一种高强保温陶粒混凝土及其制备与应用的制作方法

1.本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种高强保温陶粒混凝土及其制备与应用。


背景技术：

2.随着国家墙体材料的发展，粘土实心砖将逐步被取消和限制使用，普通的混凝土砌块虽然可以替代粘土实心砖，但就保温节能方面来看，远远不能满足节能50％的要求，保温节能墙体材料的研究和应用势在必行。而目前公知的保温材料主要是聚苯乙烯类产品，但此类材料抗压强度低，使用寿命短、不防火、不环保。于是，改进此类内部隔墙的性能，提高使用可靠性和环境适用性，就成为现阶段预想解决的问题。
3.由此，在建筑物领域迈向多功能方向发展的过程中，一种建筑材料——轻集料，因其可代替或部分代替天然石材集料而具备多功能性的缘故，从而受到建筑领域广泛地关注。正是在这个意义上，作为轻集料中使用最多的品种——陶粒，在建筑材料领域内得到了大规模的应用，陶粒混凝土即是此种应用的一个发展方向。
4.一般来说，采用陶粒混凝土比普通碎石混凝土的质量轻20～30％，且具备轻质高强、保温隔热、抗震耐火等功能。与普通混凝土相比，用陶粒混凝土作梁、柱和其它承重构件，可减少钢筋用量20～25％；总体上减轻结构自重20％。因此，其在高层建筑、桥面铺装、预制化箱体等有着广泛的应用。虽然陶粒混凝土用于如此卓越地性能，但依然存在天然的缺陷，由于陶粒本身的性质——强度低以及易离析，所以在混凝土中将陶粒替代石材集料后，难以避免地是混凝土强度与可泵性的大幅降低。
5.在陶粒混凝土研究过程中，为获得较高强度的陶粒混凝土，目前采取的方式多是通过提高陶粒的强度来实现，而当前优质的高强度陶粒对原材料、设备等要求又特别严格，从这个方面来看，制备高强陶粒还存在很大的局限性，难以达到全面的市场化。在另一方面，为了保证陶粒混凝土可泵性，行业内通常的做法是，通过添加剂来改善混凝土浆体的性能，遗憾地是，这种做法也只能在一定程度上改善混凝土的泌水、离析情况，难以实现对陶粒混凝土工作性能的大幅提升。由此可见，在如何综合完善混凝土的高强度与高流动性方面，是建筑领域中迫切需要解决的一个重要问题。


技术实现要素：

6.针对上述存在的问题，本发明提出了一种高强保温陶粒混凝土及其制备与应用，改性陶粒为针对性自制改性，包括预处理和活化改性的步骤，制得的改性陶粒性能稳定，轻质高强，补强耐候，还设有添加剂，辅配作用，大大提高了混凝土的保温效果，且对混凝土结构相变强化促进，组分间辅配协作效果强，物料间混合联结性显著改善，力学性能显著提高，综合保温性、抗压强度、吸水率、坍落度都明显改善，综合效能优异，值得推广应用。
7.为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
8.一种高强保温陶粒混凝土，其特征在于，包括胶凝材料、骨料、改性陶粒、聚羧酸减
水剂、拌合水，其中，改性陶粒制备方法为，
9.1)预处理：取粒径5
‑
20mm的陶粒颗粒，洗净后置于60℃清水中浸泡20
‑
60min，然后依次进行酸液浸泡、冲洗、碱液浸泡、冲洗，最后干燥备用；
10.2)活化改性：将步骤1)干燥所得陶粒颗粒置于聚乙烯醇水溶液中，超声处理10
‑
15min，再向其中适量短切纤维丝，高速搅拌3
‑
5min，惰性氛围干燥，然后焙烧处理，即得。
11.作为本发明的进一步优化，胶凝材料包括水泥pc42.5、粉煤灰，两者质量比为10:1
‑
2；骨料包括碎石、矿渣、中砂，三者质量比为10:2.5:6
‑
8，碎石、矿渣粒径为1
‑
15mm。
12.作为本发明的进一步优化，高强保温陶粒混凝土中还包括添加剂，添加剂包括干冰颗粒、小苏打、羟丙基甲基纤维素、木薯淀粉植物胶。
13.作为本发明的进一步优化，高强保温陶粒混凝土中各原料重量份数为，胶凝材料150
‑
180份、骨料380
‑
550份、改性陶粒150
‑
240份、聚羧酸减水剂1
‑
8份、添加剂0
‑
50份、拌合水40
‑
100份；添加剂中各组分重量份数为，干冰颗粒5
‑
8份、小苏打13
‑
18份、羟丙基甲基纤维素10
‑
30份、木薯淀粉植物胶5
‑
10份。
14.作为本发明的进一步优化，步骤1)中酸液浸泡具体为1.0
‑
1.2mol/l盐酸溶液，浸泡12
‑
16h；碱液浸泡具体为1.0
‑
1.5mol/l氢氧化钠溶液，浸泡12
‑
16h。
15.作为本发明的进一步优化，步骤2)中聚乙烯醇水溶液为10％聚乙烯醇1788溶液；短切纤维丝为短切玻纤或短切石棉纤维或两者混合物，添加量为陶粒颗粒质量的4
‑
7％。
16.作为本发明的进一步优化，步骤2)中超声处理具体为38khz、350w；高速搅拌为1500
‑
1600rpm；惰性氛围为氮气或二氧化碳或两者混合气，焙烧处理为600
‑
800℃焙烧2
‑
4h。
17.作为本发明的进一步优化，高强保温陶粒混凝土，其特征在于，制备方法为，
18.1)按重量份数取料，将骨料和改性陶粒共混，高速剪切混合均匀，得混料一；
19.2)向混料一内添加羟丙基甲基纤维素和木薯淀粉植物胶以及适量拌合水，搅拌30s，然后将小苏打加入其中，搅拌混匀，得混料二；
20.3)将胶凝材料、聚羧酸减水剂、剩余拌合水加入混料二中，搅拌30
‑
90s，然后在低速搅拌条件下将干冰颗粒加入其中，添加完成后，快速搅拌2
‑
5min，即得混凝土浆料；
21.4)将混凝土浆料灌浆、浇注成型，脱模后，蒸压养护，即得高强保温陶粒混凝土制品。
22.作为本发明的进一步优化，步骤2)、3)中搅拌速率为60rpm，步骤3)中低速搅拌为30rpm，快速搅拌为80rpm；步骤2)中拌合水使用量为总水量的20
‑
40％。
23.作为本发明的进一步优化，由权利要求1
‑
9任一项所述的高强保温陶粒混凝土应用于制作建筑保温轻质墙板。
24.由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：
25.本发明改性陶粒为针对性自制改性，包括预处理和活化改性的步骤，制得的改性陶粒性能稳定，轻质高强，补强耐候，还设有添加剂，辅配作用，大大提高了混凝土的保温效果，且对混凝土结构相变强化促进，力学性能显著提高，综合保温性、抗压强度、吸水率、坍落度都明显改善，综合效能优异，值得推广应用。
26.本申请改性陶粒，预处理活化后，与聚乙烯醇反应附着增粘，提高表面连接效率，有效促进了短切纤维丝的连接、嵌合效果，超声后分散性、均匀度都明显提高，随后惰性氛
围干燥，强化陶粒高比表面积的改性连接效率，纤维连接稳定性显著提高，最后经焙烧处理，一方面聚乙烯醇高温分解，进一步提高结构孔隙率，另一方面能强化陶粒本身结构，提高与纤维的结合稳定性，整体轻质性和强化度明显改善。
27.还设有添加剂，先以羟丙基甲基纤维素和木薯淀粉植物胶提高骨料与改性陶粒的流变和易性，提高组分间反应结合力，再以小苏打添加，混匀后一方面可在随后的水化热条件下分解二氧化碳，不仅提高搅拌分散率，促流变，形成的气泡也能对骨料、改性陶粒以及胶凝材料表面反应进行促进强化，在制备过程中，由小苏打先进行预分解吸热，提供细密气泡的同时，先适当吸热降温，随后添加的干冰相较小苏打进一步强化吸热降温并供气，可形成递进式的变化(干冰在搅拌条件下添加，添加速率可根据情况调整)，对混凝土浆料结构密实度具有优异的促进效果，同时降低了水化热对混凝土制品的应力缝隙和强度损伤等问题影响，成品综合力学性能高强稳定。
28.另外，小苏打、干冰在添加过程中，除了提供细密气泡和吸热作用外，形成的碱液对羟丙基甲基纤维素和木薯淀粉植物胶的粘结效果逐步增强，递进强化，对混凝土组分间的结合具有优异的促进效果。另外，碱液对碱性的混凝土材质具有辅助效果，显著降低了酸蚀、锈蚀(钢筋骨架)的影响，实用寿命有效延长。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1：
31.一种高强保温陶粒混凝土，其特征在于，包括胶凝材料、骨料、改性陶粒、聚羧酸减水剂、添加剂、拌合水，添加剂包括干冰颗粒、小苏打、羟丙基甲基纤维素、木薯淀粉植物胶；
32.进一步的，高强保温陶粒混凝土中各原料重量份数为，胶凝材料180份、骨料420份、改性陶粒200份、聚羧酸减水剂4份、添加剂30份、拌合水75份；添加剂中各组分重量份数为，干冰颗粒6份、小苏打14份、羟丙基甲基纤维素25份、木薯淀粉植物胶5份。
33.其中，胶凝材料包括水泥pc42.5、粉煤灰，两者质量比为10:1；骨料包括碎石、矿渣、中砂，三者质量比为10:2.5:7，碎石、矿渣粒径为1
‑
15mm。
34.改性陶粒制备方法为，
35.1)预处理：取粒径5
‑
20mm的陶粒颗粒，洗净后置于60℃清水中浸泡20
‑
60min，然后依次进行酸液浸泡、冲洗、碱液浸泡、冲洗，最后干燥备用；
36.2)活化改性：将步骤1)干燥所得陶粒颗粒置于聚乙烯醇水溶液中，超声处理10
‑
15min，再向其中适量短切纤维丝，高速搅拌3
‑
5min，惰性氛围干燥，然后焙烧处理，即得。
37.步骤1)中酸液浸泡具体为1.0mol/l盐酸溶液，浸泡15h；碱液浸泡具体为1.0mol/l氢氧化钠溶液，浸泡15h。
38.步骤2)中聚乙烯醇水溶液为10％聚乙烯醇1788溶液；短切纤维丝为短切玻纤、短切石棉纤维混合物(质量比1:1)，添加量为陶粒颗粒质量的5％；且步骤2)中超声处理具体为38khz、350w；高速搅拌为1500rpm；惰性氛围为氮气，焙烧处理为800℃焙烧3h。
39.基于上述原料配比与制取，高强保温陶粒混凝土，制备方法为，
40.1)按重量份数取料，将骨料和改性陶粒共混，高速剪切混合均匀(800rpm)，得混料一；
41.2)向混料一内添加羟丙基甲基纤维素和木薯淀粉植物胶以及适量拌合水(20
‑
40wt％)，60rpm搅拌30s，然后将小苏打加入其中，60rpm搅拌混匀，得混料二；
42.3)将胶凝材料、聚羧酸减水剂、剩余拌合水(60
‑
80wt％)加入混料二中，60rpm搅拌30
‑
90s，然后在30rpm低速搅拌条件下将干冰颗粒加入其中，添加完成后，80rpm快速搅拌2
‑
5min，即得混凝土浆料；
43.4)将混凝土浆料灌浆、浇注成型，脱模后，蒸压养护，即得高强保温陶粒混凝土制品，可用于建筑保温轻质墙板。
44.实施例2：
45.一种高强保温陶粒混凝土，其特征在于，包括胶凝材料、骨料、改性陶粒、聚羧酸减水剂、添加剂、拌合水，添加剂包括干冰颗粒、小苏打、羟丙基甲基纤维素、木薯淀粉植物胶；
46.进一步的，高强保温陶粒混凝土中各原料重量份数为，胶凝材料150份、骨料380份、改性陶粒180份、聚羧酸减水剂3份、添加剂40份、拌合水80份；添加剂中各组分重量份数为，干冰颗粒6份、小苏打15份、羟丙基甲基纤维素20份、木薯淀粉植物胶10份。
47.其中，胶凝材料包括水泥pc42.5、粉煤灰，两者质量比为10:1；骨料包括碎石、矿渣、中砂，三者质量比为10:2.5:8，碎石、矿渣粒径为1
‑
15mm。
48.改性陶粒制备方法为，
49.1)预处理：取粒径5
‑
20mm的陶粒颗粒，洗净后置于60℃清水中浸泡20
‑
60min，然后依次进行酸液浸泡、冲洗、碱液浸泡、冲洗，最后干燥备用；
50.2)活化改性：将步骤1)干燥所得陶粒颗粒置于聚乙烯醇水溶液中，超声处理10
‑
15min，再向其中适量短切纤维丝，高速搅拌3
‑
5min，惰性氛围干燥，然后焙烧处理，即得。
51.步骤1)中酸液浸泡具体为1.2mol/l盐酸溶液，浸泡12h；碱液浸泡具体为1.5mol/l氢氧化钠溶液，浸泡12h。
52.步骤2)中聚乙烯醇水溶液为10％聚乙烯醇1788溶液；短切纤维丝为短切玻纤、短切石棉纤维混合物(质量比1：1)，添加量为陶粒颗粒质量的5％；且步骤2)中超声处理具体为38khz、350w；高速搅拌为1500rpm；惰性氛围为氮气，焙烧处理为800℃焙烧3h。
53.基于上述原料配比与制取，高强保温陶粒混凝土，制备方法同实施例1。
54.实施例3：
55.一种高强保温陶粒混凝土，其特征在于，包括胶凝材料、骨料、改性陶粒、聚羧酸减水剂、添加剂、拌合水，添加剂包括干冰颗粒、小苏打、羟丙基甲基纤维素、木薯淀粉植物胶；
56.进一步的，高强保温陶粒混凝土中各原料重量份数为，胶凝材料180份、骨料450份、改性陶粒150份、聚羧酸减水剂3份、添加剂40份、拌合水70份；添加剂中各组分重量份数为，干冰颗粒5份、小苏打14份、羟丙基甲基纤维素15份、木薯淀粉植物胶10份。
57.其中，胶凝材料包括水泥pc42.5、粉煤灰，两者质量比为10:2；骨料包括碎石、矿渣、中砂，三者质量比为10:2.5:7，碎石、矿渣粒径为1
‑
15mm。
58.改性陶粒制备方法为，
59.1)预处理：取粒径5
‑
20mm的陶粒颗粒，洗净后置于60℃清水中浸泡20
‑
60min，然后
依次进行酸液浸泡、冲洗、碱液浸泡、冲洗，最后干燥备用；
60.2)活化改性：将步骤1)干燥所得陶粒颗粒置于聚乙烯醇水溶液中，超声处理10
‑
15min，再向其中适量短切纤维丝，高速搅拌3
‑
5min，惰性氛围干燥，然后焙烧处理，即得。
61.步骤1)中酸液浸泡具体为1.2mol/l盐酸溶液，浸泡15h；碱液浸泡具体为1.5mol/l氢氧化钠溶液，浸泡15h。
62.步骤2)中聚乙烯醇水溶液为10％聚乙烯醇1788溶液；短切纤维丝为短切玻纤、短切石棉纤维混合物(质量比1：1)，添加量为陶粒颗粒质量的6％；且步骤2)中超声处理具体为38khz、350w；高速搅拌为1600rpm；惰性氛围为氮气，焙烧处理为600℃焙烧4h。
63.基于上述原料配比与制取，高强保温陶粒混凝土，制备方法同实施例1。
64.实施例4：
65.一种高强保温陶粒混凝土，其特征在于，包括胶凝材料、骨料、改性陶粒、聚羧酸减水剂、添加剂、拌合水，添加剂包括干冰颗粒、小苏打、羟丙基甲基纤维素、木薯淀粉植物胶；
66.进一步的，高强保温陶粒混凝土中各原料重量份数为，胶凝材料160份、骨料500份、改性陶粒200份、聚羧酸减水剂4份、添加剂50份、拌合水90份；添加剂中各组分重量份数为，干冰颗粒8份、小苏打13份、羟丙基甲基纤维素30份、木薯淀粉植物胶10份。
67.其中，胶凝材料包括水泥pc42.5、粉煤灰，两者质量比为10:2；骨料包括碎石、矿渣、中砂，三者质量比为10:2.5:8，碎石、矿渣粒径为1
‑
15mm。
68.改性陶粒制备方法为，
69.1)预处理：取粒径5
‑
20mm的陶粒颗粒，洗净后置于60℃清水中浸泡20
‑
60min，然后依次进行酸液浸泡、冲洗、碱液浸泡、冲洗，最后干燥备用；
70.2)活化改性：将步骤1)干燥所得陶粒颗粒置于聚乙烯醇水溶液中，超声处理10
‑
15min，再向其中适量短切纤维丝，高速搅拌3
‑
5min，惰性氛围干燥，然后焙烧处理，即得。
71.步骤1)中酸液浸泡具体为1.2mol/l盐酸溶液，浸泡12h；碱液浸泡具体为1.0mol/l氢氧化钠溶液，浸泡15h。
72.步骤2)中聚乙烯醇水溶液为10％聚乙烯醇1788溶液；短切纤维丝为短切玻纤、短切石棉纤维混合物(质量比1：1)，添加量为陶粒颗粒质量的5％；且步骤2)中超声处理具体为38khz、350w；高速搅拌为1500rpm；惰性氛围为氮气或二氧化碳或两者混合气，焙烧处理为600℃焙烧4h。
73.基于上述原料配比与制取，高强保温陶粒混凝土，制备方法同实施例1。
74.实施例5：
75.一种高强保温陶粒混凝土，其特征在于，包括胶凝材料、骨料、改性陶粒、聚羧酸减水剂、拌合水，各原料重量份数为，胶凝材料180份、骨料480份、改性陶粒240份、聚羧酸减水剂8份、拌合水50份；
76.其中，胶凝材料包括水泥pc42.5、粉煤灰，两者质量比为10:1；骨料包括碎石、矿渣、中砂，三者质量比为10:2.5:8，碎石、矿渣粒径为1
‑
15mm。
77.改性陶粒制备方法为，
78.1)预处理：取粒径5
‑
20mm的陶粒颗粒，洗净后置于60℃清水中浸泡20
‑
60min，然后依次进行酸液浸泡、冲洗、碱液浸泡、冲洗，最后干燥备用；
79.2)活化改性：将步骤1)干燥所得陶粒颗粒置于聚乙烯醇水溶液中，超声处理10
‑
15min，再向其中适量短切纤维丝，高速搅拌3
‑
5min，惰性氛围干燥，然后焙烧处理，即得。
80.步骤1)中酸液浸泡具体为1.0mol/l盐酸溶液，浸泡12h；碱液浸泡具体为1.0mol/l氢氧化钠溶液，浸泡12h。
81.步骤2)中聚乙烯醇水溶液为10％聚乙烯醇1788溶液；短切纤维丝为短切玻纤、短切石棉纤维混合物(质量比1：1)，添加量为陶粒颗粒质量的7％。且，步骤2)中超声处理具体为38khz、350w；高速搅拌为1600rpm；惰性氛围为氮气或二氧化碳或两者混合气，焙烧处理为800℃焙烧3h。
82.基于上述原料配比与制取，高强保温陶粒混凝土，制备方法为，
83.1)按重量份数取料，将骨料和改性陶粒共混，高速剪切(800rpm)混合均匀，得混料一；
84.2)将胶凝材料、聚羧酸减水剂、拌合水加入混料一中，先低速(50rpm)搅拌30
‑
90s，再快速(80rpm)搅拌3
‑
8min，即得混凝土浆料；
85.3)将混凝土浆料灌浆、浇注成型，脱模后，蒸压养护，即得高强保温陶粒混凝土制品，可用于建筑保温轻质墙板。
86.空白例1：
87.以实施例1为基础，去除其中改性陶粒并以普通陶粒替代，其他条件不变制备陶粒混凝土。
88.空白例2：
89.以实施例5为基础，去除其中改性陶粒并以普通陶粒替代，其他条件不变制备陶粒混凝土。
90.对实施例1
‑
5、对比例1
‑
2制备的陶粒混凝土进行性能检测，数据如下：
[0091][0092]
由上述表格可知，本申请改性陶粒具有优异的性能强化效果，配合添加剂进一步补强，且减水效果和保温效果显著提高，对混凝土的综合性能均有显著的提升，大大提了应用质量，综合效益比高，值得推广应用。
[0093]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0094]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。