一种轻骨料混凝土及其制备方法
阅读说明：本技术 一种轻骨料混凝土及其制备方法 (Lightweight aggregate concrete and preparation method thereof ) 是由 郑义昌 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本申请涉及混凝土技术领域,具体公开了一种轻骨料混凝土及其制备方法。轻轻骨料混凝土由以下重量份的原料制成：水泥220-240份,粉煤灰60-80份,改性玻化微珠100-120份,陶粒300-340份,有机硅憎水剂60-80份,水140-180份,减水剂6-10份,所述有机硅憎水剂用于对陶粒和改性玻化微珠进行表面改性；所述改性玻化微珠由以下重量份的原料制成：玻化微珠80-120份,锂型分子筛粉30-50份,硅溶胶140-180份。本申请的改性玻化微珠对碱性物质进行阻隔,从而降低了碱性物质对改性玻化微珠的侵蚀程度,有助于提高轻骨料混凝土的强度。(The application relates to the technical field of concrete, and particularly discloses lightweight aggregate concrete and a preparation method thereof. The lightweight aggregate concrete is prepared from the following raw materials in parts by weight: 240 parts of cement, 60-80 parts of fly ash, 120 parts of modified vitrified micro bubbles, 340 parts of ceramsite, 60-80 parts of organosilicon water repellent, 180 parts of water and 6-10 parts of water reducing agent, wherein the organosilicon water repellent is used for carrying out surface modification on the ceramsite and the modified vitrified micro bubbles; the modified vitrified micro bubbles are prepared from the following raw materials in parts by weight: 80-120 parts of vitrified micro bubbles, 30-50 parts of lithium type molecular sieve powder and 180 parts of silica sol 140-. The modified vitrified micro bubbles obstruct alkaline substances, thereby reducing the erosion degree of the alkaline substances to the modified vitrified micro bubbles and being beneficial to improving the strength of the lightweight aggregate concrete.)
技术领域
本申请涉及混凝土
技术领域
，更具体地说，它涉及一种轻骨料混凝土及其制备方法。背景技术
轻骨料混凝土是指全部采用轻骨料拌制或由轻骨料与普通骨料混合拌制的混凝土，由于轻骨料的密度小，孔隙率大，因此轻骨料混凝土具有较低的导热系数，适合用作保温材料。
公告号为CN103951350B的中国专利公开了一种结构保温轻骨料混凝土，其原料按质量份数计包括：水泥基胶凝材料360～460份；陶粒410～460份；改性玻化微珠110～120份；混凝土改性剂15～20份；水260～290份；减水剂3.6～4.6份，其中改性玻化微珠为采用有机硅憎水剂改性后的玻化微珠，水泥基胶凝材料以质量百分比计包括粉煤灰10％～20％、硅酸盐水泥80％～90％。有机硅憎水剂在玻化微珠表面形成疏水膜，阻碍了玻化微珠裂纹的扩展，改善了轻骨料混凝土的强度性能。
针对上述中的相关技术，发明人认为，轻骨料混凝土在硬化过程中会逐渐消耗水分，而水泥水化后会产生碱性物质，随着轻骨料混凝土的硬化，轻骨料混凝土内碱性物质的浓度增加，碱性物质容易使改性玻化微珠表面的疏水膜受到破坏，导致改性玻化微珠受到侵蚀，对轻骨料混凝土的强度发展造成限制。
发明内容
相关技术中，水泥水化产物中的碱性物质容易破坏改性玻化微珠表面的疏水膜，限制轻骨料混凝土的强度发展。为了改善这一缺陷，本申请提供一种轻骨料混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种轻骨料混凝土，采用如下的技术方案：
一种轻骨料混凝土，由以下重量份的原料制成：水泥220-240份，粉煤灰60-80份，改性玻化微珠100-120份，陶粒300-340份，有机硅憎水剂60-80份，水140-180份，减水剂6-10份，所述有机硅憎水剂用于对陶粒和改性玻化微珠进行表面改性；
所述改性玻化微珠由以下重量份的原料制成：玻化微珠80-120份，锂型分子筛粉30-50份，硅溶胶140-180份。
通过采用上述技术方案，本申请与相关技术相比，首先使用锂型分子筛粉和硅溶胶对玻化微珠进行处理，制备了改性玻化微珠，然后再使用有机硅憎水剂对改性玻化微珠和陶粒进行憎水处理，使陶粒和玻化微珠表面均形成憎水膜，从而阻碍了陶粒与改性玻化微珠中裂纹的发展，减少了陶粒与玻化微珠开裂的可能，有助于提高轻骨料混凝土的强度。
在改性玻化微珠中，硅溶胶脱水时产生的“—Si—O—Si—”凝胶网络结构覆盖在玻化微珠表面，锂型分子筛粉吸附在凝胶网络结构中，并与凝胶网络结构共同组成保护膜，锂型分子筛粉为保护膜提供锂离子。当水泥水化产物中的碱性物质对改性玻化微珠表面的憎水膜造成破坏后，保护膜继续对碱性物质进行阻隔，保护膜中的锂离子与水泥的水化产物反应生产硅酸锂凝胶，硅酸锂凝胶对保护膜的受损部分进行修复，并对碱性物质进行阻隔，从而降低了碱性物质对改性玻化微珠的侵蚀程度，有助于提高轻骨料混凝土的强度。
优选的，所述改性玻化微珠由以下重量份的原料制成：玻化微珠90-110份，锂型分子筛粉35-45份，硅溶胶150-170份。
通过采用上述技术方案，优化了改性玻化微珠的配比，有助于提高轻骨料混凝土的强度。
优选的，所述改性玻化微珠的配方中还包括20-40重量份的硅灰。
通过采用上述技术方案，在硅溶胶固化时，硅灰能够为硅溶胶提供固化位点，加快保护膜的成型，并且能够缓解硅溶胶固化时产生的收缩应力，减少了保护膜产生裂缝的可能，改善了保护膜对碱性物质的隔离效果，有助于提高轻骨料混凝土的强度。
优选的，所述硅灰的平均粒径为600nm-800nm。
通过采用上述技术方案，当硅灰的平均粒径过大时，硅溶胶固化后产生的凝胶网络结构难以固定硅灰，容易硅灰从保护膜中脱离；当硅灰的平均粒径过小时，硅灰容易发生团聚，影响保护膜的均匀性；当硅灰的平均粒径为600nm-800nm时，保护膜的均匀性较好，且硅灰不容易从保护膜中脱离，因此有助于提高轻骨料混凝土的强度。
优选的，所述改性玻化微珠的配方中还包括12-18重量份的纳米铝粉。
通过采用上述技术方案，当碱性物质对保护膜造成侵蚀时，纳米铝粉与碱性物质反应产生氢氧化铝凝胶，并释放氢气。氢氧化铝凝胶能够消耗碱性物质，并减缓碱性物质的渗透速度，有助于提高轻骨料混凝土的强度。氢气形成的气泡能够吸附在保护膜受到侵蚀的部位，疏水膜减少了水泥浆占据气泡位置的可能，提高了气泡的稳定性，有助于改善轻骨料混凝土的保温性能。
优选的，所述轻骨料混凝土的配方中还包括30-60重量份的石英纤维。
通过采用上述技术方案，在拌制轻骨料混凝土时，石英纤维分散在轻骨料混凝土的浆体中，水泥水化产物中的碱性物质能够对石英纤维造成腐蚀，使石英纤维表面的粗糙度增加。当氢气形成的气泡脱离改性玻化微珠后，石英纤维表面受腐蚀后产生的硅酸钙凝胶能够吸附气泡，使得轻骨料混凝土的孔隙率增大、隔热效果提高。此外，石英纤维的残留部分能够优选的，所述石英纤维的平均直径为400μm-600μm。
通过采用上述技术方案，当石英纤维的平均直径过小时，石英纤维在碱性物质的侵蚀下容易断裂，导致对轻骨料混凝土的增强效果有限；当石英纤维的平均直径过大时，石英纤维与气泡的接触面积有限，导致轻骨料混凝土的隔热效果不足；当石英纤维的平均直径为400μm-600μm时，既有利于增强轻骨料混凝土的强度，又有助于改善轻骨料混凝土的隔热性能。
优选的，所述硅溶胶的含水率为30％-50％。
通过采用上述技术方案，当硅溶胶的含水率较低时，锂型分子筛粉难以分散均匀，导致保护膜的保护效果不佳，容易影响轻骨料混凝土的强度；当硅溶胶的含水率过高时，锂型分子筛粉中的锂离子容易流失，导致保护膜的保护效果不佳，容易影响轻骨料混凝土的强度。当硅溶胶的含水率为30％-50％时，有利于增强轻骨料混凝土的强度。
优选的，所述轻骨料混凝土的配方中还包括20-30份激发剂，所述激发剂选用明矾。
通过采用上述技术方案，明矾能够激发粉煤灰的活性，促进粉煤灰与水泥水化产物中的碱性物质反应，减少碱性物质对改性玻化微珠造成腐蚀的可能，有助于提高轻骨料混凝土的强度。
第二方面，本申请提供一种轻骨料混凝土的制备方法，采用如下的技术方案。
一种轻骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
制备改性玻化微珠：
(1)将锂型分子筛粉与硅溶胶混合并搅拌均匀，得到改性液；
(2)将玻化微珠浸泡在混合液中，在40-60℃下蒸干混合液，得到改性玻化微珠；
拌制轻骨料混凝土：
(1)按重量份称取改性玻化微珠、陶粒以及有机硅憎水剂，将改性玻化微珠和处于饱和面干状态的陶粒在有机硅憎水剂中浸泡2-3h，然后捞出备用；
(2)按重量份称取水泥、粉煤灰、水以及减水剂，并与陶粒以及改性玻化微珠共同混合后搅拌120-180s，得到轻骨料混凝土拌和物；
(3)在温度为(20±2)℃，湿度为95％以上的条件下对轻骨料混凝土拌和物进行养护，得到轻骨料混凝土。
通过采用上述技术方案，首先制备改性玻化微珠，再使用有机硅憎水剂对改性玻化微珠和陶粒进行表面处理，使陶粒和改性玻化微珠表面均产生疏水膜，然后再使用改性玻化微珠以及陶粒进行轻骨料混凝土的拌制，经过养护后得到轻骨料混凝土。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请选用硅溶胶和锂型分子筛粉对玻化微珠进行处理，使玻化微珠表面形成保护膜，得到改性玻化微珠，有机硅憎水剂在改性玻化微珠和陶粒表面形成憎水膜。当憎水膜受到碱性物质的破坏后，保护膜继续对碱性物质进行阻隔，从而降低了碱性物质对玻化微珠的侵蚀程度，有助于提高轻骨料混凝土的强度。
2、本申请中优选纳米铝粉作为改性玻化微珠的原料之一，纳米铝粉在受到水泥水化产物中的碱性物质侵蚀时能够产生氢氧化铝凝胶，并释放氢气形成气泡。氢氧化铝凝胶能够限制碱性物质的渗透，提高轻骨料混凝土的强度，氢气形成的气泡则能够吸附在保护膜表面，有助于改善轻骨料混凝土的保温性能。
3、本申请的方法，首先制备改性玻化微珠，再使用有机硅憎水剂对玻化微珠和陶粒进行疏水改性，然后再使用经过疏水改性的玻化微珠和陶粒与水泥、粉煤灰、水以及减水剂混合拌制，得到了轻骨料混凝土。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例
本申请实施例中使用的原料均可通过市售获得，其中水泥选用江苏鹤林水泥有限公司生产的P·O42.5水泥，粉煤灰选用南京华润热电生产的F类Ⅱ级粉煤灰，陶粒选用南京咏捷新型建材有限公司生产的10-30mm建筑陶粒，有机硅憎水剂选用山东豪耀新材料有限公司生产的有机硅憎水剂，水取自生活用水，减水剂选用昆明市生威混凝土外加剂有限责任公司生产的聚羧酸减水剂，玻化微珠选用广西元强新型建材有限公司生产的中空玻化微珠，锂型分子筛粉由萍乡市群星环境工程有限公司生产的PSA/VPSA制氧Li-X分子筛粉磨而成，硅溶胶选用济南领航化工有限公司生产的硅溶胶，硅灰选用河南玖泰冶金材料有限公司生产的定制粒径硅灰，纳米铝粉选用徐州捷创新材料科技有限公司生产的纳米铝粉，石英纤维选用天津市中天俊达玻璃纤维制品有限公司生产的定制直径石英纤维，明矾选用沈阳赛尼欧化工有限公司生产的工业级明矾。
实施例1-5
以下以实施例1为例进行说明。
实施例1
实施例1中轻骨料混凝土按照以下步骤制备：
制备改性玻化微珠：
(1)将锂型分子筛粉与硅溶胶混合并搅拌均匀，得到改性液，硅溶胶的含水率为20％；
(2)将玻化微珠浸泡在混合液中，在50℃下蒸干混合液，得到改性玻化微珠；
拌制轻骨料混凝土：
(1)按重量份称取改性玻化微珠、陶粒以及有机硅憎水剂，将改性玻化微珠和处于饱和面干状态的陶粒在有机硅憎水剂中浸泡2.5h，然后捞出备用；
(2)按重量份称取水泥、粉煤灰、水以及减水剂，并与陶粒以及改性玻化微珠共同混合后搅拌150s，得到轻骨料混凝土拌和物；
(3)在温度为(20±2)℃，湿度为95％以上的条件下对轻骨料混凝土拌和物进行养护，得到轻骨料混凝土。
如表1,实施例1-5的区别主要在于改性玻化微珠的原料配比不同
表1
样本
玻化微珠/kg
锂型分子筛粉/kg
硅溶胶/kg
实施例1
80
30
140
实施例2
90
35
150
实施例3
100
40
160
实施例4
110
45
170
实施例5
120
50
180
如表2,实施例6-9与实施例3的区别主要在于轻骨料混凝土的原料配比不同。
表2
实施例10
本实施例与实施例7的区别在于，改性玻化微珠的配方中还包括20kg硅灰，硅灰的平均粒径为500nm，硅灰在制备改性玻化微珠的步骤(1)中与硅溶胶共同混合。如表3,实施例10-14的区别主要在于硅灰的用量不同。
表3
样本
实施例10
实施例11
实施例12
实施例13
实施例14
硅灰/kg
20
25
30
35
40
如表4,实施例12与实施例15-18的区别主要在于硅灰的平均粒径不同。
表4
实施例19
本实施例与实施例16的区别在于，改性玻化微珠的配方中还包括12kg纳米铝粉，纳米铝粉在制备改性玻化微珠的步骤(1)中与硅溶胶共同混合。如表5,实施例19-22的区别主要在于纳米铝粉的用量不同。
表5
样本
实施例19
实施例20
实施例21
实施例22
纳米铝粉/kg
12
14
16
18
实施例23
本实施例与实施例21的区别在于，轻骨料混凝土的配方中还包括30kg石英纤维，石英纤维的平均直径为300μm，石英纤维在制备轻骨料混凝土步骤(2)中与改性玻化微珠共同混合。如表6,实施例23-26的区别主要在于石英纤维的用量不同。
表6
样本
实施例23
实施例24
实施例25
实施例26
石英纤维/kg
30
40
50
60
实施例27
如表7,实施例25与实施例27-30的区别主要在于石英纤维的平均直径不同。
表7
如表8,实施例28与实施例31-34的区别主要在于硅溶胶的含水率不同。
表8
样本
实施例28
实施例31
实施例32
实施例33
实施例34
硅溶胶含水率/％
20
30
40
50
60
实施例35
本实施例与实施例32的区别在于，轻骨料混凝土的配方中还包括20kg明矾，明矾在制备轻骨料混凝土步骤(2)中与改性玻化微珠共同混合。如表9,实施例35-39的区别主要在于明矾的用量不同。
表9
样本
实施例35
实施例36
实施例37
实施例38
实施例39
明矾/kg
20
22
25
27
30
对比例
对比例1
根据公告号CN103951350B的中国专利实施例1的制备方法制备的轻骨料混凝土。
对比例2
本对比例与实施例3的不同之处在于，轻骨料混凝土的配方中不包括有机硅憎水剂。
对比例3
本对比例与实施例3的不同之处在于，改性玻化微珠的配方中使用钠型分子筛粉替换锂型分子筛粉。
性能检测试验方法
抗压强度测试：将轻骨料混凝土的拌合物制作为150mm×150mm×150mm尺寸的立方体试件，并在20±2℃的温度条件下，保持养护室湿度在95％以上进行养护，养护28天时测试抗压强度。测试方法参照《JG/J51-2002-轻骨料混凝土技术规程》，检测结果见表10。
导热性能测试：将轻骨料混凝土的拌合物制作成尺寸为200mm×200mm×20mm的薄试件一块以及尺寸为200mm×200mm×60mm的厚试件两块，养护28天后使用热脉冲法对试件的导热系数进行测试，测试方法参照《JG/T 407-2013自保温混凝土复合砌块》，检测结果见表11。
表10
表11
结合实施例1-5和对比例1并结合表10和表11可以看出，实施例1-5中，轻骨料混凝土的抗压强度均高于对比例1，且导热系数均低于对比例1。在实施例1-5中，实施例3对应的轻骨料混凝土的抗压强度最高，且实施例1-5的导热系数数值接近，说明经改性玻化微珠有助于提高轻骨料混凝土的抗压强度，改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。
结合实施例3和对比例2并结合表10和表11可以看出，实施例3的导热系数低于对比例2，且抗压强度高于对比例2，说明有机硅憎水剂除了能够提供轻骨料混凝土的抗压强度，还能够减少水泥浆对陶粒的填充，改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。
结合实施例3和对比例3并结合表10和表11可以看出，实施例3的导热系数低于对比例3，且抗压强度高于对比例3，说明锂型分子筛粉相比于钠型分子筛粉更有助于提高轻骨料混凝土的抗压强度，改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。
结合实施例3和实施例6-9并结合表10和表11可以看出，其中实施例7的导热系数最低，抗压强度最高，说明实施例7中轻骨料混凝土的配比更有助于提高轻骨料混凝土的抗压强度，改善轻骨料混凝土的保温隔热性能。
结合实施例7、实施例10-14并结合表10和表11可以看出，实施例7和实施例10-14的导热系数接近，说明添加硅灰对轻骨料混凝土的导热系数影响较小；实施例10-14的抗压强度均高于实施例7，说明硅灰有助于提高轻骨料混凝土的抗压强度，其中实施例12测得的抗压强度最高。
结合实施例12、实施例15-18并结合表10和表11可以看出,实施例15-18与实施例12测得的导热系数接近，说明硅灰的平均粒径对轻骨料混凝土的导热系数影响较小；实施例15-17测得的抗压强度均高于实施例12和实施例18，说明当硅灰的平均粒径在600-800nm之间时更有助于提高轻骨料混凝土的抗压强度，实施例16测得的抗压强度最高。
结合实施例16、实施例19-22并结合表10和表11可以看出，实施例19-22测得的导热系数均低于实施例16，说明纳米铝粉有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能；实施例19-22测得的抗压强度均高于实施例16，说明纳米铝粉有助于改善轻骨料混凝土的抗压强度，其中实施例21测得的抗压强度最高，导热系数最低。
结合实施例21、实施例23-26并结合表10和表11可以看出，实施例23-26测得的导热系数均低于实施例21，说明石英纤维有助于改善轻骨料混凝土的保温隔热性能；实施例23-26测得的抗压强度均高于实施例21，说明纳米铝粉有助于改善轻骨料混凝土的抗压强度，其中实施例25测得的抗压强度最高，导热系数最低。
结合实施例25、实施例27-30并结合表10和表11可以看出，实施例27-29测得的导热系数均低于实施例25和实施例30，而测得的抗压强度均高于实施例25和实施例30，说明当石英纤维的平均直径为400-600μm之间时，轻骨料混凝土的抗压强度较高，保温隔热性能较好。
结合实施例28、实施例31-34并结合表10和表11可以看出，实施例31-33测得的抗压强度均均高于实施例28和实施例34，说明当硅溶胶的含水率为30％-50％时，轻骨料混凝土的抗压强度较高。
结合实施例32、实施例35-39并结合表10和表11可以看出，实施例35-39测得的抗压强度均高于实施例32，说明明矾有助于改善轻骨料混凝土的抗压强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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