本发明属于建筑施工用混凝土技术领域，具体涉及基于微波激发的发泡自碎型混凝土、制备方法及其应用。
背景技术
随着我国城市迅速发展，城市地上空间愈发紧张。高层、超高层建筑大量涌现，相应多层地下室、地下隧道、商业街等配套建筑的建立，使得深基坑工程日益增多。建筑周边环境的复杂使得以钢筋混凝土为主要形式的内支撑成为深基坑支护的主要临时支护结构之一，其具有刚度大、变形小等优点，能有力地控制挡土结构的变形，大大提高了深基坑的稳定性。但作为临时支撑结构，如何在后续的施工过程中使其易于拆除，是一个亟待解决的难题。目前，对于钢筋混凝土内支撑的拆除方法主要有人工破除、机械破除、爆破拆除及绳锯切割法四种。人工破除法施工效率低，其余三种方法，在拆除过程中均将形成较大震动、噪音和粉尘，对周围环境以及居民的正常生活带来较大干扰。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供基于微波激发的发泡自碎型混凝土、制备方法及其应用，此种混凝土在微波场的作用下其内部温度快速升高，体内发泡剂在高温下可以发泡，致使混凝土体积膨胀，自行碎裂。采用此种混凝土浇筑的临时结构，便于拆除，降低施工过程中人力、物力和财力的消耗。
本发明提供基于微波激发的发泡自碎型混凝土，按照重量比包括以下组分：硫化剂200-250份、硅酸盐水泥100-150份、细集料120-170份、粗集料300-350份、橡胶粉30-45份、发泡剂5-10份、石蜡10-20份、微波吸收剂35-50份、矿物填料10-30份、补强剂2-20份、填充剂2-20份、改性流动剂3-6份、分散剂1-5份、助发泡剂1-5份，前述组份混合拌料后密度为1900-2800kg/m3。
在本发明的基于微波激发的发泡自碎型混凝土中，所述粗集料为未经高温焙烧的直径为10mm-40mm的珍珠岩颗粒或蛭石颗粒。
在本发明的基于微波激发的发泡自碎型混凝土中，所述细集料为未经高温焙烧的直径为0.1mm-5mm的珍珠岩砂或蛭石砂。
在本发明的基于微波激发的发泡自碎型混凝土中，所述微波吸收剂为羟基铁粉、纳米氧化铁、碳纳米管纤维、纳米碳化硅纤维中的一种。在本发明的基于微波激发的发泡自碎型混凝土中，所述矿物填料为粉煤灰或硅微粉。
在本发明的基于微波激发的发泡自碎型混凝土中，所述的橡胶粉为废旧橡胶轮胎粉末。
在本发明的基于微波激发的发泡自碎型混凝土中，所述硫化剂为硫磺、发泡剂为obsh、改性流动剂为乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、填充剂为石墨、补强剂为炭黑、分散剂为甲基戊醇。
在本发明的基于微波激发的发泡自碎型混凝土中，助发泡剂为硬脂酸、明矾中的一种或多种。
本发明还提供一种上述的基于微波激发的发泡自碎型混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按如下组分配比称重：硫化剂200-250份、硅酸盐水泥100-150份、细集料120-170份、粗集料300-350份、橡胶粉30-45份、发泡剂5-10份、石蜡10-20份、微波吸收剂35-50份、矿物填料10-30份、补强剂2-20份、填充剂2-20份、改性流动剂3-6份、分散剂1-5份、助发泡剂1-5份；
步骤2：将硅酸盐水泥、细集料、粗集料、橡胶粉、微波吸收剂搅拌均匀，加热至100～120℃，得到预热的骨料混合物，备用；
步骤3：将硫化剂加热到135～146℃，保温30min以确保硫化剂完全熔融；
步骤4：将步骤2中制成的预热的骨料混合物与步骤3中制成的熔融状态的硫化剂混合在一起，同时加入其余各组分，放入加热搅拌机内充分搅拌，搅拌时温度保持在135～146℃，最终得到基于微波激发的发泡自碎型混凝土。
本发明的基于微波激发的发泡自碎型混凝土应用于高层、超高层建筑深基坑工程的临时支护结构的浇筑。
本发明的基于微波激发的发泡自碎型混凝土、制备方法及其应用至少具有如下有益效果：
本发明的配方设计简单合理，成本低，具有可实施性。在使用时具备强度高、抗低温、抗渗、快速固化等特点。本发明的发泡自碎型混凝土添加有硫化剂、发泡剂、橡胶粉及微波吸收剂组份，当构件需要拆除时，在浇筑了发泡自碎型混凝土的构件中施加微波场，内部的微波吸收剂在微波场的作用下，将微波能量转换成热能。硫化剂使混凝土内部温度在较短时间内迅速升高，在温度达到其熔点后，硫化剂在一段时间内保持液态，为各组分的充分反应提供条件。当温度升高到190℃以上时，发泡剂发泡、放气。选取珍珠岩或蛭石作为主要原料，当混凝土内部温度升高到一定温度时，其体积可迅速膨胀6-20倍，使得构件在较短时间内发生胀裂及破碎，进而使得构件便于拆除，节约时间，减小施工难度。
本发明的橡胶粉为废弃的橡胶轮胎，将废弃的橡胶轮胎加工成橡胶粉末，加入到混凝土中，既可以实现废物的回收、再利用，保护环境，又可以改善其性能。
本发明的发泡剂为obsh，其成核均匀、发泡孔径细密均匀且obsh发泡剂分解无诱导期，分解速度快，放气平缓无突发，使得发泡过程易于控制。本发明的助发泡剂可以降低发泡温度，提高发泡质量，节约发泡剂。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例1
一种基于微波激发的发泡自碎型混凝土，按照重量比包括以下组份：硫化剂200份、硅酸盐水泥100份、细集料120份、粗集料300份、橡胶粉30份、发泡剂5份、石蜡10份、微波吸收剂35份、矿物填料10份、补强剂2份、填充剂2份、改性流动剂3份、分散剂1份、助发泡剂1份。所述前述组份混合拌料后实测密度为1900kg/m3。
其中，粗集料为未经高温焙烧的直径为10mm-40mm的珍珠岩颗粒，细集料为未经高温焙烧的直径为0.1mm-5mm的珍珠岩砂。微波吸收剂为碳纳米管纤维，矿物填料为粉煤灰，所述硫化剂为硫磺、发泡剂为obsh、改性流动剂为乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、填充剂为石墨、补强剂为炭黑，分散剂为甲基戊醇，助发泡剂为硬脂酸，橡胶粉为废弃的橡胶轮胎粉末。
上述基于微波激发的发泡自碎型混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按上述组分配比称重；
步骤2：将硅酸盐水泥、细集料、粗集料、橡胶粉、微波吸收剂搅拌均匀，加热至100～120℃，得到预热的骨料混合物，备用；
步骤3：将硫化剂加热到135～146℃，保温30min以确保硫化剂完全熔融；
步骤4：将步骤2中制成的预热的骨料混合物与步骤3中制成的熔融状态的硫化剂混合在一起，同时加入其余各组分，放入加热搅拌机内充分搅拌，搅拌时温度保持在135～146℃，最终得到基于微波激发的发泡自碎型混凝土。
上述基于微波激发的发泡自碎型混凝土应用于临时支护结构的浇筑。
实施例2
一种基于微波激发的发泡自碎型混凝土，按照重量比包括以下组份：硫化剂210份、硅酸盐水泥110份、细集料130份、粗集料310份、橡胶粉35份、发泡剂6份、石蜡12份、微波吸收剂40份、矿物填料12份、补强剂5份、填充剂5份、改性流动剂3份、分散剂1份、助发泡剂2份。所述前述组份混合拌料后实测密度为1980kg/m3。
其中，粗集料为未经高温焙烧的直径为10mm-40mm的珍珠岩颗粒，细集料为未经高温焙烧的直径为0.1mm-5mm的珍珠岩砂。微波吸收剂为碳纳米管纤维，矿物填料为硅微粉，硫化剂为硫磺，发泡剂为obsh，改性流动剂为乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，填充剂为石墨，补强剂为炭黑，分散剂为甲基戊醇，助发泡剂为硬脂酸，橡胶粉为废弃的橡胶轮胎粉末。
上述微波激发的发泡自碎型混凝土的制备用方法及应用与实施例1相同。
实施例3
一种基于微波激发的发泡自碎型混凝土，按照重量比包括以下组份：硫化剂220份、硅酸盐水泥120份、细集料140份、粗集料320份、橡胶粉38份、发泡剂7份、石蜡14份、微波吸收剂42份、矿物填料15份、补强剂10份、填充剂10份、改性流动剂4份、分散剂2份，助发泡剂3份。所述前述组份混合拌料后实测密度为2180kg/m3。
其中，粗集料为未经高温焙烧的直径为10mm-40mm的珍珠岩颗粒，细集料为未经高温焙烧的直径为0.1mm-5mm的珍珠岩砂。微波吸收剂为纳米碳化硅纤维，矿物填料为粉煤灰，硫化剂为硫磺，发泡剂为obsh，改性流动剂为乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，填充剂为石墨，补强剂为炭黑，分散剂为甲基戊醇，助发泡剂为硬脂酸，橡胶粉为废弃的橡胶轮胎粉末。
上述微波激发的发泡自碎型混凝土的制备用方法及应用与实施例1相同。
实施例4
一种基于微波激发的发泡自碎型混凝土，按照重量比包括以下组份：硫化剂230份、硅酸盐水泥130份、细集料150份、粗集料330份、橡胶粉40份、发泡剂8份、石蜡16份、微波吸收剂45份、矿物填料17份、补强剂12份、填充剂12份、改性流动剂4份、分散剂3份，助发泡剂4份。所述前述组份混合拌料后实测密度为2430kg/m3。
其中，粗集料为未经高温焙烧的直径为10mm-40mm的珍珠岩颗粒，细集料为未经高温焙烧的直径为0.1mm-5mm的珍珠岩砂。微波吸收剂为纳米氧化铁，矿物填料为硅微粉，硫化剂为硫磺，发泡剂为obsh，改性流动剂为乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，填充剂为石墨，补强剂为炭黑，分散剂为甲基戊醇，助发泡剂为硬脂酸，橡胶粉为废弃的橡胶轮胎粉末。
上述微波激发的发泡自碎型混凝土的制备用方法及应用与实施例1相同。
实施例5
一种基于微波激发的发泡自碎型混凝土，按照重量比包括以下组份：硫化剂240份、硅酸盐水泥140份、细集料160份、粗集料340份、橡胶粉42份、发泡剂9份、石蜡18份、微波吸收剂48份、矿物填料18份、补强剂16份、填充剂16份、改性流动剂5份、分散剂4份，助发泡剂4份。所述前述组份混合拌料后实测密度为2600kg/m3。
其中，粗集料为未经高温焙烧的直径为10mm-40mm的蛭石颗粒，细集料为未经高温焙烧的直径为0.1mm-5mm的蛭石砂。微波吸收剂为纳米氧化铁，矿物填料为粉煤灰，硫化剂为硫磺，发泡剂为obsh，改性流动剂为乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，填充剂为石墨，补强剂为炭黑，分散剂为甲基戊醇，助发泡剂为明矾，橡胶粉为废弃的橡胶轮胎粉末。
上述微波激发的发泡自碎型混凝土的制备用方法及应用与实施例1相同。
实施例6
一种基于微波激发的发泡自碎型混凝土，按照重量比包括以下组份：硫化剂250份、硅酸盐水泥150份、细集料170份、粗集料350份、橡胶粉45份、发泡剂10份、石蜡20份、微波吸收剂50份、矿物填料20份、补强剂20份、填充剂20份、改性流动剂6份、分散剂5份，助发泡剂5份。所述前述组份混合拌料后实测密度为2800kg/m3。
其中，粗集料为未经高温焙烧的直径为10mm-40mm的蛭石颗粒，细集料为未经高温焙烧的直径为0.1mm-5mm的蛭石砂。微波吸收剂为羟基铁粉，矿物填料为硅微粉，硫化剂为硫磺，发泡剂为obsh，改性流动剂为乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，填充剂为石墨，补强剂为炭黑，分散剂为甲基戊醇，助发泡剂为明矾，橡胶粉为废弃的橡胶轮胎粉末。
上述微波激发的发泡自碎型混凝土的制备用方法及应用与实施例1相同。
将上述实施例1～6制得的基于微波激发的发泡自碎型混凝土，按照普通混凝土的养护方式进行养护，28天后进行性能测试，测试结果如表1所示。
抗压强度测试：制成的样品规格为φ50×100mm的圆柱体试样。
抗折强度测试：制成的样品规格为100mm×25mm×25mm的长方体试样。
表1
本发明的基于微波激发的发泡自碎型混凝土中添加硫化剂、废弃橡胶轮胎粉末组分，使得浇筑后的混凝土具备结构密实、强度高、耐蚀性强、快凝、抗渗等特点。同时，在微波场作用下，微波吸收剂将微波能转化为热能，硫化剂能够促使温度在短时间内迅速升高，并且，温度达到其熔点后，硫化剂可在较长时间保持液态，为各组分的充分反应提供条件。当温度升高到190℃以上时，发泡剂发泡、放气。添加石蜡组分，能够使得浇筑后的混凝土在凝固过程中，降低体积收缩量，减少裂纹产生。
选取未经高温焙烧的珍珠岩或蛭石作为主要原料，成本低廉。当混凝土内部温度升高到一定温度时，其体积可迅速膨胀6-20倍，使得构件在较短时间内发生胀裂及破碎。
添加粉煤灰，使得混凝土具有较好的和易性及保水性，通过控制粉煤灰的添加量，控制混凝土的粘度，保证混凝土的流动性能。
添加硅微粉，能够提高混凝土的抗压、抗折、抗渗及耐磨性能。
添加明矾或硬脂酸，降低发泡温度，提高发泡质量，节约发泡剂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。