具体实施方式

本发明提供的节能保温高强混凝土，其制备所需的原料包括以下组分：页岩陶粒、硅灰、膨胀珍珠岩、聚乙烯醇纤维、发泡剂、减水剂、稳泡剂、水泥、余量水。

其中，水泥选用耒阳南方水泥厂生产的P•O 42.5水泥，其水泥基本性能见表1，指标符合GB175-2007《普通硅酸盐水泥》的要求，满足实施例要求。

表1 水泥基本性能

实施例用水为实验室自来水。硅灰颗粒较细，比表面积大，作为取代部分水泥的矿物掺合料，可以填充水泥颗粒间空隙及改善混凝土内部结构，提高泡沫混凝土的抗压强度，硅灰的性能指标见表2。

表2 硅灰性能指标

膨胀珍珠岩具有轻质、多孔的特点，本实验中作为细骨料取代部分陶粒，粒径在0.1-0.5mm，在减轻陶粒泡沫混凝土自重的同时，还可以降低导热系数，提高混凝土保温隔热性能，同时还具有一定的隔音效果。

增强纤维选择了聚乙烯醇纤维（KURALON K-Ⅱ），具有高弹、高抗拉强度的特点，在泡沫混凝土中掺入适量聚乙烯醇纤维可以稳定泡沫，改善泡沫混凝土孔隙结构，提高泡沫混凝土力学性能和保温性能；同时，该聚乙烯醇纤维能紧密粘合水泥，有效防止陶粒泡沫混凝土在干燥过程中的收缩、开裂，提高了陶粒泡沫混凝土抗裂性，其性能指标见表3。

表3 聚乙烯醇纤维性能指标（厂家提供）

泡沫混凝土中发泡剂的选择和泡沫的制备至关重要，动物蛋白发泡剂制备的泡剂更加的细小均匀，且泡沫稳定性好、连通泡沫少、不易破裂等，故选用动物蛋白发泡剂。外观为暗褐色液体，有轻微的腐味，pH值为6.5-7.0。动物蛋白发泡剂是指经过一系列化学反应、物理处理的产物，与其他化工原料配制而成的外加剂。该动物蛋白发泡剂制备的气泡液膜坚韧、有弹性，泡沫稳定不易破裂，所产生的泡沫混凝土气孔大多呈封闭球形，连通孔少。

减水剂选用聚羧酸减水剂，减水率为20%，其性能指标见表4

表4 聚羧酸减水剂主要性能指标

稳泡剂具有延长和稳定泡沫保持长久性能的作用，在泡沫混凝土中加入适量的稳泡剂，可以使泡沫均匀分布，改善气孔结构，减少连通气孔，能够一定程度上提高混凝土力学性能、导热性能。表5为稳泡剂（PVP K30）主要性能指标。

表5 稳泡剂主要性能指标

页岩陶粒又称膨胀页岩。以黏土质板岩、页岩等经破碎、筛分，或粉磨后成球，烧胀而成的粒径在5mm以上的轻粗集料为页岩陶粒。页岩陶粒按工艺方法分为：经破碎、筛分、烧胀而成的普通型页岩陶粒。经粉磨、成球、烧胀而成的圆球形页岩陶粒；焙烧膨胀后的页岩陶粒具有釉质表层，内部含有较多的封闭且互不连通的气孔、密度较小、强度较高，导热系数较小。粉煤灰陶粒主要原材料是固体废弃物——粉煤灰。粉煤灰陶粒主要原料为粉煤灰，掺加适当量的石膏、石灰、外加剂等经过自然水硬性反应或水化和水热合成反应制作的人造轻骨料，内部孔隙率高、筒压强度高、抗冻性良好，密度小、内部多孔，成分、形态较为均一，故保温性能较好，普遍应用于保温、隔音、隔热材料中。实施例所用页岩陶粒和粉煤灰陶粒基本性能见表6。

表6 陶粒性能指标

在阐述实施例之前，为确定最佳水灰比，在水灰比为0.3-0.4之间进行大量实验，制备泡沫混凝土并测试其抗压强度，选取拌合物和易性和力学性能较好的一组水灰比，以相同配比制备泡沫混凝土平板导热试块，测定其导热系数。表7为不同水灰比泡沫混凝土抗压强度。

表7 不同水灰比泡沫混凝土抗压强度

表7为在无骨料、硅灰、膨胀珍珠岩、聚乙烯醇纤维，其它原材料掺量不变条件下，仅改变水灰比，探究水灰比对拌合物和易性、抗压强度的影响。图1为7d和28d抗压强度对比折线图。

由表7和图1可知：7d抗压强度0.33≈0.34＞0.35＞0.36；28d抗压强度0.33＞0.36＞0.34＞0.35；其中7d至28d强压强度增长率0.36＞0.33＞0.35＞0.34。在实验过程中，水灰比为0.33、0.34时，拌合物和易性较差，流动性较低，7d抗压强度较大，但28d抗压强度增长幅度不理想，可能是由于水灰比太小，混凝土内部未水化完全，未达到实验预期强度。水灰比为0.35、0.36时，混凝土拌合物流动度较好，未出现粘锅现象，拌合物和易性较好，符合实验要求。经过对比，选择7d至28d抗压强度增长率较大的水灰比0.36作为配合比。

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定，其中，各实施例和对比例均是以下的仪器和设备进行制备或测试的：SLD-600型单卧轴强制性混凝土搅拌机、UZJ-15型立式砂浆搅拌机、电子天平、TYE-2000E型压力试验机、SHBY-900B型水泥混凝土标准养护箱、IMDRY3001-Ⅱ型双平板导热系数测定仪、101-3B型电热鼓风恒温干燥箱、家装型水泥发泡机。

实施例1

节能保温高强混凝土，包括以下重量份配比的原料：页岩陶粒40份、硅灰12份、膨胀珍珠岩2份、聚乙烯醇纤维0.1份、发泡剂0.3份、减水剂2份、稳泡剂1.5份、水泥76份、余量水，其中，水与水泥的水灰比为0.36。

制备步骤：

（1）将称量好的水泥、硅灰、膨胀珍珠岩、聚乙烯醇纤维加入搅拌机搅拌2min，搅拌均匀。

（2）在搅拌机中加入适量水，然后搅拌。

（3）将减水剂倒入适量水中，搅拌均匀后得到减水剂溶液。

（4）将页岩陶粒加入到搅拌机，然后再加入减水剂溶液，搅拌3min，搅拌均匀。

（5）将发泡剂与适量水按1:35的比例稀释，得到发泡剂稀释溶液，然后将发泡剂稀释溶液用发泡机进行发泡，再将制备得到的泡沫装好并称量。

（6）将泡沫和稳泡剂加入到搅拌机搅拌3min，搅拌均匀，得到节能保温高强混凝土。

节能保温高强混凝土的成型：

（一）准备好300×300×30mm的导热平板模两块，100×100×100mm三联立方模两组，模具表面涂好脱模剂，三联模底部小孔处垫一张纸使其顺利脱模。

（二）将导热平板模放入玻璃片上并涂好脱模剂，将节能保温高强混凝土拌合物装入导热平板模，充分振捣、刮平；将节能保温高强混凝土拌合物装入立方三联模，先装一半，充分插捣均匀后再装满，充分插捣、震动，然后刮平，刮平表面应没有气泡。

（3）做好实验标记：成型日期、实验配合比等；在成型好的试模表面覆盖一层保鲜膜，防止其水分蒸发。

（4）将成型好的试模放入恒温恒湿标准养护箱养护。

节能保温高强混凝土的养护：

本实施例的混凝土试块养护方式为标准湿养护，养护箱为：SHBY-900B型水泥混凝土标准养护箱。温度为20℃±1℃，相对湿度达95%以上。

待试块养护24h之后，从养护箱中取出试模进行脱模，在脱模完成的试块表面作好标记，之后继续放回养护箱内养护。待试块完成指定养护时间（7d、28d），再将试块取出测试其性能。

因其导热平板试块不需要测试其力学强度，只需测定其导热系数，本实验将导热平板试块在养护箱中养护3-7d，放入烘箱烘干12h并充分冷却之后（设置烘箱温度为105℃），即可测定其导热系数，而当试块达到养护龄期即可进行抗压强度。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于节能保温高强混凝土原料的重量份配比不同，具体来说，包括以下重量份配比的原料：页岩陶粒46份、硅灰16份、膨胀珍珠岩3.2份、聚乙烯醇纤维0.13份、发泡剂0.6份、减水剂2.3份、稳泡剂1.9份、水泥87份、余量水，其中，水与水泥的水灰比为0.36。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于节能保温高强混凝土原料的重量份配比不同，具体来说，包括以下重量份配比的原料：页岩陶粒50份、硅灰18份、膨胀珍珠岩4份、聚乙烯醇纤维0.15份、发泡剂0.8份、减水剂2.5份、稳泡剂2份、水泥95份、余量水，其中，水与水泥的水灰比为0.36。

对比例1

本对比例与实施例1的区别仅在混凝土的原料及各组分的重量份配比不同，具体来说，包括以下重量份配比的原料：粉煤灰陶粒40份、硅灰12份、膨胀珍珠岩2份、聚乙烯醇纤维0.1份、发泡剂0.3份、减水剂2份、稳泡剂1.5份、水泥76份、余量水，其中，水与水泥的水灰比为0.36。

对比例2

本对比例与对比例1的区别仅在混凝土原料各组分的重量份配比不同，具体来说，包括以下重量份配比的原料：粉煤灰陶粒46份、硅灰16份、膨胀珍珠岩3.2份、聚乙烯醇纤维0.13份、发泡剂0.6份、减水剂2.3份、稳泡剂1.9份、水泥87份、余量水，其中，水与水泥的水灰比为0.36。

对比例3

本对比例与对比例1的区别仅在混凝土原料各组分的重量份配比不同，具体来说，包括以下重量份配比的原料：粉煤灰陶粒50份、硅灰18份、膨胀珍珠岩4份、聚乙烯醇纤维0.15份、发泡剂0.8份、减水剂2.5份、稳泡剂2份、水泥95份、余量水，其中，水与水泥的水灰比为0.36。

对比例4

一种混凝土，原料包括以下组分：粘土陶粒46份、炉渣10份、粉煤灰15份、硅灰16份、珍珠岩4份、次甲基萘磺酸钠减水剂2.3份、氯化铁防水剂1.4份、粉末缩减剂1.2份、水泥87份、余量水。制备方法为：将粘土陶粒、炉渣、珍珠岩、水泥、粉煤灰、硅灰、次甲基萘磺酸钠减水剂、氯化铁防水剂、粉末缩减剂混合并放入搅拌机搅拌均匀，得到混凝土。

实施例1-3和对比例1-3的陶粒泡沫混凝土配比如下表8和续表8所示。

表8 陶粒泡沫混凝土配比

续表8 陶粒泡沫混凝土配比

抗压强度、导热系数测试

在确定水灰比为0.36，各原材料掺量不变条件下，选取页岩陶粒、粉煤灰陶粒以不同掺量配制陶粒泡沫混凝土，测定其导热系数，进行对比分析，探究陶粒品种、陶粒掺量对泡沫混凝土导热系数的影响和不同密度等级对泡沫混凝土导热系数的影响规律，得出导热系数达标的陶粒品种、掺量；以各组试块抗压强度作为参考，选择一种抗压强度较高、导热系数较低的一组配合比，确定最优陶粒品种、掺量。

（1）抗压强度测试

抗压强度采用立方抗压强度测试方法，测试仪器为TYE-2000E型压力试验机。开启压力试验机、电脑，用电脑设置参数，龄期、加载速率、试块标准等，加载速率设置为4.0KN/s；用毛刷将压力测试机上、下压板清理干净，选取三联模试块侧面为受力面放入压力试验机上、下压板中心位置，开始测试。一组三联模为三个数据，记录数据并计算其平均值，测试结果如下表9所示。

表9 混凝土28d抗压强度

通过表9的抗压强度数据可以看出，抗压强度较大的一组配合比为页岩陶粒掺量46%（重量份配比46份），其抗压强度可达28.7Mpa，而对比例4由于和实施例的配方存在更多的差别，制备得到的混凝土28d抗压强度仅仅只有2.8Mpa。

通过与对比例4之间的比较可以看出，在陶粒掺量相同的情况下，由于实施例2的配方中还包含有聚乙烯醇纤维、发泡剂、稳泡剂的组分，可以推断出聚乙烯醇纤维的确起到了稳定泡沫、改善泡沫混凝土空隙结构的作用，从而提高了泡沫混凝土的力学性能，也就是所，本发明的配方中，通过发泡剂发泡得到的泡沫与聚乙烯醇纤维起到了显著的协同作用。

（2）平板导热系数测定实验

准备相同配比的两块试块，用量尺测量其厚度（平板导热系数测定仪标准5-45mm）；试块表面应平整（平整度标准0.1mm），若试块表面有凹凸点，可用砂纸进行打磨。

插上电源，打开电脑，打开导热仪主机背部电源开关；把两块试块装机，试块需平整放置，拧紧炉盖表面手柄，要求炉盖上方压力模块示数≤2.50。

打开水浴、循环、制冷开关，设置冷板温度15℃；在电脑上进入IMDRY3001-Ⅱ导热系数测定仪主界面，输入送检单位、检测单位、检测员、试件名称、编号；设置参数：热板温度（35℃）、厚度（30-31mm）、预热时间（30min）；总测试时间为150min。参数设置完成后点击开始测试，实验开始。

实验结束后软件系统自动算出测定结果，做好数据记录；按顺序关闭制冷、循环、电源开关；取出试块，放入保护板，将设备归位并关闭电脑和导热仪电源。测试结果如下表10所示。

表10 实验组导热系数实验结果

由表10可以看出：

（1）对于陶粒品种，页岩陶粒泡沫混凝土的导热系数低于粉煤灰陶粒泡沫混凝土导热系数，即页岩陶粒泡沫混凝土的保温效果更好。

（2）对于陶粒掺量，导热系数随陶粒掺量的增加，呈先上升后下降趋势。

（3）对于混凝土密度等级，导热系数随密度的增大，呈先上升后下降趋势。

总体来说，各实施例和对比例的导热系数都低于0.3W/（m•K）。

上述实施方式提供的节能保温高强混凝土，通过测试探究所得结果如下：

（1）通过对陶粒品种、掺量的实验，测试其力学性能、导热系数；确定陶粒品种为页岩陶粒，最佳掺量为46%。

（2）陶粒种类、掺量为变量设计的六组实验，实验结果表明两种陶粒在掺量为40%-50%范围内均对泡沫混凝土保温性能有所提高，但对陶粒泡沫混凝土力学性能测试得出，页岩陶粒掺量为46%时泡沫混凝土保温性能及力学性能最为理想。

（3）对于陶粒品种；页岩陶粒泡沫混凝土的导热系数低于粉煤灰陶粒泡沫混凝土导热系数，即页岩陶粒泡沫混凝土的保温效果更好。对于陶粒掺量；在掺量为40%-50%范围，导热系数随陶粒掺量的增加，呈先上升后下降趋势。对于陶粒泡沫混凝土密度等级；在1000kg/m3-1300kg/m3范围，导热系数随泡沫混凝土密度的增大，呈先上升后下降趋势。

最后，本发明可提供1m³泡沫混凝土用量的最佳配方，如下表11和续表11所示。

表11 页岩陶粒泡沫混凝土优化配合比1m³材料用量

续表11 页岩陶粒泡沫混凝土优化配合比1m³材料用量

通过表11可以看出，本发明的1m³泡沫混凝土的所有材料用量的总重量相较于现有的混凝土而言要轻许多，可见，本发明所提供的节能保温高强混凝土在保证了保温系数低的前提下，能够同时做到轻质、高强度，然而市面上现有的发泡混凝土几乎很难将这些指标综合起来实现，也因此这些现有的发泡混凝土无法被用作建筑主体材料，例如承重墙等结构，然而本发明所提供的混凝土强度足够高，完全可以满足C25级别规格的混凝土要求，能够直接被用作建筑主体材料，因此本发明的市场应用价值和前景是巨大的。

实际上，国内对于泡沫混凝土的研究主要是发泡剂、掺合料、胶凝材料对泡沫混凝土性能的影响，但除了这些影响因素之外，陶粒掺量、密度、种类、减水剂等因素也会对泡沫混凝土性能产生影响，如陶粒掺量，并不是掺量越大越好，而是有最佳的掺量值，泡沫混凝土抗压强度会随陶粒掺量的增加而呈现出上升——下降的曲线，在其它条件不变的情况下，强度最高点即为陶粒掺量最佳值，通过上述各实施例的测试研究表明，本发明所提供的配方中，页岩陶粒的掺量在46%时能够获得最佳的混凝土指标性能。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。