一种自保温高强度环保混凝土及其制备方法
阅读说明：本技术 一种自保温高强度环保混凝土及其制备方法 (Self-heat-preservation high-strength environment-friendly concrete and preparation method thereof ) 是由 胡艳平 于 2020-08-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自保温高强度环保混凝土,包括以下重量份的原料：水泥200-250份、矿粉50-100份、细沙55-65份、粉煤灰30-40份、改良苯乙烯树脂15-25份、活性膨润土10-20份、界面剂5-15份、减水剂4-10份和去离子水180-200份。本发明以水泥作为基体,加入矿粉、细沙、粉煤灰作为无机配料,矿粉、细沙、粉煤灰由于本身粒度小,同时矿粉、粉煤灰中含有多种活性介质,能够与水泥基体互配,增强混凝土的强度性能；本发明在树脂的选料中采用苯乙烯树脂,一方面是由于苯乙烯树脂综合性能较好,另一方面经过发泡剂发泡后,可以为混凝土引入发泡体,从而降低热量损失,达到自保温性能。(The invention discloses self-heat-insulation high-strength environment-friendly concrete which comprises the following raw materials in parts by weight: 250 parts of cement 200-containing materials, 50-100 parts of mineral powder, 55-65 parts of fine sand, 30-40 parts of fly ash, 15-25 parts of modified styrene resin, 10-20 parts of active bentonite, 5-15 parts of interface agent, 4-10 parts of water reducing agent and 200 parts of deionized water 180-containing materials. The cement is used as a matrix, the mineral powder, the fine sand and the fly ash are added as inorganic ingredients, and the mineral powder, the fine sand and the fly ash have small granularity and contain various active media, so that the mineral powder and the fly ash can be matched with the cement matrix to enhance the strength performance of concrete; the styrene resin is adopted in the selection of the resin, on one hand, the styrene resin has better comprehensive performance, and on the other hand, after foaming by the foaming agent, the styrene resin can introduce the foaming body into the concrete, thereby reducing the heat loss and achieving the self-heat-insulation performance.)
技术领域
本发明属于混凝土技术领域。更具体地，涉及一种自保温高强度环保混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。
中国专利文献号CN104261747A公开了一种高强酚醛树脂混凝土，其原料重量配比如下：酚醛树脂为27～29份；二甲苯为1.5～1.7份；乙酸丁酯为0.7～0.9份；聚氨脂为6.8～7.2份；苯甲醛为1.2～1.4份；丙酮为0.7～0.9份；K2CO3为0.5～0.7份；水泥为7～9份；砂为9～11份；石子为21～23份；二硫化钼为7～9份，平均粒径为5μm；水为11～13份；该文献中采用酚醛树脂与混凝土基料搭配，虽可提高强度等性能，但是酚醛树脂固化，反而影响整体，同时加入的苯甲醛、聚氨脂、丙酮等过多有机物，有机、无机之间的粘接性能本身较差，反而会降低整体性能。
混凝土中虽可采用树脂混配方式来提高混凝土的保温、强度性能，但树脂与混凝土材料界面相容性差，树脂种类的选择以及处理不当，反而会降低混凝土的性能。
因此，有必要提供一种自保温、高强度的环保混凝土。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自保温高强度环保混凝土及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种自保温高强度环保混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥200-250份、矿粉50-100份、细沙55-65份、粉煤灰30-40份、改良苯乙烯树脂15-25份、活性膨润土10-20份、界面剂5-15份、减水剂4-10份和去离子水180-200份；其中矿粉的粒度为100-200目；细沙的粒度为500-1000目；粉煤灰的粒度为50-100目；所述减水剂为磺化木质素减水剂；
所述改良苯乙烯树脂的制备方法为：
步骤一：苯乙烯树脂表面处理：将苯乙烯树脂先加入正戊烷发泡剂发泡处理，然后送入到低能等离子体处理仪中进行等离子体处理，处理的功率为2-5kW，频率为20-30kHz；
步骤二：纳米活性液的制备：将氯化铜加入到乙醇溶液中，然后再加入氯化铜总量5％的氯化钠，配制成氯化铜溶液，随后将纳米二氧化硅加入到氯化铜溶液，搅拌转速为100-500r/min，搅拌时间为25-35min，再加入氨水调节pH至10-11.0，最后电离，电离电压为220V，电流为3A，电离15-25min，得到纳米活性液；
步骤三：苯乙烯树脂活性改性：将表面处理的苯乙烯树脂与纳米活性液中按照重量比1：(8-11)进行混合，先搅拌10-20min，搅拌转速为150-250r/min，然后过滤，得到过滤液和苯乙烯树脂基体，将苯乙烯树脂基体清洗，然后采用过滤液进行高压喷射处理；
步骤四：苯乙烯树脂深处理：将步骤三处理的苯乙烯树脂采用冷等离子体处理，处理结束，即可。
优选地，所述自保温高强度环保混凝土包括以下重量份的原料：水泥210-240份、矿粉60-80份、细沙60-63份、粉煤灰32-38份、改良苯乙烯树脂17-22份、活性膨润土12-18份、界面剂7-11份、减水剂5-8份和去离子水185-195份。
优选地，所述自保温高强度环保混凝土包括以下重量份的原料：水泥225份、矿粉75份、细沙60份、粉煤灰35份、改良苯乙烯树脂20份、活性膨润土15份、界面剂10份、减水剂7份和去离子水190份。
优选地，所述步骤二喷射处理中过滤液喷射束以3-5m/s的速度进行喷射，喷射压力为2-10Mpa。
优选地，所述步骤四中冷等离子体处理的频率为8-12MHz，功率为180-220W，工作气体为氮气，气流速度为100-200mL/min，处理的时间为1-5min。
优选地，所述活性膨润土的制备方法为：将膨润土先送入激活剂中进行高速搅拌处理，搅拌转速为1500-2000r/min，搅拌时间为15-25min，然后再进行热压冷缩处理，即得活性膨润土。
优选地，所述激活剂的制备方法为：将硫酸镧加入到十二烷基硫酸钠中进行混合，混合转速为100-200rmin，混合时间为35-45min，随后再加入硫酸镧总量5-10％的六氟磷酸钠，继续搅拌10-20min，最后加入氨水调节pH至10.5，即可。
优选地，所述热压冷缩的具体步骤为：膨润土先置于400-500℃热压10-20min，热压的压力为10-20Mpa，随后将温度降至270-290℃进行保温处理，保温15-25min，最后再置于冷冻室内进行冷冻，冷冻温度为-2-0℃，冷冻时间为25-35min，冷冻结束，取出，恢复至自然室温，即可。
优选地，所述界面剂包括以下重量份原料：硫酸钴10-20份、多硫化钠1-5份、硫酸铁2-6份、硬脂酸镁1-3份。
本发明还提供了一种制备自保温高强度环保混凝土的方法，包括以下步骤：将水泥、矿粉、细沙、粉煤灰、改良苯乙烯树脂、减水剂和去离子水依次加入到搅拌机中进行搅拌混合，搅拌转速为1100-1500r/min，搅拌时间为15-25min，然后再加入界面剂，搅拌转速降至350-450r/min，搅拌35-45min，再加入活性膨润土，以100-200r/min的转速搅拌25-35min，然后送入增压罐内进行增压处理，增压压力为5-10Mpa，静置20-30min，在以100-200r/min的转速继续搅拌30-40min，得到自保温高强度环保混凝土。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明以水泥作为基体，加入矿粉、细沙、粉煤灰作为无机配料，矿粉、细沙、粉煤灰由于本身粒度小，同时矿粉、粉煤灰中含有多种活性介质，能够与水泥基体互配，增强混凝土的强度性能；本发明在树脂的选料中采用苯乙烯树脂，一方面是由于苯乙烯树脂综合性能较好，另一方面经过发泡剂发泡后，可以为混凝土引入发泡体，从而降低热量损失，达到自保温性能；
但由于苯乙烯树脂经过发泡后体积增大，反而与混凝土原料相容性变差，作为本发明的技术难点，对其进行了改良处理；首先苯乙烯树脂经过发泡，然后再进行表面活性处理，改善其表面能，进而为后续纳米活性液更好的改性，先发泡的苯乙烯树脂体积增大，反而为表面活性处理提供了方便以及提高了改性效果；
纳米活性液采用纳米二氧化硅与氯化铜金属盐在电离的条件下形成活性纳米液，表面处理后的苯乙烯树脂与纳米活性液反应，纳米二氧化硅附着在苯乙烯树脂表面，纳米二氧化硅本身比表面积高，同时改性后活性强，从而提高苯乙烯树脂接触点，继而增强与混凝土原料的界面性，提高原料之间的粘接力学强度，过滤液喷射束喷射处理进一步的提高了活性纳米二氧化硅附着效果，进一步的提高苯乙烯树脂改良效果，最后苯乙烯树脂采用冷等离子体深改性处理，进一步的增强原料与混凝土基体的混容效果，不仅完善了苯乙烯树脂发泡后的缺陷，也显著改善了产品原料之间的粘接强度。
(2)膨润土先采用激活剂搅拌改性，激活剂中的硫酸镧分散到十二烷基硫酸钠中，由于硫酸镧本身为稀土剂，活性强，经过十二烷基硫酸钠分散剂分散后，能够提高硫酸镧在激活剂中的分布性，从而提高硫酸镧对膨润土激活效果，继而为后续膨润土在热压冷缩处理提供了必要基础，膨润土本身具有片层结构，热压冷缩能够使片层收缩，从而将混凝土中的原料收紧，提高原料间的紧密连接度，继而进一步增加产品的强度和保温性能。
(3)界面剂采用硫酸钴、多硫化钠、硫酸铁等原料配制，原料中的钴、铁元素不仅活性高，同时会渗入到混凝土原料中与膨润土、苯乙烯树脂等原料结合，起到协配的效果，继而进一步增强原料的收缩性，从而提高产品的强度、保温性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1：
本实施例的一种自保温高强度环保混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥200份、矿粉50份、细沙55份、粉煤灰30-份、改良苯乙烯树脂15份、活性膨润土10份、界面剂5份、减水剂4份和去离子水180份；其中矿粉的粒度为100目；细沙的粒度为500目；粉煤灰的粒度为50目；所述减水剂为磺化木质素减水剂；
所述改良苯乙烯树脂的制备方法为：
步骤一：苯乙烯树脂表面处理：将苯乙烯树脂先加入正戊烷发泡剂发泡处理，然后送入到低能等离子体处理仪中进行等离子体处理，处理的功率为2kW，频率为20kHz；
步骤二：纳米活性液的制备：将氯化铜加入到乙醇溶液中，然后再加入氯化铜总量5％的氯化钠，配制成氯化铜溶液，随后将纳米二氧化硅加入到氯化铜溶液，搅拌转速为100r/min，搅拌时间为25min，再加入氨水调节pH至10，最后电离，电离电压为220V，电流为3A，电离15min，得到纳米活性液；
步骤三：苯乙烯树脂活性改性：将表面处理的苯乙烯树脂与纳米活性液中按照重量比1：8进行混合，先搅拌10min，搅拌转速为150r/min，然后过滤，得到过滤液和苯乙烯树脂基体，将苯乙烯树脂基体清洗，然后采用过滤液进行高压喷射处理；
步骤四：苯乙烯树脂深处理：将步骤三处理的苯乙烯树脂采用冷等离子体处理，处理结束，即可。
本实施例的步骤二喷射处理中过滤液喷射束以3m/s的速度进行喷射，喷射压力为2Mpa。
本实施例的步骤四中冷等离子体处理的频率为8MHz，功率为180W，工作气体为氮气，气流速度为100mL/min，处理的时间为1min。
本实施例的活性膨润土的制备方法为：将膨润土先送入激活剂中进行高速搅拌处理，搅拌转速为1500r/min，搅拌时间为15min，然后再进行热压冷缩处理，即得活性膨润土。
本实施例的激活剂的制备方法为：将硫酸镧加入到十二烷基硫酸钠中进行混合，混合转速为100rmin，混合时间为35min，随后再加入硫酸镧总量5％的六氟磷酸钠，继续搅拌10min，最后加入氨水调节pH至10.5，即可。
本实施例的热压冷缩的具体步骤为：膨润土先置于400℃热压10min，热压的压力为10Mpa，随后将温度降至270℃进行保温处理，保温15min，最后再置于冷冻室内进行冷冻，冷冻温度为-2℃，冷冻时间为25min，冷冻结束，取出，恢复至自然室温，即可。
本实施例的界面剂包括以下重量份原料：硫酸钴10份、多硫化钠1份、硫酸铁2份、硬脂酸镁1份。
本实施例的一种制备自保温高强度环保混凝土的方法，包括以下步骤：将水泥、矿粉、细沙、粉煤灰、改良苯乙烯树脂、减水剂和去离子水依次加入到搅拌机中进行搅拌混合，搅拌转速为1100r/min，搅拌时间为15min，然后再加入界面剂，搅拌转速降至350r/min，搅拌35min，再加入活性膨润土，以100r/min的转速搅拌25min，然后送入增压罐内进行增压处理，增压压力为5Mpa，静置20min，在以100r/min的转速继续搅拌30min，得到自保温高强度环保混凝土。
实施例2：
本实施例的一种自保温高强度环保混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥250份、矿粉100份、细沙65份、粉煤灰40份、改良苯乙烯树脂25份、活性膨润土20份、界面剂15份、减水剂10份和去离子水200份；其中矿粉的粒度为200目；细沙的粒度为1000目；粉煤灰的粒度为100目；所述减水剂为磺化木质素减水剂；
所述改良苯乙烯树脂的制备方法为：
步骤一：苯乙烯树脂表面处理：将苯乙烯树脂先加入正戊烷发泡剂发泡处理，然后送入到低能等离子体处理仪中进行等离子体处理，处理的功率为5kW，频率为30kHz；
步骤二：纳米活性液的制备：将氯化铜加入到乙醇溶液中，然后再加入氯化铜总量5％的氯化钠，配制成氯化铜溶液，随后将纳米二氧化硅加入到氯化铜溶液，搅拌转速为500r/min，搅拌时间为35min，再加入氨水调节pH至11.0，最后电离，电离电压为220V，电流为3A，电离25min，得到纳米活性液；
步骤三：苯乙烯树脂活性改性：将表面处理的苯乙烯树脂与纳米活性液中按照重量比1：11进行混合，先搅拌20min，搅拌转速为250r/min，然后过滤，得到过滤液和苯乙烯树脂基体，将苯乙烯树脂基体清洗，然后采用过滤液进行高压喷射处理；
步骤四：苯乙烯树脂深处理：将步骤三处理的苯乙烯树脂采用冷等离子体处理，处理结束，即可。
本实施例的步骤二喷射处理中过滤液喷射束以5m/s的速度进行喷射，喷射压力为10Mpa。
本实施例的步骤四中冷等离子体处理的频率为12MHz，功率为220W，工作气体为氮气，气流速度为200mL/min，处理的时间为5min。
本实施例的活性膨润土的制备方法为：将膨润土先送入激活剂中进行高速搅拌处理，搅拌转速为2000r/min，搅拌时间为25min，然后再进行热压冷缩处理，即得活性膨润土。
本实施例的激活剂的制备方法为：将硫酸镧加入到十二烷基硫酸钠中进行混合，混合转速为200rmin，混合时间为45min，随后再加入硫酸镧总量5-10％的六氟磷酸钠，继续搅拌20min，最后加入氨水调节pH至10.5，即可。
本实施例的热压冷缩的具体步骤为：膨润土先置于500℃热压20min，热压的压力为20Mpa，随后将温度降至290℃进行保温处理，保温25min，最后再置于冷冻室内进行冷冻，冷冻温度为0℃，冷冻时间为35min，冷冻结束，取出，恢复至自然室温，即可。
本实施例的界面剂包括以下重量份原料：硫酸钴20份、多硫化钠5份、硫酸铁6份、硬脂酸镁3份。
本实施例的一种制备自保温高强度环保混凝土的方法，包括以下步骤：将水泥、矿粉、细沙、粉煤灰、改良苯乙烯树脂、减水剂和去离子水依次加入到搅拌机中进行搅拌混合，搅拌转速为1500r/min，搅拌时间为25min，然后再加入界面剂，搅拌转速降至450r/min，搅拌45min，再加入活性膨润土，以200r/min的转速搅拌35min，然后送入增压罐内进行增压处理，增压压力为10Mpa，静置30min，在以200r/min的转速继续搅拌40min，得到自保温高强度环保混凝土。
实施例3：
本实施例的一种自保温高强度环保混凝土，包括以下重量份的原料：
水泥225份、矿粉75份、细沙60份、粉煤灰35份、改良苯乙烯树脂20份、活性膨润土15份、界面剂10份、减水剂7份和去离子水190份；其中矿粉的粒度为150目；细沙的粒度为750目；粉煤灰的粒度为75目；所述减水剂为磺化木质素减水剂；
所述改良苯乙烯树脂的制备方法为：
步骤一：苯乙烯树脂表面处理：将苯乙烯树脂先加入正戊烷发泡剂发泡处理，然后送入到低能等离子体处理仪中进行等离子体处理，处理的功率为3.5kW，频率为25kHz；
步骤二：纳米活性液的制备：将氯化铜加入到乙醇溶液中，然后再加入氯化铜总量5％的氯化钠，配制成氯化铜溶液，随后将纳米二氧化硅加入到氯化铜溶液，搅拌转速为300r/min，搅拌时间为30min，再加入氨水调节pH至10.5，最后电离，电离电压为220V，电流为3A，电离20min，得到纳米活性液；
步骤三：苯乙烯树脂活性改性：将表面处理的苯乙烯树脂与纳米活性液中按照重量比1：9进行混合，先搅拌15min，搅拌转速为200r/min，然后过滤，得到过滤液和苯乙烯树脂基体，将苯乙烯树脂基体清洗，然后采用过滤液进行高压喷射处理；
步骤四：苯乙烯树脂深处理：将步骤三处理的苯乙烯树脂采用冷等离子体处理，处理结束，即可。
本实施例的步骤二喷射处理中过滤液喷射束以4m/s的速度进行喷射，喷射压力为6Mpa。
本实施例的步骤四中冷等离子体处理的频率为10MHz，功率为200W，工作气体为氮气，气流速度为150mL/min，处理的时间为3min。
本实施例的活性膨润土的制备方法为：将膨润土先送入激活剂中进行高速搅拌处理，搅拌转速为1750r/min，搅拌时间为20min，然后再进行热压冷缩处理，即得活性膨润土。
本实施例的激活剂的制备方法为：将硫酸镧加入到十二烷基硫酸钠中进行混合，混合转速为150rmin，混合时间为40min，随后再加入硫酸镧总量7.5％的六氟磷酸钠，继续搅拌15min，最后加入氨水调节pH至10.5，即可。
本实施例的热压冷缩的具体步骤为：膨润土先置于450℃热压15min，热压的压力为15Mpa，随后将温度降至280℃进行保温处理，保温20min，最后再置于冷冻室内进行冷冻，冷冻温度为-1℃，冷冻时间为30min，冷冻结束，取出，恢复至自然室温，即可。
本实施例的界面剂包括以下重量份原料：硫酸钴15份、多硫化钠3份、硫酸铁4份、硬脂酸镁2份。
本实施例的一种制备自保温高强度环保混凝土的方法，包括以下步骤：将水泥、矿粉、细沙、粉煤灰、改良苯乙烯树脂、减水剂和去离子水依次加入到搅拌机中进行搅拌混合，搅拌转速为1300r/min，搅拌时间为20min，然后再加入界面剂，搅拌转速降至400r/min，搅拌35-45min，再加入活性膨润土，以150r/min的转速搅拌30min，然后送入增压罐内进行增压处理，增压压力为7.5Mpa，静置25min，在以150r/min的转速继续搅拌35min，得到自保温高强度环保混凝土。
对比例1：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是苯乙烯树脂未改良处理。
对比例2：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是膨润土未活化改性处理。
对比例3：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是未添加界面剂。
对比例4：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是采用中国专利文献号CN104261747A公开了一种高强酚醛树脂混凝土中实施例1原料及方法配制涂料进行测试。
导热系数采用混凝土导热系数测定仪进行测定，再按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定的方法测定所制备混凝土的抗压强度；
测试结果如下表1所示
表1
从表1可知，本发明实施例3的导热系数为0.029W/m·K，抗压强度在28h、56h分别为117.4、132.4MPa，相对于对比例4，本发明具有高保温、高强度的性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。