CN106986568B - 一种免烧轻骨料、轻质混凝土及其制备 - Google Patents

一种免烧轻骨料、轻质混凝土及其制备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种免烧结轻骨料的制备方法，以及基于二次成型的高强低热导轻质混凝土及其制备方法，具体包括：由按照如下质量配比制成：水泥∶粉煤灰∶轻骨料∶水∶聚羧酸减水剂＝1∶(0.00～0.30)∶(2.2～3.65)∶(0.32～0.75)∶(0.003～0.012)预先制得轻骨料，随后再按2.2～3.65份轻骨料，1份水泥和0.00～0.30份粉煤灰，混合均匀后，加入0.32～0.75份水和0.003～0.012份聚羧酸减水剂，得到轻骨料混凝土。本发明还包括所述的制备方法制得的轻质混凝土。本发明所述轻骨料的原材料及制备方法将在权利要求书中予以说明。本发明所述轻骨料混凝土不需预湿工艺，稳定性好，力学性能和耐久性能优异，导热系数低，是一种节能型高性能结构轻骨料混凝土。

Description

一种免烧轻骨料、轻质混凝土及其制备
技术领域
本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种通过免烧工艺制备的轻骨料，以及基于二次成型的高强低热导轻质混凝土的制备方法。
背景技术
绿色节能是当今时代发展的一个大趋势。十三五规划建议把“坚持绿色发展、着力改善生态环境，坚持绿色富国、绿色惠民，推动形成绿色发展方式和生活方式。”纳入其中。国家发展改革委、住房城乡***制订的《城市适应气候变化行动方案》中明确，到2020年，绿色建筑推广比例将达50％。
然而，据住建部统计数据显示，中国的建筑能耗约占全社会总能耗的30％。在国家大力提倡绿色发展的当下，从环境治理的角度或行业的发展趋势来看，建筑业都有承担起相关社会责任的义务。大力发展绿色节能建筑刻不容缓。而绿色节能建筑的发展又离不开绿色节能建材基础研究的突破。
同时，为了满足当前建筑结构领域追求高层、大跨度的趋势，未来的混凝土必须向高性能、高强的方向发展。目前国内外众多学者已在高强高性能型普通混凝土方向做了广泛深入的研究，在轻质骨料混凝土方面的研究报道也逐渐深入，轻骨料混凝土必将以其独特的“轻质”和“节能”性能在未来绿色节能建筑领域发挥重要的作用。
但是现有的轻骨料混凝土在使用时，存在以下缺陷：
其一：工作性问题。
800～900级轻骨料的表观密度只有1300～1400kg/m3，小于普通砂浆(约2200kg/m3)，由于轻骨料与其他组分的密度不同，轻骨料混凝土拌合物的分层问题比普通混凝土更严重，过大的坍落度和过分振捣会促使砂浆离开表层下沉，导致粗骨料上浮。轻骨料聚集在拌合物表面，不仅使轻骨料混凝土抹面困难，且拌合物上层缺少砂浆填充轻骨料空隙，导致混凝土匀质性降低，影响混凝土强度和耐久性。
其二：泵送问题。
与普通混凝土相比，泵送轻骨料混凝土相对较为困难，主要有两个原因：一是由于轻骨料的多孔结构，吸水率大，在泵送压力作用下，轻骨料饱和吸水率进一步增大，吸水率没有达到饱和的轻骨料从浆体内吸收拌和水，砂浆中的水和空气被挤入轻骨料，使拌和物有效水灰比降低，流动性变差；二是由于轻骨料密度轻，如果拌和物流动性过大，浆体黏度低，轻骨料离析上浮严重，聚集在泵送管道的拐角或变截面位置，减小泵送管道的有效直径，容易造成泵送管道堵塞。
其三：预湿问题。为保证轻骨料混凝土的工作性，轻骨料需要预湿水，同时含水率大的轻骨料密度增加，与浆体的密度差减小。但预湿增加了混凝土拌合工艺的复杂性，容易导致现场施工人员产生抵触情绪，且实际操作中用水量不易控制。
现有技术公开了一些免烧结的轻骨料的制备方法，例如公开号为CN104261757A的中国专利文献公开了一种免烧结轻骨料及其制备方法，将普通硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、细砂、双氧水、三乙醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和水按所述原料配方称量后混合均匀，然后置于圆盘造粒机的成球盘中制成颗粒；接下来将所述颗粒置于78～82℃的水蒸汽气氛中养护使所述颗粒发生膨胀；然后将养护完毕的颗粒用聚乙烯醇水溶液浸渍，浸渍完毕后的颗粒经过自然风干即得混凝土轻骨料。
另外，公开号为CN104803622A的中国专利文献公开了一种免烧结轻骨料及其制备方法，包括下列步骤：按照免烧结轻骨料的原料配方将材料混合均匀，然后在成球盘中成型得到料球，接下来将所述料球置于50～60℃的水蒸汽气氛中养护使所述料球发生膨胀；所述原料配方包含50～60％的水泥、10～20％的玻璃微珠、0.1～0.5％的偶氮二甲酰胺和4.5～29.9％的水；第二步：当料球体积稳定并硬化后，用模数为2～2.5的水玻璃溶液浸渍，晾干后即得免烧结轻骨料。
现有技术普遍存在产品吸水率高、强度低等问题。
发明内容
针对现有轻骨料制备方法普遍存在的产品吸水率高、强度低等问题，本发明提供了一种免烧轻骨料的制备方法，旨在降低制得的轻骨料的吸水率、增强强度。
本发明还公开了一种所述的制备方法制得的轻骨料。
另外，本发明还提供了一种采用所述的轻骨料制备高强低热导轻质混凝土及其制备方法。
一种免烧结轻骨料的制备方法，将原料混合、挤压成型、养护、破碎筛分后得所述的轻骨料；所述的原料包含15～20重量份的水泥、5～10重量份的粉煤灰、60～65重量份的骨料和10～15重量份的水。
本发明人发现，通过所述重量份的原料的协同配合，可实现无需热处理过程即可制得具有低吸水率、高强度、表面粗糙度高且形状不规则等优良特性的轻骨料。将其应用于混凝土中，有助于制得高性能的轻骨料混凝土。
所述的骨料可选自炉渣、煤渣、建筑垃圾等工业废弃物。
作为优选，所述的骨料为炉渣、煤渣、尾矿渣、建筑砖渣中的至少一种。
作为优选，所述的骨料的粒径为5～25mm。
作为优选，所述的原料中，水泥的重量百分含量为15～20％、粉煤灰的重量百分含量为5～10％、骨料的重量百分含量为60～65％；水的重量百分含量为10～15％；
所述的制备方法中，按照所述原料配方将材料混合均匀，然后挤压成型得到块体，接下来将所述块体自然养护7d，再经破碎机分级破碎，筛分后得所述高性能免烧结轻骨料。
自然养护不需要额外的能量供给，环保无污染，符合国家节能环保要求，便于大范围推广。
本发明还提供了一种采用本发明的免烧结轻骨料的制备方法制得的轻骨料；通过所述的制备方法的各参数的协同，可制得性能优良的轻骨料，进而进一步利于制得具有高强度、低热导性等性能优良的轻质混凝土。
本发明中，所述的轻骨料的筒压强度为3.5～7MPa，吸水率为3～8％。
本发明还提供了一种包含所述轻骨料的轻质混凝土，包括1重量份的水泥、小于或等于0.30重量份的粉煤灰、2.2～3.65重量份的所述轻骨料、0.32～0.75重量份的水和0.003～0.012重量份的减水剂。
本发明人发现，所述重量份的轻骨料的添加并协同配合于所述其他组分及重量份的协同，可出人意料地提升所述轻质混凝土的强度；此外，还可降低所述的轻质混凝土的收缩率、提升施工性能、显著改善脆性等各项耐久性性能。
作为优选，所述的减水剂为聚羧酸减水剂。
进一步优选，所述的聚羧酸减水剂的减水率为20～35％。
作为优选，所述的轻质混凝土的容重为1830～1980kg/m3。
作为优选，所述的轻质混凝土，包括1重量份的水泥、小于或等于0.30重量份的粉煤灰、2.5～3.2重量份的所述轻骨料、0.5～0.6重量份的水和0.006～0.01重量份的减水剂。
本发明中，所述的轻质混凝土的28天龄期的抗压强度为35～65Mpa，28天弹性模量为20～30Gpa，28天抗折强度为4.0～4.8MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.2MPa，导热系数为0.4～0.65W/(m*K)。
本发明还提供了所述轻质混凝土的制备方法，将所述的各组分按所述的重量份混合即得。
本发明中，一种优选的轻质混凝土的制备方法，将所述的轻骨料、水泥和粉煤灰混合得混合料；随后再加入水和减水剂；搅拌均匀得所述的轻质混凝土。
本发明中，一种更优选的轻质混凝土的制备方法，基于二次成型工艺，包括以下步骤：
步骤(1)：轻骨料制备：
将包含水泥、粉煤灰、骨料和水的原料混合均匀，然后挤压成型得到块体，接下来将所述块体自然养护后再经破碎机分级破碎，筛分后得所述轻骨料；所述骨料为炉渣、煤渣、尾矿渣、建筑砖渣中的至少一种；所述的原料中，以原料总重量为基准；其中，水泥的重量百分含量为15～20％、粉煤灰的重量百分含量为5～10％、骨料的重量百分含量为60～65％；水的重量百分含量为10～15％；
步骤(2)：轻质混凝土的制备：
将质量比为1：0.00～0.30∶2.2～3.65∶0.32～0.75∶0.003～0.012的水泥∶粉煤灰：步骤(1)制得的轻骨料、水和聚羧酸减水剂混合即得。
本发明人发现，预先通过所述的步骤(1)重量份的原料制备得到轻骨料，随后再通过步骤(2)的组分复配制得所述的轻质混凝土。相较于现有常见的一步成型工艺，通过本发明所述的二次成型方法，可出人意料地明显提升制得的轻质混凝土的性能，例如提升所述轻质混凝土的强度；降低收缩率、提升施工性能、显著改善脆性等各项耐久性性能。
进一步优选，步骤(1)中，所述的骨料选自炉渣、煤渣、建筑垃圾等工业废弃物。
作为优选，步骤(1)中，所述的骨料为炉渣、煤渣、尾矿渣、建筑砖渣中的至少一种。
作为优选，步骤(1)中，所述的骨料的粒径为5～25mm。
作为优选，步骤(2)中，所述的减水剂为聚羧酸减水剂。
进一步优选，步骤(2)中，所述的聚羧酸减水剂的减水率为20～35％。
步骤(2)中，预先将所述重量份的水泥、轻骨料、和/或粉煤灰混合；随后再和所述重量份的水和减水剂混合，最终制得所述的轻质混凝土。
作为优选，步骤(2)中，水泥为1重量份；粉煤灰小于或等于0.30重量份；所述轻骨料为2.5～3.2重量份；水为0.5～0.6重量份；减水剂为0.006～0.01重量份。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明是一种成本适中、取材广泛、性能稳定、节能环保的全新轻骨料及包含所述轻骨料的轻质混凝土技术路线。
2、本发明轻骨料的制备选用工业废料，实现了变废为宝；此外，通过本发明方法的各操作及物料配比的协同，可在无需选用任何加热设备的情况下，即可制得具有优异性能的轻骨料。本发明具体具有如下优势：1、成型后，可增加工业废弃物的稳定性；2、可降低轻骨料吸水率；3、可提高轻骨料强度；4、可采用常见骨料粒径范围(5～25mm)来制备轻质混凝土(废弃物的最大粒径确可控制在很小的范围-2～6mm)。5、制得的轻骨料具有优异的高筒压强度，再配合所述不规则的形状及粗糙的表面，有利于与胶凝材料形成可靠界面；进而可协同提升制得的轻质混凝土强度等性能；6、容重略大于普通高强陶粒，使其在拌合和浇筑振捣过程中不易上浮；7、本发明的轻骨料的制备方法为免烧方法，采用的原料来源广泛，产能大；且能源需求低；有利于工艺大规模制备。
通过测定，本发明免烧结的轻骨料的筒压强度可高达7MPa，吸水率可降至3％。
3、本发明的轻骨料混凝土中，通过所述重量份的轻骨料以及其他组分的协同；可有效解决现有技术一直难于解决的轻骨料混凝土在拌合过程中需预湿的技术问题；此外，还可有效避免拌合物的易分层、泵送过程中管道易堵塞等现有技术普遍存在的技术难题。本发明所提供的轻质混凝土抗压强度可达到LC60级别，是一种高强结构轻骨料混凝土。其导热系数仅为0.4～0.65W/(m*K)，保温性能良好(可显著降低结构性热桥效应)，且与空心砖热工性能较为匹配，因此其可望在结构自保温领域大有用途。另外，所述的轻质混凝土的制备工艺简单，操作流程更为可控。
4、本发明所述的轻质混凝土具有低收缩、施工性能优异、脆性显著改善、各项耐久性等性能优异的特点：通过测定，本发明的轻质混凝土强度等级范围为LC30～LC60，密度等级范围为1800～1900，28天抗折强度为4.0～4.8MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.2MPa，本发明轻骨料混凝土具有良好的强度和韧性，可吊装性强，在装配式建筑中可明显提高吊装、运输和施工效率。本发明成果可望为高性能结构性轻骨料混凝土在我国的推广应用做出贡献。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
以下实施例及对比例，除特别声明外，均采用以下的物料：
其中，水泥的型号为42.5普通硅酸盐水泥；
粉煤灰为二级粉煤灰；
所述骨料为炉渣、煤渣、尾矿渣、砖渣的一种或多种。所述骨料粒径为5～25mm。
下面，通过以下实施例对本发明的轻骨料混凝土的制备方法做进一步说明。以下用量均为每立方米混凝土需要的原料量。
以下实施例及对比例，除特别声明外，所述的聚羧酸减水剂的减水率为20～35％。
实施例1：
基于二次成型的高强低热导轻质混凝土的其制备方法，包括以下步骤(1)：
步骤(1)：轻骨料的制备：
所述轻骨料为一种免烧高性能轻骨料，其制备方法包括下列步骤：按照免烧结轻骨料的原料配方将材料混合均匀，然后挤压成型得到块体，接下来将所述块体自然养护后再经破碎机分级破碎，筛分后得所述高性能免烧结轻骨料；所述的原料包含水泥、粉煤灰、骨料和水；以原料总重量为基准；其中，水泥的重量百分含量为20％、粉煤灰的重量百分含量为10％、骨料的重量百分含量为60％；水的重量百分含量为10％，所述骨料为炉渣、煤渣、尾矿渣、建筑砖渣混合物；
步骤(2)：基于二次成型的高强低热导的轻质混凝土的制备：
第一步：取1226kg步骤(1)的轻骨料，550kg水泥，放入搅拌机干拌，混合均匀。
第二步：加入224kg水和4.40kg聚羧酸减水剂，搅拌120秒后出料，得到轻骨料混凝土。
本实施例制得的轻骨料混凝土的容重为1830～1840kg/m3，28天龄期的抗压强度为48～52Mpa，28天弹性模量为20～22Gpa，28天抗折强度为4.0～4.2MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.2MPa，导热系数为0.4～0.45W/(m*K)。
实施例2：
和实施例1相比，区别在于，步骤(2)中，轻质混凝土的制备：
第一步：取1234kg轻骨料，494kg水泥，放入搅拌机干拌，混合均匀。
第二步：加入257kg水和2.96kg聚羧酸减水剂，搅拌120秒后出料，得到轻骨料混凝土。
本实施例制得的轻骨料混凝土的容重为1840～1860kg/m3，28天龄期的抗压强度为40～45Mpa，28天弹性模量为20～22Gpa，28天抗折强度为4.0～4.3MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.2MPa，导热系数为0.5～0.55W/(m*K)。
实施例3：
和实施例1相比，区别在于，步骤(2)中，轻质混凝土的制备：
第一步：取1265kg轻骨料，436kg水泥，放入搅拌机干拌，混合均匀。
第二步：加入249kg水和3.49kg聚羧酸减水剂，搅拌120秒后出料，得到轻骨料混凝土。
本实施例制得的轻骨料混凝土的容重为1900～1920kg/m3，28天龄期的抗压强度为45～55Mpa，28天弹性模量为25～28Gpa，28天抗折强度为4.4～4.6MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.2MPa，导热系数为0.5～0.58W/(m*K)。
实施例4：
和实施例1相比，区别在于，步骤(2)中，轻质混凝土的制备：
第一步：取1226kg轻骨料，440kg水泥，110kg粉煤灰，放入搅拌机干拌，混合均匀。
第二步：加入224kg水和4.40kg聚羧酸减水剂，搅拌120秒后出料，得到轻骨料混凝土。
本实施例制得的轻骨料混凝土的容重为1850～1880kg/m3，28天龄期的抗压强度为58～62Mpa，28天弹性模量为28～30Gpa，28天抗折强度为4.6～4.8MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.2MPa，导热系数为0.4～0.43W/(m*K)。
实施例5：
和实施例1相比，区别在于，步骤(2)中，轻质混凝土的制备：
第一步：取1234kg轻骨料，395kg水泥，99kg粉煤灰，放入搅拌机干拌，混合均匀。
第二步：加入257kg水和2.96kg聚羧酸减水剂，搅拌120秒后出料，得到轻骨料混凝土。
本实施例制得的轻骨料混凝土的容重为1960～1980kg/m3，28天龄期的抗压强度为38～42Mpa，28天弹性模量为22～25Gpa，28天抗折强度为4.0～4.2MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.1MPa，导热系数为0.6～0.62W/(m*K)。
实施例6：
和实施例1相比，区别在于，步骤(2)中，轻质混凝土的制备：
第一步：取1265kg轻骨料，349kg水泥，87kg粉煤灰，放入搅拌机干拌，混合均匀。
第二步：加入249kg水和3.49kg聚羧酸减水剂，搅拌120秒后出料，得到轻骨料混凝土。
本实施例制得的轻骨料混凝土的容重为1880～1900kg/m3，28天龄期的抗压强度为42～45Mpa，28天弹性模量为22～24Gpa，28天抗折强度为4.3～4.5MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.2MPa，导热系数为0.48～0.55W/(m*K)。
实施例7
和实施例1相比，区别在于，步骤(1)中，所述的原料包含水泥、粉煤灰、骨料和水；以原料总重量为基准；其中，水泥的重量百分含量为15％、粉煤灰的重量百分含量为5％、骨料的重量百分含量为65％；水的重量百分含量为15％，所述骨料为炉渣、煤渣、尾矿渣、建筑砖渣混合物。
本实施例制得的轻骨料混凝土的容重为1960～1980kg/m3，28天龄期的抗压强度为45～52Mpa，28天弹性模量为22～25Gpa，28天抗折强度为4.3～4.5MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.1MPa，导热系数为0.46～0.49W/(m*K)。
对比例1
和实施例1相比，区别在于，步骤(1)中，所述的原料包含水泥、粉煤灰、骨料和水；以原料总重量为基准；其中，水泥的重量百分含量为10％、粉煤灰的重量百分含量为15％、骨料的重量百分含量为55％；水的重量百分含量为20％，所述骨料为炉渣、煤渣、尾矿渣、建筑砖渣混合物。
本对比例制得的轻骨料混凝土的容重为1920～1950kg/m3，28天龄期的抗压强度为31～33Mpa，28天弹性模量为18～20Gpa，28天抗折强度为2.5～3.0MPa，28天劈裂抗拉强度为2.1～2.3MPa，导热系数为0.73～0.75W/(m*K)。
对比例2
和实施例1相比，区别在于，将步骤(1)和步骤(2)的重量份物料，一并混合成型。
本对比例制得的轻骨料混凝土的容重为1920～1960kg/m3，28天龄期的抗压强度为28～31Mpa，28天弹性模量为18～20Gpa，28天抗折强度为2.1～2.5MPa，28天劈裂抗拉强度为2.1～2.4MPa，导热系数为0.67～0.72W/(m*K)。
综上分析，本发明实施例制得的轻骨料混凝土的容重为1830～1980kg/m3，28天龄期的抗压强度为35～65Mpa，28天弹性模量为20～30Gpa，28天抗折强度为4.0～4.8MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.2MPa，导热系数为0.4～0.65W/(m*K)。

Claims (7)

1.一种轻质混凝土，其特征在于，包括1重量份的水泥、小于或等于0.30重量份的粉煤灰、2.2～3.65重量份的轻骨料、0.32～0.75重量份的水和0.003～0.012重量份的减水剂；
所述的轻骨料由包含15～20重量份的水泥、5～10重量份的粉煤灰、60～65重量份的骨料和10～15重量份的水在内的原料经混合、挤压成型、养护、破碎筛分后得到。
2.如权利要求1所述的轻质混凝土，其特征在于，所述的骨料为炉渣、煤渣、尾矿渣、建筑砖渣中的至少一种。
3.如权利要求2所述的轻质混凝土，其特征在于，所述的骨料的粒径为5～25mm。
4.如权利要求1所述的轻质混凝土，其特征在于，包括1重量份的水泥、小于或等于0.30重量份的粉煤灰、2.5～3.2重量份的所述轻骨料、0.5～0.6重量份的水和0.006～0.01重量份的减水剂。
5.如权利要求4所述的轻质混凝土，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸减水剂。
6.如权利要求1～5任一项所述的轻质混凝土，其特征在于，所述的轻质混凝土的容重为1830～1980kg/m3；所述的轻质混凝土的28天龄期的抗压强度为35～65Mpa，28天弹性模量为20～30Gpa，28天抗折强度为4.0～4.8MPa，28天劈裂抗拉强度为3.0～3.2MPa，导热系数为0.4～0.65W/(m*K)。
7.一种权利要求1～6任一项所述的轻质混凝土的制备方法，其特征在于，基于二次成型工艺，包括以下步骤：
步骤(1)：轻骨料制备：
将包含水泥、粉煤灰、骨料和水的原料混合均匀，然后挤压成型得到块体，接下来将所述块体自然养护后再经破碎机分级破碎，筛分后得所述轻骨料；所述骨料为炉渣、煤渣、尾矿渣、建筑砖渣中的至少一种；所述的原料中，以原料总重量为基准；其中，水泥的重量百分含量为15～20％、粉煤灰的重量百分含量为5～10％、骨料的重量百分含量为60～65％；水的重量百分含量为10～15％；
步骤(2)：轻质混凝土的制备：
将质量比为1：0.00～0.30：2.2～3.65：0.32～0.75：0.003～0.012的水泥：粉煤灰：步骤(1)制得的轻骨料、水和聚羧酸减水剂混合即得。
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