CN107556035A - 混凝土制品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土制品及其制备方法。该混凝土制品采用包括如下组分的原料制得：水泥50～100重量份，粉煤灰25～55重量份，石墨烯2～10重量份，水50～100重量份，发泡剂3～8重量份，稳泡剂0.5～5重量份，早强剂0.5～2重量份，和减水剂0.5～3重量份。本发明的混凝土制品的保温性能得到提高。

Description

混凝土制品及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土制品及其制备方法，尤其是一种自保温混凝土制品及其制备方法。

背景技术

目前，建筑节能越来越受到人们的关注。结构节能一体化成为建材发展和应用的重要方向。现有的保温体系存在裂缝、脱落、施工工艺复杂、不易粘结合外墙等问题。自保温混凝土制品是一种集承重和保温于一体的新型墙体材料，具有导热系数低、保温、质轻、强度高、防火等优点。目前，提高自保温混凝土制品的热工性能的主要措施包括优化砌块材料成分和砌块孔结构，采用组合结构复合混凝土制品。但是，目前改进自保温混凝土制品热工性能的主要措施仍然较为复杂，较难实现工业化生产。另外，自保温混凝土制品在保温性能等方面仍然需要进一步的提高。

石墨烯是一种纯碳原子组成的超薄纳米材料，具有超大的比表面积，其层状结构赋予其具有卓越的力学性能和机械性能。利用石墨烯的特殊性能，可以改善混凝土制品性能。例如，CN106280264A公开了一种具有优异力学性能的外墙板混凝土制品，包括：可发性聚苯乙烯25～55重量份，聚氨酯改性环氧树脂25～35重量份，有机硅改性酚醛树脂35～45重量份，改性石墨粉8～12重量份，双三丁基酚聚氧乙烯醚1.5～2.5重量份，环氧大豆油3～4重量份，云母粉4～8重量份，石墨烯纳米片8～12重量份，硅酸钙6～10重量份，氧化铝2～4重量份，硅酸钠3～5重量份，氧化镁2～3重量份，煅烧陶土4～12重量份，磷酸1.5～2.5重量份，对甲磺酸1.5～2.5重量份，物理发泡剂2～3重量份，水35～55重量份。但是上述材料将有机材料和无机材料完全混合在一起，无法将石墨烯的作用充分发挥，从而使得该材料的阻燃性能较差、保温性能不高。此外，现有技术中通常采用石墨烯改善建筑材料的力学性能，尚未出现采用石墨烯提高建筑材料保温性能的报道。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种混凝土制品，其具有良好的保温性能。

本发明的另一个目的在于提供一种混凝土制品的制备方法，其利于工业规模化生产，并能够获得良好保温性能的混凝土制品。

本发明提供一种混凝土制品，其采用包括如下组分的原料制得：

水泥50～100重量份，

粉煤灰25～55重量份，

石墨烯2～10重量份，

水50～100重量份，

发泡剂3～8重量份，

稳泡剂0.5～5重量份，

早强剂0.5～2重量份，和

减水剂0.5～3重量份。

根据本发明的混凝土制品，优选地，所述混凝土制品采用包括如下组分的原料制得：

水泥60～80重量份，

粉煤灰30～35重量份，

石墨烯5～8重量份，

水50～80重量份，

发泡剂3～5重量份，

稳泡剂1～3重量份，

早强剂0.6～1重量份，和

减水剂0.6～1重量份。

根据本发明的混凝土制品，优选地，所述石墨烯的纯度不小于98％，宽度小于等于15μm，厚度为1～3nm。

根据本发明的混凝土制品，优选地，所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的一种或多种。

根据本发明的混凝土制品，优选地，所述发泡剂选自双氧水、碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮甲酰胺或偶氮二异丁腈中的一种或多种。

根据本发明的混凝土制品，优选地，所述稳泡剂选自硅酮酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、纤维素、蛋白质中的一种或多种；所述早强剂选自氯化钙、氯化钾、硫酸钠、硫代硫酸钙、三乙醇胺或三异丙醇胺中的一种或多种；所述减水剂选自木质素磺酸镁、木质素磺酸钠、三聚氰胺甲醛树脂、含萘减水剂中的一种或多种。

根据本发明的混凝土制品，优选地，所述水泥为硅酸盐水泥；所述发泡剂为双氧水；所述稳泡剂为硅酮酰胺；所述早强剂为三乙醇胺；且所述减水剂为木质素磺酸钠。

根据本发明的混凝土制品，优选地，所述混凝土制品的容重为500～800kg/m³，抗压强度为8～12MPa，导热系数为0.035～0.045W/m·K，体积吸水率小于等于10％，防火级别为A1级。

本发明还提供上述混凝土制品的制备方法，包括如下步骤：

(1)将石墨烯分散于一部分的水中形成石墨烯纳米分散体；

(2)将水泥、粉煤灰和石墨烯纳米分散体混合均匀得到预混料；然后将发泡剂、稳泡剂、早强剂、减水剂和余量的水加入该预混料，混合均匀得到料浆；将所述料浆浇筑至模具中成型、静置发泡、脱模和养护，从而形成混凝土制品。

根据本发明的制备方法，优选地，所述静置发泡的时间为8～25h，所述养护的时间为8～28天。

本发明将石墨烯均匀分散在混凝土基体中，异相成核，调节发泡闭孔率及孔径大小，从而调控混凝土制品的微观结构，使得混凝土制品的保温性能得到显著提高。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

<混凝土制品>

本发明的混凝土制品包括但不限于自保温混凝土制品。该混凝土制品采用包括如下组分的原料制得：水泥50～100重量份，粉煤灰25～55重量份，石墨烯2～10重量份，水50～100重量份，发泡剂3～8重量份，稳泡剂0.5～5重量份，早强剂0.5～2重量份，和减水剂0.5～3重量份。根据本发明的一个实施方式，该混凝土制品采用包括如下组分的原料制得：水泥60～80重量份，粉煤灰30～35重量份，石墨烯5～8重量份，水50～80重量份，发泡剂3～5重量份，稳泡剂1～3重量份，早强剂0.6～1重量份，和减水剂0.6～1重量份。根据本发明的一个具体实施方式，该混凝土制品采用包括如下组分的原料制得：水泥60重量份，粉煤灰30重量份，石墨烯5重量份，水60重量份，发泡剂3重量份，稳泡剂1.6重量份，早强剂0.8重量份，和减水剂0.6重量份。采用上述范围的原料，可以显著改善混凝土制品的保温性能。

在本发明中，石墨烯的纯度可以不小于98％，宽度可以小于等于15μm，厚度可以为1～3nm。根据本发明的一个实施方式，本发明的石墨烯的纯度为99％以上，宽度为3～8μm，厚度为2nm。这样的石墨烯更加有利于改善混凝土制品的保温性能。本发明的石墨烯可以采用常规方法获得。例如，将可膨胀鳞片石墨经Hummers法获得石墨烯。本发明的石墨烯不限于Hummers法石墨烯，还可以是化学气相沉积、SiC外延生长、电化学、机械剥离等方法获得的石墨烯。

在本发明中，所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的一种或多种。优选地，所述水泥选自硅酸盐水泥或铝酸盐水泥。

在本发明中，发泡剂可以选自双氧水、碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮甲酰胺或偶氮二异丁腈中的一种或多种。从改善保温性能的角度考虑，双氧水是优选的。

在本发明中，稳泡剂可以选自硅酮酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、纤维素、蛋白质中的一种或多种。本发明的蛋白质可以为动物蛋白或植物蛋白。本发明的稳泡剂优选自硅酮酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、聚乙烯醇；更优选为硅酮酰胺。本发明的早强剂可以选自氯化钙、氯化钾、硫酸钠、硫代硫酸钙、三乙醇胺或三异丙醇胺中的一种或多种；优选为三乙醇胺。本发明的减水剂可以选自木质素磺酸镁、木质素磺酸钠、三聚氰胺甲醛树脂、含萘减水剂中的一种或多种；优选为木质素磺酸镁、木质素磺酸钠。采用上述组分，有利于改善混凝土制品的保温性能。

根据本发明的一个实施方式，所述水泥为硅酸盐水泥；所述发泡剂为双氧水；所述稳泡剂为硅酮酰胺；所述早强剂为三乙醇胺；且所述减水剂为木质素磺酸钠。采用上述原料，可以使得混凝土制品的保温性能更好。根据本发明的一个具体实施方式，本发明的混凝土制品采用包括如下组分的原料制得：硅酸盐水泥60重量份，粉煤灰30重量份，水60重量份，石墨烯5重量份，双氧水3重量份，硅酮酰胺1.6重量份，三乙醇胺0.8重量份，和木质素磺酸钠0.6重量份。

本发明的混凝土制品的容重可以为500～800kg/m³，抗压强度为8～12MPa，导热系数为0.035～0.045W/m·K，体积吸水率≤10％，防火级别为A1级。优选地，本发明的混凝土制品的容重700～800kg/m³，抗压强度为9～11MPa，导热系数为0.040～0.045W/m·K，体积吸水率≤9.5％，防火级别为A1级。容重具有本领域熟知的含义，这里不再赘述。

<制备方法>

本发明的混凝土制品的制备方法包括如下步骤：

(1)将石墨烯分散于一部分的水中形成石墨烯纳米分散体；

(2)将水泥、粉煤灰和石墨烯纳米分散体混合均匀得到预混料；然后将发泡剂、稳泡剂、早强剂、减水剂和余量的水加入该预混料，混合均匀得到料浆；将所述料浆浇筑至模具中成型、静置发泡、脱模和养护，从而形成混凝土制品。

在本发明的步骤(1)中，可以采用常规的方法将石墨烯分散。例如将石墨烯和一部分的水混合，然后进行超声波分散，从而获得分散均匀的石墨烯纳米分散体。石墨烯的用量如前所述，这里不再赘述。

在本发明的步骤(2)中，采用上述混合顺序，可以改善石墨烯在混凝土基体中的均匀分散程度，从而改善保温性能。上述原料的种类和用量如前所述，这里不再赘述。混合的方式并没有特别限定。例如，将这些原料在高速搅拌机中进行搅拌。模具根据实际需要而定。

在本发明的步骤(2)中，静置发泡的时间可以控制在8～25h，优选为12～20h。养护的时间可以控制在8～28天，优选为10～15天。这样的条件控制可以改善混凝土制品的保温性能。

以下实施例和对比例中的“重量份”表示重量份，除非特别声明。

以下实施例中的石墨烯的纯度不小于98％、宽度小于等于15μm、厚度1～3nm，水泥为硅酸盐水泥，发泡剂为双氧水，稳泡剂为硅酮酰胺，早强剂为三乙醇胺，减水剂为木质素磺酸钠。

以下实施例和对比例中的成品采用如下方法进行测试：

容重采用GB/T 50081-2016进行测定；抗压强度、体积吸水率采用JC/T 2125-2012测定；导热系数采用GB/T 10294-2008测定；燃烧性能采用GB/T 5464-2010测定。

实施例1

将石墨烯5重量份与水10重量份混合，超声波处理得到石墨烯纳米分散体。将水泥60重量份、粉煤灰30重量份、上述石墨烯纳米分散体经高速搅拌机搅拌混合，加入发泡剂3重量份、稳泡剂1.6重量份、早强剂0.8重量份、减水剂0.6重量份、水50重量份的混合溶液，高速搅拌得到料浆，浇筑入模具中成型、静置发泡12h、脱模、养护12天，得到混凝土制品，养护期间须保持产品表面潮湿，确保产品达到最终强度。

该混凝土制品的容重为700kg/m³，抗压强度为9MPa，导热系数为0.045W/m·k，体积吸水率为9.5％，防火等级为A1级。

对比例1

将水泥60重量份、粉煤灰30重量份经高速搅拌机搅拌混合，加入发泡剂3重量份、稳泡剂1.6重量份、早强剂0.8重量份、减水剂0.6重量份、水60重量份的混合溶液，高速搅拌得到料浆，浇筑入模具中成型、静置发泡12h、脱模、养护12天，得到混凝土制品，养护期间须保持产品表面潮湿，确保产品达到最终强度。

该混凝土制品的容重为700kg/m³，抗压强度为8.5MPa，导热系数为0.11W/m·k，体积吸水率为10％，防火等级为A1级。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (10)

1.一种混凝土制品，其特征在于，所述混凝土制品采用包括如下组分的原料制得：

水泥50～100重量份，

粉煤灰25～55重量份，

石墨烯2～10重量份，

水50～100重量份，

发泡剂3～8重量份，

稳泡剂0.5～5重量份，

早强剂0.5～2重量份，和

减水剂0.5～3重量份。

2.根据权利要求1所述的混凝土制品，其特征在于，所述混凝土制品采用包括如下组分的原料制得：

水泥60～80重量份，

粉煤灰30～35重量份，

石墨烯5～8重量份，

水50～80重量份，

发泡剂3～5重量份，

稳泡剂1～3重量份，

早强剂0.6～1重量份，和

减水剂0.6～1重量份。

3.根据权利要求1所述的混凝土制品，其特征在于，所述石墨烯的纯度不小于98％，宽度小于等于15μm，厚度为1～3nm。

4.根据权利要求1所述的混凝土制品，其特征在于，所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的混凝土制品，其特征在于，所述发泡剂选自双氧水、碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮甲酰胺或偶氮二异丁腈中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的混凝土制品，其特征在于：

所述稳泡剂选自硅酮酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、纤维素、蛋白质中的一种或多种；

所述早强剂选自氯化钙、氯化钾、硫酸钠、硫代硫酸钙、三乙醇胺或三异丙醇胺中的一种或多种；和

所述减水剂选自木质素磺酸镁、木质素磺酸钠、三聚氰胺甲醛树脂、含萘减水剂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的混凝土制品，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥；所述发泡剂为双氧水；所述稳泡剂为硅酮酰胺；所述早强剂为三乙醇胺；且所述减水剂为木质素磺酸钠。

8.根据权利要求1～7任一项所述的混凝土制品，其特征在于，所述混凝土制品的容重为500～800kg/m³，抗压强度为8～12MPa，导热系数为0.035～0.045W/m·K，体积吸水率小于等于10％，防火级别为A1级。

9.根据权利要求1～8任一项所述的混凝土制品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将石墨烯分散于一部分的水中形成石墨烯纳米分散体；

(2)将水泥、粉煤灰和石墨烯纳米分散体混合均匀得到预混料；然后将发泡剂、稳泡剂、早强剂、减水剂和余量的水加入该预混料，混合均匀得到料浆；将所述料浆浇筑至模具中成型、静置发泡、脱模和养护，从而形成混凝土制品。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述静置发泡的时间为8～25h，所述养护的时间为8～28天。