CN105272001B - 一种陶粒混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶粒混凝土及其制备方法，其原料组成按重量百分数计为：水泥10‑15%、水4‑10%、粗骨料50%‑56%、细砂15‑20%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液0.3‑1%、十二烷基磺酸钠0.02‑0.10%、聚丙烯酸酯0.5‑1%、三乙醇胺0.01‑0.05%、熟石膏5‑10%、水玻璃0.5‑1%、减水剂0.1‑0.5%，上述各原料的重量百分数之和为100%；所述粗骨料为陶粒与天然粗骨料的混合物，混合物中陶粒所占的重量百分数为20%‑100%。本发明所得陶粒混凝土具有很好的抗冲击，抗震与抗裂性能，其28天抗压强度可以达到30‑60MPa，适合用于建筑承重结构。

Description

一种陶粒混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种陶粒混凝土及其制备方法。

背景技术

国务院办公厅《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见的通知》规定：沿海城市与其他土地资源稀缺的城市从2000年6月开始禁止使用实心粘土砖，以保护我国有限的土地资源。而发展不用土或少用土的页岩陶粒、粉煤灰陶粒等有利于保护土地资源、促进生态文明。

在国外，陶粒混凝土已经广泛运用于建筑砌块和大型墙板中，甚至用于承重结构中，经济效益十分明显。相对于代替粘土砖作为外墙材料的加气砌块，加气陶粒混凝土砌块在密度相当的前提下，由于有陶粒作为骨料，强度有所提高。除了一般混凝土密度低的优点之外，陶粒混凝土由于采用页岩、城市建筑垃圾或者淤泥生产的陶粒代替石子作为骨料，还具有保温效果好、耐侵蚀、隔音效果好、环保等优点。随着中国近年来快速的城市化进程，陶粒混凝土的使用范围将会越来越广。然而，目前对再生骨料混凝土承重结构的抗震与抗冲击性能方面的试验研究很少，与之对应的是适合承重结构用的陶粒混凝土研究也很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶粒混凝土及其制备方法，所得陶粒混凝土具有很好的抗冲击，抗震与抗裂性能，适合用于建筑承重结构，可弥补目前国内此方面研究的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种陶粒混凝土，其原料组成按重量百分数计为：水泥10-15%、水4-10%、粗骨料50%-56%、细砂15-20%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液0.3-1%、十二烷基磺酸钠0.02-0.10%、聚丙烯酸酯0.5-1%、三乙醇胺0.01-0.05%、熟石膏5-10%、水玻璃0.5-1%、减水剂0.1-0.5%，上述各原料的重量百分数之和为100%；

所述粗骨料为陶粒与天然粗骨料的混合物，混合物中陶粒所占的重量百分数为20%-100%。

所述改性木纤维的制备方法包括以下步骤：

1）将100-150重量份经活化处理后的木粉加入到含有50-80重量份偶联剂的水溶液中，搅拌0.4 h后加热到60-62℃，再搅拌5-8 h后过滤，过滤后的木粉置于工业离心机中，500 r/min离心15 min后取出；

2）将处理后的木粉在50-55℃下真空干燥24h后，冷却到20-28℃，然后将木粉和100-120重量份马来酸酐接枝共聚物装入高速混合机中，300 r/min转动混合1-2 h后加热至80-100℃，再在400-450 r/min下混合10-15 min后，冷却到45℃，放料，得到初混料；

3）将初混料装入双螺杆挤出机中，于160-170℃、50-60 r/min下混炼0.5 h后挤出；

4）将所得混炼料进行粉碎，得到粒度为50-70目的改性木纤维；

所述活化处理是将干燥的木粉添加到高速混合机中，80-90℃下进行搅拌，并分两次加入木粉重量2%的铝酸酯偶联剂，两次加入时间间隔3-4min，加入后再搅拌5-6min；

所述偶联剂为硅烷偶联剂。

所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液的制备方法包括以下步骤：

1）将100-120重量份聚酯多元醇于30min内加热到90-110℃；

2）然后将聚酯多元醇降温至45℃后，加入20-25重量份二苯基甲烷二异氰酸酯，再升温到70℃，反应3h后冷却至室温；

3）再加入10-12重量份三羟甲基丙烷和10-12重量份2，3-丁二醇，振荡搅拌均匀，然后与150-200重量份环氧树脂、10-15重量份三苯基膦一起加入到80-100重量份正丁醇中；

4）在搅拌的同时于0.6h内升温至75℃，并在75℃下继续搅拌1 h后冷却至25-30℃，用氨水调节乳液的pH值至8；

5）25-30℃下将30-50重量份改性木纤维加入到步骤4）所得乳液中，并在25 ℃继续搅拌1 h，得到所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液；

所述的氨水为含氨质量分数为25-28%的水溶液。

所述陶粒混凝土的制备方法包括如下步骤：

1）将水泥、水、粗骨料、细砂加入搅拌机搅拌5-10min；

2）停止搅拌，加入含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液、十二烷基磺酸钠、聚丙烯酸酯、三乙醇胺、熟石膏、水玻璃、减水剂加入，快速搅拌20-30min后进行振捣、浇注、标准养护，得到所述陶粒混凝土。

我国拥有大量的林木资源，与碳纤维、钢纤维、玻璃纤维、福塔纤维、钢丝/钢丝网纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、杜拉纤维等比较，木纤维来源广泛、成本较低、易于加工且环境友好。作为天然高分子材料之一的木纤维，其分子链中含有大量的羟基活性基团，具有很强的亲水性，可以与混凝土成型过程中的水化产物，如氢氧化钙、硅酸钙凝胶、钙矾石等之间能形成氢键等分子间作用力，这有利于增强混凝土的微观应力应变性能。本发明首次采用一种改性木纤维对混凝土进行增韧。该木纤维先后经硅烷偶联剂和马来酸酐接枝三元共聚物改性后，其力学性能更加优良，且耐老化和耐水解性能得到显著改善，是一种理想的混凝土增韧纤维材料。

环氧树脂具有许多优点，如优异的化学稳定性、耐腐蚀性、电器绝缘性以及收缩率低等。然而单一环氧树脂固化后交联密度高，呈三维网状结构，存在内应力大、质脆、耐冲击性差、容易开裂等缺点，难以满足混凝土增韧的工程技术要求，使其应用受到一定的限制。长期以来，对环氧树脂进行增韧改性一直是一个重要的研究内容。聚氨酯是一类性能优良的高分子，有高耐冲击强度和优异的耐低温性能，用聚氨酯改性环氧树脂可以使两者优势互补。环氧树脂乳液经过聚氨酯改性，能够形成微观互穿网络的结构，从而使混凝土材料表现出良好的韧性、强度、抗疲劳性及各向同性，再加入改性木纤维形成复合增韧材料，可以更好地发挥两种材料协同增韧的效果，给混凝土的性能带来极大的改善。

目前的轻质混凝土多采用陶粒作为轻质粗骨料，以天然砂作为细骨料，但陶粒具有空隙率高、吸水率高，压碎指标低等缺点，易使所制备的混凝土强度较低。本发明使用陶粒替代20%-100%天然粗骨料，可有效减少砂石资源的耗用，环氧树脂的固化与超细矿物粉能很好的填充陶粒混凝土的孔隙，添加聚丙烯酸酯可增加混凝土的密实性、抗裂性能、抗冲击性能和抗渗性能，复合增韧材料的使用还增加了陶粒混凝土的韧性，使本发明制得的陶粒混凝土具有很好的抗冲击，抗震与抗裂性能，其28天抗压强度可以达到30-60MPa，为高强高韧性陶粒混凝土，适合用于建筑承重结构。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

所述偶联剂选择美国联碳公司牌号为A-151或A-171的硅烷偶联剂。

实施例1：

1. 改性木纤维的制备：

1）将干燥的木粉添加到高速混合机中，80℃下进行搅拌，并分两次加入木粉重量2%的铝酸酯偶联剂，两次加入时间间隔3min，加入后再搅拌5min，得活化处理后的木粉；

2）将100重量份经活化处理后的木粉加入到含有50重量份A-151硅烷偶联剂的水溶液中，搅拌0.4 h后加热到60℃，再搅拌8 h后过滤，过滤后的木粉置于工业离心机中，500r/min离心15 min后取出；

3）将处理后的木粉在50℃下真空干燥24h后，冷却到20℃，然后将木粉和100重量份马来酸酐接枝共聚物装入高速混合机中，300 r/min转动混合1-2 h后加热至80℃，再在400 r/min下混合15 min后，冷却到45℃，放料，得到初混料；

4）将初混料装入双螺杆挤出机中，于160℃、60 r/min下混炼0.5 h后挤出；

5）将所得混炼料进行粉碎，得到粒度为50目的改性木纤维；

2.含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液的制备：

1）将100重量份聚酯多元醇于30min内加热到90℃；

2）然后将聚酯多元醇降温至45℃后，加入20-25重量份二苯基甲烷二异氰酸酯，再升温到70℃，反应3h后冷却至室温；

3）再加入10重量份三羟甲基丙烷和10重量份2，3-丁二醇，振荡搅拌均匀，然后与150重量份环氧树脂、10重量份三苯基膦一起加入到80重量份正丁醇中；

4）在搅拌的同时于0.6h内升温至75℃，并在75℃下继续搅拌1 h后冷却至25℃，用含氨质量分数为25%的氨水溶液调节乳液的pH值至8；

5）25℃下将30重量份改性木纤维加入到步骤4）所得乳液中，并在25 ℃继续搅拌1h，得到所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液。

3.陶粒混凝土的制备：

1）将水泥、水、陶粒、天然粗骨料、细砂加入搅拌机搅拌5min；

2）停止搅拌，加入含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液、十二烷基磺酸钠、聚丙烯酸酯、三乙醇胺、熟石膏、水玻璃、减水剂加入，快速搅拌20min后进行振捣、浇注、标准养护，得到所述陶粒混凝土。

其原料组成按重量百分数计为：水泥12%、水10%、陶粒30%、天然粗骨料25.4%、细砂15%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液1%、十二烷基磺酸钠0.02%、聚丙烯酸酯0.55%、三乙醇胺0.03%、熟石膏5%、水玻璃0.5%、减水剂0.5%。

经检测，本实施例所得陶粒混凝土28天抗压强度为59.7MPa，28天劈裂强度为4.75MPa，28天弹性模量为32.8GPa，表明陶粒混凝土具有很好的强度与韧性，能很好的满足建筑承重结构的需求。

实施例2：

1. 改性木纤维的制备：

1）将干燥的木粉添加到高速混合机中，85℃下进行搅拌，并分两次加入木粉重量2%的铝酸酯偶联剂，两次加入时间间隔3min，加入后再搅拌6min，得活化处理后的木粉；

2）将120重量份经活化处理后的木粉加入到含有60重量份A-171硅烷偶联剂的水溶液中，搅拌0.4 h后加热到61℃，再搅拌6 h后过滤，过滤后的木粉置于工业离心机中，500r/min离心15 min后取出；

3）将处理后的木粉在52℃下真空干燥24h后，冷却到26℃，然后将木粉和110重量份马来酸酐接枝共聚物装入高速混合机中，300 r/min转动混合1-2 h后加热至90℃，再在420 r/min下混合13 min后，冷却到45℃，放料，得到初混料；

4）将初混料装入双螺杆挤出机中，于165℃、55 r/min下混炼0.5 h后挤出；

5）将所得混炼料进行粉碎，得到粒度为60目的改性木纤维；

2.含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液的制备：

1）将110重量份聚酯多元醇于30min内加热到95℃；

2）然后将聚酯多元醇降温至45℃后，加入22重量份二苯基甲烷二异氰酸酯，再升温到70℃，反应3h后冷却至室温；

3）再加入11重量份三羟甲基丙烷和11重量份2，3-丁二醇，振荡搅拌均匀，然后与180重量份环氧树脂、12重量份三苯基膦一起加入到90重量份正丁醇中；

4）在搅拌的同时于0.6h内升温至75℃，并在75℃下继续搅拌1 h后冷却至28℃，用含氨质量分数为26%的氨水溶液调节乳液的pH值至8；

5）28℃下将40重量份改性木纤维加入到步骤4）所得乳液中，并在25 ℃继续搅拌1h，得到所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液。

3.陶粒混凝土的制备：

1）将水泥、水、陶粒、天然粗骨料、细砂加入搅拌机搅拌8min；

2）停止搅拌，加入含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液、十二烷基磺酸钠、聚丙烯酸酯、三乙醇胺、熟石膏、水玻璃、减水剂加入，快速搅拌25min后进行振捣、浇注、标准养护，得到所述陶粒混凝土。

其原料组成按重量百分数计为：水泥10%、水4%、陶粒12%、天然粗骨料44%、细砂18.39%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液0.3%、十二烷基磺酸钠0.1%、聚丙烯酸酯0.5%、三乙醇胺0.01%、熟石膏10%、水玻璃0.6%、减水剂0.1%。

经检测，本实施例所得陶粒混凝土28天抗压强度为53.7MPa，28天劈裂强度为4.45MPa，28天弹性模量为31.2GPa，表明陶粒混凝土具有很好的强度与韧性，能很好的满足建筑承重结构的需求。

实施例3：

1. 改性木纤维的制备：

1）将干燥的木粉添加到高速混合机中，90℃下进行搅拌，并分两次加入木粉重量2%的铝酸酯偶联剂，两次加入时间间隔4min，加入后再搅拌6min，得活化处理后的木粉；

2）将150重量份经活化处理后的木粉加入到含有80重量份A-171硅烷偶联剂的水溶液中，搅拌0.4 h后加热到62℃，再搅拌5 h后过滤，过滤后的木粉置于工业离心机中，500r/min离心15 min后取出；

3）将处理后的木粉在55℃下真空干燥24h后，冷却到28℃，然后将木粉和120重量份马来酸酐接枝共聚物装入高速混合机中，300 r/min转动混合1-2 h后加热至100℃，再在450 r/min下混合10 min后，冷却到45℃，放料，得到初混料；

4）将初混料装入双螺杆挤出机中，于170℃、50 r/min下混炼0.5 h后挤出；

5）将所得混炼料进行粉碎，得到粒度为70目的改性木纤维；

2.含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液的制备：

1）将120重量份聚酯多元醇于30min内加热到110℃；

2）然后将聚酯多元醇降温至45℃后，加入25重量份二苯基甲烷二异氰酸酯，再升温到70℃，反应3h后冷却至室温；

3）再加入12重量份三羟甲基丙烷和12重量份2，3-丁二醇，振荡搅拌均匀，然后与200重量份环氧树脂、15重量份三苯基膦一起加入到100重量份正丁醇中；

4）在搅拌的同时于0.6h内升温至75℃，并在75℃下继续搅拌1 h后冷却至30℃，用含氨质量分数为28%的氨水溶液调节乳液的pH值至8；

5）30℃下将50重量份改性木纤维加入到步骤4）所得乳液中，并在25 ℃继续搅拌1h，得到所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液。

3.陶粒混凝土的制备：

1）将水泥、水、陶粒、细砂加入搅拌机搅拌10min；

2）停止搅拌，加入含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液、十二烷基磺酸钠、聚丙烯酸酯、三乙醇胺、熟石膏、水玻璃、减水剂加入，快速搅拌30min后进行振捣、浇注、标准养护，得到所述陶粒混凝土。

其原料组成按重量百分数计为：水泥15%、水6%、陶粒50%、细砂20%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液0.6%、十二烷基磺酸钠0.05%、聚丙烯酸酯1%、三乙醇胺0.05%、熟石膏6%、水玻璃1%、减水剂0.3%。

经检测，本实施例所得陶粒混凝土28天抗压强度为51.2MPa，28天劈裂强度为4.09MPa，28天弹性模量为30.1GPa，表明陶粒混凝土具有很好的强度与韧性，能很好的满足建筑承重结构的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种陶粒混凝土，其特征在于：其原料组成按重量百分数计为：水泥10-15%、水4-10%、粗骨料50%-56%、细砂15-20%、含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液0.3-1%、十二烷基磺酸钠0.02-0.10%、聚丙烯酸酯0.5-1%、三乙醇胺0.01-0.05%、熟石膏5-10%、水玻璃0.5-1%、减水剂0.1-0.5%，上述各原料的重量百分数之和为100%；

所述粗骨料为陶粒与天然粗骨料的混合物，混合物中陶粒所占的重量百分数为20%-100%；

所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液的制备方法包括以下步骤：

1）将聚酯多元醇于30min内加热到90-110℃；

2）然后将聚酯多元醇降温至45℃后，加入二苯基甲烷二异氰酸酯，再升温到70℃，反应3h后冷却至室温；

3）再加入三羟甲基丙烷和2，3-丁二醇，振荡搅拌均匀，然后与环氧树脂、三苯基膦一起加入到正丁醇中；

4）在搅拌的同时于0.6h内升温至75℃，并在75℃下继续搅拌1 h后冷却至25-30℃，用氨水调节乳液的pH值至8；

5）25-30℃下将改性木纤维加入到步骤4）所得乳液中，并在25 ℃继续搅拌1 h，得到所述含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液；

所述的氨水为含氨质量分数为25-28%的水溶液；

所述改性木纤维的制备方法包括以下步骤：

1）将经活化处理后的木粉加入到含有偶联剂的水溶液中，搅拌0.4 h后加热到60-62℃，再搅拌5-8 h后过滤，过滤后的木粉置于工业离心机中，500 r/min离心15 min后取出；所述偶联剂为硅烷偶联剂；

2）将处理后的木粉在50-55℃下真空干燥24h后，冷却到20-28℃，然后将木粉和马来酸酐接枝共聚物装入高速混合机中，300 r/min转动混合1-2 h后加热至80-100℃，再在400-450 r/min下混合10-15 min后，冷却到45℃，放料，得到初混料；

3）将初混料装入双螺杆挤出机中，于160-170℃、50-60 r/min下混炼0.5 h后挤出；

4）将所得混炼料进行粉碎，得到粒度为50-70目的改性木纤维；

所述活化处理是将干燥的木粉添加到高速混合机中，80-90℃下进行搅拌，并分两次加入木粉重量2%的铝酸酯偶联剂，两次加入时间间隔3-4min，加入后再搅拌5-6min。

2.根据权利要求1所述陶粒混凝土，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：

1）将水泥、水、粗骨料、细砂加入搅拌机搅拌5-10min；

2）停止搅拌，加入含改性木纤维的聚氨酯改性环氧树脂增韧乳液、十二烷基磺酸钠、聚丙烯酸酯、三乙醇胺、熟石膏、水玻璃、减水剂加入，快速搅拌20-30min后进行振捣、浇注、标准养护，得到所述陶粒混凝土。