透光混凝土、其制备方法以及其应用与流程

本发明属于新型透光混凝土，特别是涉及一种透光混凝土、其制备方法以及其制作建筑材料和地下管道中的应用。

背景技术：

1、传统混凝土可通过对建筑物的形体外貌进行设计与规划，达到建筑物外形美观，可混凝土建筑往往给人一种暗沉视觉。匈牙利建筑师阿隆·罗索尼奇（aron losonczi）于2002年发明的透光混凝土表现出优良的透光特性，光在其正面和背面形成不同的视觉效果，极大增强了室内自然采光效果。透光混凝土打破混凝土沉闷苍白的传统材料形象，成为一种全新的透光装饰性材料，在材料组成、透光原理、材料性能等方面均相异于其他透光材料。不同于玻璃材料的组成，常用的透光混凝土是混凝土基光纤复合材料，大量的光纤以一定空间排列形式嵌入混凝土基材中，可根据自己的需求创建透光区域，形式灵活多变。透光原理异于有机复合材料的基体透光，而是通过光纤达到光线在基体中传输的目的，可以清晰显示物体轮廓外形，起到透光显影的艺术效果。

2、然而，使用光纤制备的透光混凝土工艺复杂，光纤成本较高，此外一些无机光纤不耐碱，导致寿命降低。例如，对使用光纤为导光材料制备透光混凝土的工艺中，要求新搅拌的混凝土具有高的自密实能力，并且在浇筑过程中不产生沥水，成型混凝土质量均匀并且应该控制ph值。

3、因此，仍然需要改进上述至少一个问题的低成本的新型透光混凝土及其制备工艺。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种新型的透光混凝土，用于解决现有技术中成本高，工艺复杂、力学性能降低和/或混凝土与导光材料之间粘结性差的问题。 特别是，本发明能够改善透光混凝土的抗压强度等力学性能，同时还提高了透光混凝土随时间的耐久性，以及防止了透光混凝土的透明度降低。据推测，原因可能是本发明的透光混凝土以聚(甲基)丙烯酸接枝的透光性树脂作为透光构件，并且在混凝土基质中包含的水泥含有二价金属离子（例如，ca离子、镁离子等），这些多价金属离子与透光树脂构件表面接枝的聚(甲基)丙烯酸之间能够发生金属离子交联反应，形成了粘合性的交联胶凝，从而改善了树脂构件与混凝土基质之间的相容性和粘结性，进而改善透光混凝土的抗压强度等力学性能，同时还提高了透光混凝土随时间的耐久性。此外，包含聚合物乳液的水泥基质具有改善的疏水性并且包含金属离子，其与树脂构件表面的接枝丙烯酸相互作用和交联反应防止了接枝聚丙烯酸的树脂亲水性增强导致的混凝土的透明度降低。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种透光混凝土，包括水泥基质以及嵌入水泥基质中的树脂导光构件。水泥基质包含水、水泥、填充材料、增强纤维、减水剂、聚合物乳液以及细沙；所述水泥基质的各组分的重量份如下：水180-200份、水泥400-450份、填充材料70-90份、增强纤维1-5份、减水剂3-5份、聚合物乳液3-30份以及细沙1400-1500份，并且所述树脂导光构件包含表面接枝聚丙烯酸的透光性树脂，并且所述树脂导光构件与所述水泥基质之间形成多价金属交联的凝胶。

3、优选地，树脂导光构件为在至少一个表面具有交替布置的凹槽和凸起结构的透明树脂板，其中该树脂板的厚度为1-5毫米。

4、优选地，透光性树脂的透光度为90%以上，并且选自共聚酯、聚丙烯酸酯树脂和碳酸酯树脂中的至少一者。优选地，所述透光性树脂的重均分子量为120000到180000。所述透光性树脂更优选共聚酯，包括乙二醇单元eg、对苯二甲酸单元和1、4-环己烷二甲醇单元，透光度为90%以上(比如91%，92%，93%，94%，95%)，密度为1.33 g/cm3到1.36 g/cm3并且热变形温度为60-80℃。

5、本发明使用的共聚酯可以自制，也可以商购，作为来源于商购聚酯的例子包括但不限于petg，如sk株式会社生产的petg s2008、petg pn200以及伊士曼公司生产的eastar5011共聚多酯、pctg eastar 6763、pctg eastar an001 、pctgeastar an004 、pctgeastar an011 、pctg eastar an014 、pctg eastar br001、pctg eastar br003 、pctgeastar br203、pctgeastar cn005等。

6、优选地，水泥选自碱式硫酸镁水泥、硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的至少一者。

7、填充材料可以选自粉煤灰、硫酸盐、可分散乳胶粉中的至少一者。

8、所述减水剂可以剂选自聚羧酸减水剂、脂肪族高效减水剂和氨基高效减水剂中的至少一者。

9、任选地，所述透光性树脂的表面还可以经偶联剂处理，以进一步增强树脂与水泥基质之间的粘附性和亲和性。偶联剂可以选自下列中的至少一者：异丙基三异硬脂酸钛酸酯，国内牌号：gr-300；肯瑞奇：kr-tts；异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基），国内牌号：钛酸酯gr-101；肯瑞奇kr-tts；异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯，国内牌号：gr-102、肯瑞奇kr-12；γ―氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，国内牌号：kh-550；道康宁：z-6011；日本信越：kbm-903。。

10、优选地，偶联剂选自γ―氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂和异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯中的至少一者。

11、优选地，水泥基质包括以下重量份的各组分：水180份，硅酸盐水泥420份，碱式硫酸镁水泥13.5份，粉煤灰65.25份，无水硫酸钠6.75份，增强纤维4份、聚羧酸减水3.5份，细砂1450份。

12、更优选地，所述水泥包含强度等级为c20的自密实水泥砂浆。

13、在第二方面中，本发明还提供一种制备透光混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

14、步骤1、将包含紫外光引发剂的透光性树脂注入到具有预定图案内腔的第一模具中，并且脱模，得到树脂导光构件前体；

15、步骤2、将脱模的树脂导光构件前体浸入(甲基)丙烯酸单体溶液中，并且进行紫外光辐射以进行接枝反应。接枝可以用亚甲基蓝染色来表征，具体是未接枝的样品和接枝后的部分样品采用亚甲基蓝染色，如果接枝后的样品染料量显著增加（，则证明接枝成功。这是因为未接枝的树脂导光构件前体缺乏与染料分子相互作用的官能团，因而不能用亚甲基蓝染色，当聚丙烯酸接枝后，多个羧基的引入导致亚甲基蓝的染料量增加。

16、步骤3、将接枝的树脂导光构件前体置于第二模具中，配制水泥基质，并且将该水泥基质浇筑到第二模具中，硬化，得到嵌有树脂导光构件的透光混凝土前体，其中所述水泥基质包含水180-200份、水泥400-450份、填充材料70-90份、增强纤维1-5份、减水剂3-5份、聚合物乳液3-30份以及细沙1400-1500份，其中所述树脂导光构件与所述水泥基质之间形成多价金属交联的凝胶；以及

17、步骤4、将透光混凝土前体在养护室中至少一次养护后脱模以及

18、步骤5、将脱模的透光混凝土前体抛光打磨，从而制备透光混凝土。

19、更具体来说，步骤1包括采用螺杆注塑机将熔融的透光性树脂（优选地，透光度为90%以上，并且包含0.1到0.5重量%的紫外光引发剂）注入到具有预定图案（例如，交替布置的凹槽和凸起图案）内腔的第一模具中，第一模具可是钢制模具，也可以其他模具。螺杆注塑机的压缩比为2.5：1～3.0：1，长径比为l/d=20：1，螺杆转速为60-90rpm，模具温度为180-230℃。

20、注塑成型之后，将预定图案（例如，交替布置的凹槽和凸起图案）的树脂导光构件脱模，得到树脂导光构件前体。

21、将脱模的树脂导光构件前体浸入(甲基)丙烯酸单体溶液（浓度为1-10重量%）中，并且进行紫外光辐射以进行接枝反应，以在树脂导光构件前体的表面形成聚丙烯酸接枝。紫外光引发剂可以是二苯甲酮、1-羟基环己基苯基甲酮、安息香、安息香双甲醚和α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮中的至少一者。可以用900-2000w的紫外灯在氮气保护下进行紫外光辐射，以进行接枝反应。控制光照和浸入时间使接枝率可以控制在1%到1.8%。

22、在接枝反应之后，还可以用偶联剂的溶液进行处理接枝的树脂导光构件前体。偶联剂可以选自下列中的至少一者：异丙基三异硬脂酸钛酸酯，国内牌号：gr-300；肯瑞奇：kr-tts；异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基），国内牌号：钛酸酯gr-101；肯瑞奇kr-tts；异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯，国内牌号：gr-102；肯瑞奇kr-12；γ―氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，国内牌号：kh-550；道康宁：z-6011；日本信越：kbm-903。

23、偶联剂处理可以包括将表面接枝的树脂导光构件前体整体浸入偶联剂溶液(溶剂为醇、水中的至少一种，偶联剂浓度为5-10%)。溶液可以加入乙酸，以调节ph值为酸性。在浸入30-60分钟之后，取出树脂导光构件晾干，晾干后，移入110℃-150℃的烘箱中烘干5-10min，或在室温及相对湿度＜60%条件下干燥24-48小时，即可得经处理的树脂导光构件。

24、然后，组装第二模具，第二模具采用钢制材料，四边侧板均为长500mm×高50mm，底板长510mm×宽510mm；将经处理的树脂导光构件放第二进模具中；采用水、水泥、填充材料、增强纤维、减水剂、聚合物乳液以及细沙按适当比例配制水泥基质，并将搅拌均匀的水泥基质浇满第二模具，使得预树脂导光构件嵌入水泥基体中，待硬化并达到一定强度。

25、然后，将透光混凝土前体在养护室中至少一次养护后脱模，优选再进行二次养护。一次养护的时间为24-48小时，二次养护的时间为24-30天。

26、最后，经抛光打磨，即制备出透光混凝土。

27、在第三方面中，本发明还提供了所述的透光混凝土在制作建筑材料和地下管道中的应用。其中，所述地下管道的制备方法为，采用普通硅酸盐混凝土浇铸成型地下管道的过程中，沿着地下管道的长度方向局部用本发明所述透光混凝土代替普通硅酸盐混凝土，从而使得所浇铸形成的管道局部透光。在地下管道安装的过程中，在透光混凝土形成的区段设置检查口，这样，在需要监测管道中水位的时候，用光照射该区段就能够基本判断管道中的水位。本发明如此获得的地下管道，普通硅酸盐混凝土形成的区段与透光混凝土形成的区段，材料接近，融合性好，可以一体成型，避免了传统检测口需要设置树脂或有机玻璃的缺陷，更无需设置管道的开口用于检测。

28、本发明的透光混凝土制作工艺简单，材料成本低，透明度非常高，并且树脂导光构件与水泥基质的粘结强度高，使得树脂导光构建牢固地嵌入在水泥基体中，有利于提高树脂导光混凝土的整体稳定性。特别是，本发明的透光混凝土以聚(甲基)丙烯酸接枝的透光树脂作为透光构件，并且在混凝土基质与透光树脂构件之间发生了多价金属离子交联反应，形成了粘合性的交联胶凝，从而改善了树脂构件与混凝土基质之间的相容性和粘结性，进而改善透光混凝土的抗压强度等力学性能，同时还提高了透光混凝土随时间的耐久性。此外，包含聚合物乳液的水泥基质具有改善的疏水性并且包含金属离子，其与树脂构件表面的接枝聚(甲基)丙烯酸相互作用和交联反应防止了接枝聚丙烯酸的树脂亲水性增强导致的混凝土的透明度降低，并且有利于用作地下管道。

29、此外，当采用包括乙二醇单元eg、对苯二甲酸单元和1、4-环己烷二甲醇单元的树脂（透光度为92%）作为树脂构件材料并且用γ―氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂或者异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯偶联剂进一步处理树脂构件时，得到透明度最高、抗压强度最优并且耐久性增强的透光混凝土。

30、如上所述，本发明具有以下有益效果：本发明的混凝土原料来源广泛，工作性能好，粘结力强，成本低，且具备良好的抗裂性能，制得的透光混凝土达到相关技术指标，具有较好的耐久性能。所述混凝土可以做成地下管道使用，并且在检查过程中，方便看到管内的水位高度。