专利名称：多相复合轻集料混凝土及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种轻集料混凝土及其制备方法。
背景技术：
轻集料混凝土是用轻集料配制成的、容重不大於1900公斤/米的轻混凝土，也称多孔集料轻混凝土。由于轻集料混凝土中含有大量封闭的孔隙，使其具有轻质、保温隔热性能好、施工方便等性能，与同标号的普通混凝土相比，可减轻自重20 30%以上。现有轻集料混凝土通常是用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成。目前，轻质原料主要采用陶粒、炉渣、浮石、膨胀珍珠岩、聚苯乙烯泡沫塑料颗粒等，但由于上述原料产量小，分布不均，异地运输成本高等原因，所以客观上我国轻质原料的整体情况不足，致使一些地区轻质保温材料的发展受到制约。现有轻集料混凝土存在生产成本高，生产能耗大的问题。生产工艺一般采用各原料共同搅拌混合的方式，未能考虑到材料自身特性，影响轻集料混凝土的质量。现有轻集料混凝土在生产中未能充分利用工业废弃物和天然材料，原材料的成本高、生产能耗大。在河北、山西、内蒙及东北等地区储量巨大的浮石，是一种天然轻骨料，制成的混凝土具有重量轻、保温性能好等优点，是一种有显著节能效果的材料，对其进行开发利用，不但有利于建筑结构和建筑节能，还有利于带动当地的经济发展和社会就业。此外， 废橡胶有很强的抗热、抗生物、抗机械性，但很难降解，几十年甚至上百年都不会由于自然力而消失掉。而聚苯乙烯具有抗老化，防腐蚀等特点，所以在自然界中不易腐烂，也不易被微生物降解，即便深埋，也会污染地下水源，破坏土壤结构，使粮食作物减产。如两者均做简单焚烧处理，则又会严重污染空气及大气环境。对废橡胶和废聚苯乙烯泡沫塑料进行回收利用，将其由环境公害变成土木工程领域的绿色资源，既可减少环境污染，又能变废为宝，节约能源。此外，中国的秸秆资源拥有量居世界第一，而传统将秸杆作为生活燃料的需求逐年减少，导致了剩余秸杆处理难的问题十分突出。如将玉米秸秆和浮石、聚苯颗粒和废橡胶颗粒有机结合起来，能够生产出一种新型的复合节能建材。拌制混凝土时，若将玉米秸秆、浮石直接作为轻质原料来制备，由于玉米秸秆、浮石颗粒表面粗糙且具有裸露开放性孔洞，对拌合用水、水泥浆吸收量较大，从而使其混凝土拌合料和易性较差，而且水泥用量比普通混凝土大；同时由于孔洞中吸入了较多的水泥浆， 增加了混凝土的密度，降低了保温隔音性能。另外，由于玉米秸秆和浮石两种原材料的密度、形态差异较大，不能采用普通混凝土的拌制成形工艺，否则容易产生混凝土内部各相分布不均勻，出现分层的现象，从而影响其性能。而橡胶颗粒、聚苯颗粒属于有机材料，都是憎水性的，与无机胶凝体系的水泥浆体混合，两者之间不易润湿亲合，导致新拌浆体内聚性变差，也不能直接作为轻质原料来制备。另一方面，不同性质的聚苯颗粒、橡胶颗粒、浮石颗粒共掺使用，若颗粒粒径级配不合理，必然会影响其混凝土拌合料和易性，及其硬化体的力学性能和其他物理性能。因此必须颗粒粒径级配进行合理设计。另外，由于聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石混凝土涉及到了多种轻质原料的使用，且三种原材料的密度、形态差异较大，不能采用普通混凝土的拌制成形工艺，否则容易产生混凝土内部各相分布不均勻，易分层的现象，从而影响其性能。
发明内容
本发明提供一种多相复合轻集料混凝土及其制备方法，要解决现有轻集料混凝土原材料成本高、生产能耗大的问题；并解决轻质原料与混凝土和易性差，轻集料混凝土的密度大、热导率高，保温隔热效果不好的技术问题；还解决普通轻集料混凝土的制备方法在混合时混凝土内部易分层，影响产品性能的技术问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
这种多相复合轻集料混凝土，所述它的原料按重量份配比如下 水泥
粉煤灰浮石砂
玉米秸秆纤维聚苯颗粒橡胶颗粒外加剂发泡剂水
0.40 ‘
1.836 0. 028
0. 006 ‘ 0. 23 ‘ 0. 010 0. 005 0. 50 ‘
1份； 0. 50 份； 乂 2. 219 份； 0. 043 份； 0. 008 份； 0. 33 份； ^ 0. 015 份； 0. 007 份； 0. 55 份。 所述聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铬络合物偶联剂的其中的一种用硅酸钠水溶液稀释而成。
所述玉米秸秆纤维的长度Imm 10mm，宽小于2mm。 所述浮石砂的粒径为2 6mm。 所述聚苯颗粒的粒径为4 7mm。 所述橡胶颗粒的粒径为16 20目。
所述外加剂为高效减水剂、早强剂、防冻剂中的一种或一种以上的混合物。 所述多相复合轻集料混凝土的原料按重量份最佳配比如下
1份；
水泥粉煤灰浮石砂
玉米秸秆纤维聚苯颗粒橡胶颗粒外加剂发泡剂水这种多相复合轻集料混凝土的制备方法，步骤如下
0. 010 0. 005 0. 50
0. 43 份； 2. 028 份； 0. 038 份；
0. 007 份； 0. 280 份； 0. 015 份； 0. 007 份； 0. 55份。
5步骤一，制备薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维，先用硅酸钠水溶液喷淋浮石砂和玉米秸秆纤维进行预湿；再分别将预湿的浮石砂和玉米秸秆纤维投入混合好的水泥、粉煤灰浆体中搅拌，使浮石砂和玉米秸秆纤维表面均勻包有一层薄壳；最后经自然养护M小时后得到薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维；
步骤二，将聚苯颗粒和橡胶颗粒进行界面处理，按160 250g/L的比例称取界面处理剂加入硅酸钠水溶液中稀释，然后将稀释后的界面处理剂缓缓倒入盛有聚苯颗粒和橡胶颗粒的容器中，边倒边搅拌，直到聚苯颗粒和橡胶颗粒能够均勻分散、表面有均勻油状膜分布且聚苯颗粒不因静电斥力溢出容器外为止，静置10分钟后备用；
步骤三，按配比将水泥、粉煤灰、水、外加剂和制备好的薄层裹壳浮石砂投入搅拌机中搅拌均勻；
步骤四，将界面处理后的聚苯颗粒和橡胶颗粒投入搅拌机中继续搅拌； 步骤五，将薄层裹壳秸秆纤维投入搅拌机中继续搅拌；
步骤六，将发泡剂打泡后倒入上述搅拌物，搅拌均勻后制得多相复合轻集料混凝土。所述步骤一的水泥、粉煤灰浆体中水泥、粉煤灰和水的用量为1 2 0.5。本发明的有益效果如下
本发明采用薄层裹壳浮石砂、薄层裹壳秸秆纤维、聚苯颗粒和橡胶颗粒做为轻质原料。 由于所用原材料浮石砂自重轻、抗震性好，添加在混凝土中能够减少轻集料混凝土密度，提高轻集料混凝土的保温性能，不仅有利于对浮石的开发利用，还有利于带动当地的经济发展和社会就业。同时还采用玉米秸秆纤维作为轻质原料，玉米秸秆是以网状高纯度SiO2为骨架，再包裹一层致密的纤维素。因此玉米秸秆孔隙度大、重量轻、保温性能好、耐腐蚀能力强。它不仅具有非常好的韧性，而且还具有一定的强度。把秸秆用于生产水泥基秸秆建材产品中，既可起到一定的抗收缩变形的作用，又可减轻复合材料的质量，使其具有隔音、隔热性能，同时还可以解决秸秆的处理问题，增加农民的收入。同时还将废旧聚苯乙烯泡沫、 橡胶制品加工成各种不同粒度的颗粒掺入混凝土中，因两者均具有较好的韧性、抗渗性、抗疲劳等特点，能够填充混凝土中空隙，约束内微裂缝的产生和发展，可提高混凝土的抗冲击和抗震性能，还可有效减轻混凝土的重量，起到保温隔热、隔声的作用。另外，废橡胶、聚苯乙烯都具有很强的抗生物、抗老化、防腐蚀性等特点，所以在自然界中不易腐烂，也不易被微生物降解，即便深埋，也会污染地下水源，破坏土壤结构，使粮食作物减产。此外， 对废橡胶和废聚苯乙烯泡沫塑料进行回收利用，将其由环境公害变成土木工程领域的绿色资源，既可减少环境污染，又能变废为宝，节约能源。本发明在拌制混凝土之前，先对玉米秸秆、浮石砂进行裹覆预处理，将配制好的硅酸钠水溶液均勻的喷淋到浮石砂和玉米秸秆纤维两种原材料表面，边喷淋边翻动，保证原材料的均勻润湿并具有一定湿度。裹覆预处理地方法克服了玉米秸秆纤维、浮石砂颗粒孔多易吸水的缺点。薄层裹壳有效地封闭了玉米秸秆和浮石砂两种原材料的表面孔口，并改善其表面粗糙度，再拌合混凝土时，可很好地改善混凝土和易性，并减少水泥用量，特别是阻止了大量水泥浆被吸入孔洞，从而减轻了混凝土的密度，降低了其热导率提高了保温隔音性能。为了提高橡胶颗粒、聚苯颗粒与水泥浆体之间的粘结力，使之与水泥之间形成较为紧密的粘结。本发明在拌制混凝土之前对橡胶颗粒、聚苯颗粒进行了界面预处理。界面处理后的橡胶颗粒、聚苯颗粒能够很好的被水泥菜握裏，使其与水泥之间形成较为紧密的 粘结力，大大减少了硬化菜体中的孔隙，提高了硬化体的強度。合理的颗粒级配和特定的制 备工艺使多相复合轻集料混凝土的各相均勻分布，有效地提高了其力学性能，并降低了混 凝土的密度，提高了其保温隔热性能。另一方面，将原材料了进行破碎处理，浮石砂颗粒粒 径控制在2-6mm，聚苯颗粒粒径控制在4-7mm，橡胶采用18目(平均粒度为995 u m)的颗粒， 从而使混凝土的和易性、力学性能更好。最后拌制混凝土时，为了使多相复合轻集料混凝土的各相均勻分布，本发明制定 了特定的制备工艺。将水泥、粉煤灰、适量水和处理好的薄层裹壳浮石砂在搅拌机中搅拌均 勻；其次加入界面处理后的橡胶颗粒、聚苯颗粒以及适量外加剂再次拌合均勻；然后再加 入处理后的薄层裹壳結秆继续搅拌；最后将发泡剂打泡后倒入混凝土制备而成。该制备工 艺使原材料按顺序加入，可使多相复合轻集料混凝土的各相均勻分布，有效地提高了其力 学性能，并降低了混凝土的密度，提高了其保温隔热性能。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是薄层裹壳浮石砂的制备工艺流程图。图2是薄层裹壳結秆纤维的制备工艺流程图。图3是多相复合轻集料混凝土的制备工艺流程图。
具体实施例方式
实施例一，这种多相复合轻集料混凝土，所述它的原料按重量份配比如下 水泥1份；
粉煤灰0. 43份；
浮石砂2. 028份；
玉米結秆纤维0. 038份；
聚苯颗粒0. 007份；
橡胶颗粒0. 280份；
外加剂0.015份；
发泡剂0. 006份；
水0.53份。所述浮石砂和玉米結秆纤维分别处理成薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳結秆纤维后 使用，聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂 为娃烧偶联剂用娃酸钠水溶液稀释而成。实施例ニ，这种多相复合轻集料混凝土，所述它的原料按重量份配比如下 水泥 1份； 粉煤灰0. 42份； 浮石砂 2. 219份；
玉米結秆纤维0. 043份；
聚苯颗粒0. 006份；
橡胶颗粒0. 23份；外加剂0.012份；
发泡剂0. 007份；
水0.55份。所述浮石砂和玉米秸秆纤维分别处理成薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维后使用，聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂为硅烷偶联剂用硅酸钠水溶液稀释而成。，这种多相复合轻集料混凝土，所述它的原料按重量份配比如下
1份；
实施例J 水泥粉煤灰浮石砂
玉米秸秆纤维聚苯颗粒橡胶颗粒外加剂发泡剂水
0. 50 份； 1. 836 份； 0. 028 份；
0. 008 份； 0. 33 份； 0. 010 份； 0. 005 份； 0. 55 份 c所述浮石砂和玉米秸秆纤维分别处理成薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维后使用，聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂为钛酸酯偶联剂用硅酸钠水溶液稀释而成。
实施例四，这种多相复合轻集料混凝土，所述它的原料按重量份配比如下
水泥
粉煤灰
浮石砂
玉米秸秆纤维聚苯颗粒橡胶颗粒外加剂发泡剂水
1份； 0. 40 份； 2. 106 份； 0. 041 份；
0. 007 份； 0. 30 份； 0. 015 份； 0. 007 份； 0. 54 份。所述浮石砂和玉米秸秆纤维分别处理成薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维后使用，聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂为硅烷偶联剂用硅酸钠水溶液稀释而成。上述实施例一至四中，所述玉米秸秆纤维的长度Imm 10mm，宽小于2mm。浮石砂的粒径为2 6mm。聚苯颗粒的粒径为4 7mm。橡胶颗粒的粒径为16 20目。外加剂为高效减水剂、早强剂、防冻剂中的一种或一种以上的混合物。参见图1-3所示，这种多相复合轻集料混凝土的制备方法，步骤如下
步骤一，制备薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维，先用硅酸钠水溶液喷淋浮石砂和秸秆纤维进行预湿；再分别将预湿的浮石砂和玉米秸秆纤维投入混合好的水泥、粉煤灰浆体中搅拌，使浮石砂和玉米秸秆纤维表面均勻包有一层薄壳；最后经自然养护M小时后得到薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维；
步骤二，将聚苯颗粒和橡胶颗粒进行界面处理，按160 250g/L的比例称取界面处理剂加入硅酸钠水溶液中稀释，然后将稀释后的界面处理剂缓缓倒入盛有聚苯颗粒和橡胶颗粒的容器中，边倒边搅拌，直到聚苯颗粒和橡胶颗粒能够均勻分散、表面有均勻油状膜分布且聚苯颗粒不因静电斥力溢出容器外为止，静置10分钟后备用；
步骤三，按配比将水泥、粉煤灰、水、外加剂和制备好的薄层裹壳浮石砂投入搅拌机中搅拌均勻；
步骤四，将界面处理后的聚苯颗粒和橡胶颗粒投入搅拌机中继续搅拌； 步骤五，将薄层裹壳秸秆纤维投入搅拌机中继续搅拌；
步骤六，将发泡剂打泡后倒入上述搅拌物，搅拌均勻后制得多相复合轻集料混凝土。
所述步骤一的水泥、粉煤灰浆体中水泥、粉煤灰和水的用量为1 2 0.5。
权利要求
1.-种多相复合轻集料混凝土，其特征在于所述它的原料按重量份配比如下水泥粉煤灰浮石砂玉米秸秆纤维聚苯颗粒橡胶颗粒外加剂发泡剂水0. 401份； 0. 50 份；1. 836 0. 028 0. 006 0. 23 0. 010 0. 005 2. 219份； 0. 043份； 0. 008 份； 0. 33 份； 0. 015份； 0. 007份； 0. 50 0. 55 份。
2.根据权利要求1所述的多相复合轻集料混凝土，其特征在于所述聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铬络合物偶联剂的其中的一种用硅酸钠水溶液稀释而成。
3.根据权利要求1所述的多相复合轻集料混凝土，其特征在于所述玉米秸秆纤维的长度Imm IOmm,宽小于2_。
4.根据权利要求1所述的多相复合轻集料混凝土，其特征在于所述浮石砂的粒径为 2 6mm ο
5.根据权利要求1所述的多相复合轻集料混凝土，其特征在于所述聚苯颗粒的粒径为4 7mm。
6.根据权利要求1所述的多相复合轻集料混凝土，其特征在于所述橡胶颗粒的粒径为16 20目。
7.根据权利要求1所述的多相复合轻集料混凝土，其特征在于所述外加剂为高效减水剂、早强剂、防冻剂中的一种或一种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的多相复合轻集料混凝土，其特征在于所述多相复合轻集料混凝土的原料按重量份最佳配比如下水泥粉煤灰浮石砂玉米秸秆纤维聚苯颗粒橡胶颗粒外加剂发泡剂水
9. 一种如权利要求18任意-1份； 0. 43 份； 2. 028 份； 0. 038 份； 0. 007 份； 0. 280 份； 0. 010 0. 015 份； 0. 005 0. 007 份； 0. 50 0. 55 份。 -项所述多相复合轻集料混凝土的制备方法，其特征在于步骤如下步骤一，制备薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维，先用硅酸钠水溶液喷淋浮石砂和玉米秸秆纤维进行预湿；再分别将预湿的浮石砂和玉米秸秆纤维投入混合好的水泥、粉煤灰浆体中搅拌，使浮石砂和玉米秸秆纤维表面均勻包有一层薄壳；最后经自然养护M小时后得到薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维；步骤二，将聚苯颗粒和橡胶颗粒进行界面处理，按160 250g/L的比例称取界面处理剂加入硅酸钠水溶液中稀释，然后将稀释后的界面处理剂缓缓倒入盛有聚苯颗粒和橡胶颗粒的容器中，边倒边搅拌，直到聚苯颗粒和橡胶颗粒能够均勻分散、表面有均勻油状膜分布且聚苯颗粒不因静电斥力溢出容器外为止，静置10分钟后备用；步骤三，按配比将水泥、粉煤灰、水、外加剂和制备好的薄层裹壳浮石砂投入搅拌机中搅拌均勻；步骤四，将界面处理后的聚苯颗粒和橡胶颗粒投入搅拌机中继续搅拌； 步骤五，将薄层裹壳秸秆纤维投入搅拌机中继续搅拌；步骤六，将发泡剂打泡后倒入上述搅拌物，搅拌均勻后制得多相复合轻集料混凝土。
10.根据权利要求9所述的多相复合轻集料混凝土的制备方法，其特征在于所述步骤一的水泥、粉煤灰浆体中水泥、粉煤灰和水的用量为1 2 0.5。
全文摘要
一种多相复合轻集料混凝土及其制备方法，它的原料按重量份配比如下水泥1份；粉煤灰0.40～0.50份；浮石砂1.836～2.219份；玉米秸秆纤维0.028～0.043份；聚苯颗粒0.006～0.008份；橡胶颗粒0.23～0.33份；外加剂0.010～0.015份；发泡剂0.005～0.007份；水0.50～0.55份。步骤一，制备薄层裹壳浮石砂和薄层裹壳秸秆纤维；步骤二，聚苯颗粒和橡胶颗粒的界面处理；步骤三，水泥、粉煤灰、水、外加剂和薄层裹壳浮石砂搅拌均匀；再依次加入聚苯颗粒和橡胶颗粒、薄层裹壳秸秆纤维继续搅拌。本发明有效提高了轻集料混凝土的力学性能，增强了保温隔热性能，并降低了生产成本。
文档编号C04B18/22GK102206096SQ20111009250
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者卜娜蕊, 孙婧, 白润山, 麻建锁 申请人:河北建筑工程学院