轻质细骨料混合均匀，得到轻质骨料备用；
s2、将190kg水泥、170kg掺合料混合均匀，得到混合粉料备用；
s3、将轻质骨料加入到混合粉料中，搅拌均匀后，加入145kg水以及5kg减水剂，搅拌均匀，得到高强轻质混凝土。
实施例3：一种高强轻质混凝土采用如下方法制备而得：
s1、将450kg增强陶粒(选自增强陶粒的制备例3)、350kg轻质细骨料混合均匀，得到轻质骨料备用；
s2、将200kg水泥、180kg掺合料混合均匀，得到混合粉料备用；
s3、将轻质骨料加入到混合粉料中，搅拌均匀后，加入150kg水以及6kg减水剂，搅拌均匀，得到高强轻质混凝土。
对比例
对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于，用普通陶粒代替增强陶粒。
对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，增强陶粒选自增强陶粒的制备例4制备而得。
对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，增强陶粒选自增强陶粒的制备例5制备而得。
对比例4：本对比例与实施例1的不同之处在于，增强陶粒选自增强陶粒的制备例6制备而得。
对比例5：本对比例与实施例1的不同之处在于，增强陶粒选自增强陶粒的制备例7制备而得。
对比例6：本对比例与实施例1的不同之处在于，增强陶粒选自增强陶粒的制备例8制备而得。
性能测试
采用实施例1-3以及对比例1-6中的方法制备混凝土，按照如下方法，对其性能进行测试，将测试结果示于表1。
坍落度与坍落度损失：根据gb/t50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的坍落度试验及坍落度经时损失试验中的方法进行测试；
扩展度与扩展度损失：根据gb/t50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的扩展度试验及扩展度经时损失试验中的方法进行测试；
泌水率：根据gb/t50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的泌水试验中的方法进行测试；
离析率：根据gb/t50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的抗离析性能试验中的方法进行测试；
抗压强度：按照gb/t50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》中方法制作标准试块，并测量标准试块养护3d、7d以及28d的抗压强度；
干表观密度：按照jgj51-2002《轻骨料混凝土技术规程》中的规定，采用破碎试件烘干法测定其干表观密度。
表1
坍落度是混凝土和易性的测定方法与指标，坍落度越大，则表示混凝土的流动性越好，而当其在坍落度大于220mm时，坍落度不能准确反映混凝土的流动性，此时需要用混凝土扩展后的平均直径即坍落扩展度，作为流动性指标；而坍落度损失与拓展的损失则可以反映混凝土的粘聚性。
混凝土泌水是指混凝土在运输、振捣、泵送的过程中出现粗骨料下沉、水分上浮的现象；混凝土的离析是混凝土拌合物组成材料之间的粘聚力不足以抵抗粗集料下沉，混凝土拌合物成分相互分离，造成内部组成和结构不均匀的现象，通常表现为粗集料与砂浆相互分离，例如密度大的颗粒沉积到拌合物的底部，或者粗集料从拌合物中整体分离出来。
通过坍落度与扩展度可以表征混凝土的流动性，通过泌水率以及离析率可以表征混凝土混合原料混合的均匀。
根据表1数据，通过实施例1-3以对比例1相比可知，添加增强陶粒后，不仅可以明显抑制轻骨料上浮，提高混凝土的均匀性，而且还能进一步提高混凝土的抗压强度；此外增强陶粒的加入虽然会使得混凝土的坍落度以及扩展度略微下降，但是可以明显改善其坍落度损失以及扩展度损失的情况，使得混凝土仍能保持良好的流动性。
对比例2的增强陶粒选自增强陶粒的制备例4制备而得；陶粒未经过步骤①的处理；相较于实施例1，对比例2中混凝土的坍落度、扩展度以及离析率有所下降，说明陶粒在经过增强处理前，先经过吸水处理，有利于改善混凝土拌合物的流动性以及均匀性。
对比例3的增强陶粒选自增强陶粒的制备例5制备而得，该增强剂的原料中未添加丙烯醇聚氧乙烯醚、羟丙基淀粉醚以及双丙酮丙烯酰胺；相较于实施例1，对比例3的混凝土的坍落度、扩展度明显下降，说明添加丙烯醇聚氧乙烯醚、羟丙基淀粉醚以及双丙酮丙烯酰胺得到增强剂，对陶粒进行处理后，可以改善混凝土拌合物的流动性。
对比例4的增强陶粒选自增强陶粒的制备例6制备而得；该增强剂的原料中未添加木质素纤维和聚乙烯醇纤维；相较于实施例1，对比例4的混凝土的坍落度损失、扩展度损失、离析率以及抗压强度明显下降，说明添加木质素纤维以及聚乙烯醇纤维的增强剂对陶粒进行处理后，可以明显改善混凝土拌合物的粘聚性、均匀性以及抗压强度。
对比例5的增强陶粒选自增强陶粒的制备例7制备而得，该增强剂中的木质素纤维与聚乙烯醇纤维的重量比为0.5:1；对比例6的增强陶粒选自增强陶粒的制备例8制备而得，该增强剂中的木质素纤维与聚乙烯醇纤维的重量比为4:1；通过实施例1、实施例2、实施例3、对比例4、对比例5以及对比例6比较可知，当木质素纤维与聚乙烯醇纤维的重量比为0.5:1时，混凝土拌合物的坍落度、扩展度以及离析率有所下降，说明混凝土的流动性以及均匀性有所下降，当木质素纤维与聚乙烯醇纤维的重量比为4:1时，混凝土的抗压强度有所下降，说明当木质素纤维与聚乙烯醇纤维的重量比为(1-3):1时，使制得混凝土可以同时兼顾流动性、均匀性以及抗压强度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。