CN110041034A - 一种新型免蒸压混凝土砖及其粘结剂 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种新型免蒸压混凝土砖及其粘结剂；利用吸水倍率为15～18的球形高性能吸水树脂吸附海水形成膨胀骨料，再按配比掺和水泥等材料，加海水拌合而成的新型混凝土，可以为岛礁工程建筑材料运输大大减量。本发明的砖抗压平均值为28.99MPa、抗折强度为4.58MPa，砖的孔洞率为20.1％，含水率为7.3％，吸水率为15.4％，密度为1467kg/m³。本发明中的粘结剂固化后，粘结层厚度2‑3mm，拉剪粘结强度≥1.5MPa，拉折粘结强度≥1.0MPa，抗压强度≥8.0MPa，收缩值≤1.0mm/m，50次冻融强度损失≤2.0％，粘接固化时间为1h‑5h。

Description

一种新型免蒸压混凝土砖及其粘结剂

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种新型免蒸压混凝土砖及其粘结剂。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

南海岛礁远离大陆，可利用的建筑资源匮乏，岛礁工程建设存在运输、施工困难和周期长等问题。岛礁上不可能通过烧制粘土砖等传统方法制备快速构筑材料，基于混凝土制备快速构筑材料是较为可靠的技术途径。为减少普通混凝土粗细集料的运输量，实现岛礁工程混凝土材料的就地取材，传统的技术手段是采用珊瑚礁砂作为替代碎石骨料，制备珊瑚礁砂混凝土，然后利用珊瑚礁砂混凝土制备快速构筑材料。但这这类混凝土密实度高，自重大，不适宜制备砖等构筑材料。而且这类混凝土由于含有粗骨料，在一般条件下养护容易开裂，需要特殊的蒸压环境进行养护。由于海岛位置偏远，条件简陋，搭建专用的蒸压养护室成本太高。因此现有技术很难以在岛礁上制备快速构筑材料，只能依靠船只从大陆运送砖块。

目前的砌筑技术往往使用的是8～12cm的砌筑砂浆。而这种所谓的“厚层技术”存在许多问题，如灰缝由于施工工艺和风化问题变得不饱满、不密实，影响砖砌体整体强度。特别是传统厚层技术所采用的砂浆由于材料运输量大造成很多的运输费用。而“薄层技术”这种施工方法目前在国外已有应用，不仅解决材料运输量大的问题，更是对砌体的的受力性能有很大的改善和提升。但是这种“薄层技术”需要先进的专用粘结剂***。传统的普通砌筑砂浆粘接性能很差，专用的粘结剂必须具备少量而高效的粘接能力。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)普通烧结砖需要利用不可再生资源——粘土，达不到环保要求；岛礁不具备大量粘土原料的条件；

(2)传统混凝土砖所需的碎石需要从大陆运输，成本过高；而且这种混凝土砖需要蒸压养护，岛礁不具备搭建大型蒸压养护室这种条件；

(3)传统的普通砌筑砂浆粘接性能很差，专用的粘结剂必须具备少量而高效的粘结能力。

解决上述技术问题的难度和意义：海水集料混凝土是近年来才出现的新型混凝土材料，利用运输或储存的少量吸水树脂(SuperAbsorbentPolymer,SAP)就地吸取海水制备大量混凝土粗骨料，大大减少碎石粗集料的运输量，降低混凝土成本。海水集料混凝土内部具有的孔结构体系，不仅可以降低自身密度，适用于制备砖块材料，还可利用树脂吸取的海水持续养护，提升强度和耐久性。由于海水集料混凝土内部特殊的孔壳结构，又没有粗骨料，因此无需在蒸压条件下养护便能形成很高的强度，其已在南海岛礁应用于防波堤工程和场坪道路工程。

目前针对海水集料混凝土的研究成果较少，主要集中在制备工艺、力学性能、功能特性等。基于海水集料混凝土进行砖砌体等其他建筑材料的开发与应用在本发明之前为空白。发明这样一种砖砌体可以大大降低在岛礁地区砌筑砖砌体建筑的成本，使之在较低成本下具有很高的可行性。

海水集料混凝土砖的规格和强度是将其推广应用的一个关键。既要符合建筑模数和强度规范的要求，又要适合砌筑工人单手操作的***均值为28.99MPa、抗折强度为4.58MPa，砖的孔洞率为20.1％，含水率为7.3％，吸水率为15.4％，密度为1467kg/m³。这种砖的力学性能大大优于传统的黏土砖和普通蒸压混凝土砖，因为传统砖的抗压强度一般为5～15MPa，海水集料混凝土砖将强度提升了2～5倍之多。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型免蒸压混凝土砖及其粘结剂。

本发明是这样实现的，一种新型免蒸压混凝土砖，所述新型免蒸压混凝土砖由一种新型混凝土，即海水集料混凝土；此混凝土由1组分的水泥(普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的混合物)，0.26～0.30组分的海水，0.94～0.98组分的河砂或者珊瑚砂，0.25～0.45组分的饱和SAP，0.0024～0.0030组分的聚丙烯纤维，0.058～0.064组分的复配外加剂组成；其中，SAP的体积分数为15％～35％。

本发明的另一目的在于提供一种所述新型免蒸压混凝土砖的制备方法，所述新型免蒸压混凝土砖的制备方法包括：

第一步，计量上料，具有以上所述的配合比，分别称水泥、外加剂、河砂或珊瑚砂并计量；配制盐度3.5％的人工海水，将粒径为1.5～2mm的干燥SAP放入人工海水中吸水至饱和。水泥由配料***分别通过控制各自放料时间进行配料，砂由斗车定量配料，加入定量***A备用；饱和SAP通过人工计量加入定量***B备用；其他的外加剂和纤维通过人工预先定量包装并备用；配制好的人工海水加入定量加水***备用。

第二步，搅拌输送，具有按预设的搅拌工艺对原材料进行搅拌，具体操作如下：

先将普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、河砂或者珊瑚砂、由定量***A的斗车加入搅拌机共同搅拌60s，将干料混合均匀；加入预先定量包装好的聚丙烯纤维搅拌60s；从定量加水***泵送配制的海水搅拌60s，使水泥砂浆基质初步成型；从定量***B的斗车加入吸水饱和的SAP搅拌，至SAP与水泥砂浆混合均匀且流动性适中时停止搅拌。至此生产出预制砖需要的混凝土材料；将搅拌好成型预材料提升输送到储料斗内；

第三步，预制成型，将储料斗内搅拌均匀的海水集料混凝土拌合物装入事先涂有脱模剂一个个方格大小240mm×115mm×53mm的试模中，适度振捣成型，并压制成六面体；

第四步，脱模堆码，10min后将试模中的砖从模具中脱出，用出砖轨道将成型出来的砖送至码垛机自动堆码，采用叉装工具将托板上的砖块叉出，转运堆码到堆码区域，操作劳动工作量小；堆码及养护为本设备的辅助设备及人工进行。

本发明的另一目的在于提供一种所述新型免蒸压混凝土砖使用的粘结剂，所述粘结剂结合有机聚氨酯和无机硅酸盐水泥，用海水拌和，在胶水中加入硅酸盐水泥经纳米研磨机磨细的纳米级颗粒，其中无机物填料和有机物基底的质量比为20％～33％。

进一步，所述粘结剂粘结层厚度2-3mm，拉剪粘结强度≥1.5MPa，拉折粘结强度≥1.0MPa，抗压强度≥8.0MPa，收缩值≤1.0mm/m，50次冻融强度损失≤2.0％，粘接固化时间1h-5h可调。

本发明的另一目的在于提供一种所述粘结剂的制备方法，所述粘结剂的制备方法包括：

在实验室用化学方法合成。采用预聚体分散法制备了一系列聚碳酸酯二醇(PCDL)型水性聚氨酯(WPU)胶粘剂。其合成方法如下：将PCDL和含磺酸基的聚酯二醇加入到装有机械搅拌器、温度计和回流冷凝管的四口烧瓶中，于100～120℃真空脱水至含水量低于0.5％；然后在50～60℃条件下加入计量的异氰酸酯和溶剂丙酮，并维持此温度反应一段时间后，加入1，2-二羟甲基丙酸(DMPA)和1，4-丁二醇(BDO)继续反应；待反应液中-NCO含量与设计值基本相符时，加入TEA中和羧基，之后加入蒸馏水强烈搅拌进行乳化分散，并加入乙二胺进一步扩链；最后，减压脱除丙酮，即制得PCDL型WPU乳液胶粘剂；

第二步，纳米无机填料的制备，从水泥中提取了水泥的水化产物，再通过超细球磨机磨细加工而成；

第三步，复合胶的制备，将纳米无机填料按按20％～33％的质量比掺入有机树脂胶，搅拌机搅拌30s—60s，搅拌均匀即可。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明首次提出了一种新型免蒸压混凝土砖——海水集料混凝土砖的特征、指标以及制备方法，为岛礁工程的砖砌体构筑提供较经济的可行方案；研发出一种薄型专用粘结剂，减少了砖砌体的粘结层(即灰缝)的厚度，从而减少砂浆用量，实现岛礁工程建筑材料运输二次减量，进一步降低岛礁工程建设的成本。

本发明根据海洋环境和岛礁工程的特殊性进一步对所选出的粘结材料进行改性，以达到所需的条件指标和良好的粘结能力；结合了有机材料和无机材料，制作出一种水溶剂胶水，可以用海水拌和，在胶水中加入无机材料磨细的纳米颗粒，起到对胶水粘结层的增强增韧作用，并且提高材料的弹性模量，克服有机胶结剂弹性模量和混凝土砖相比较低，导致荷载或者温度应力作用下变形不一致的缺陷，增强砌体的变形协调能力和抗冲击性能。

本发明的海水集料混凝土是利用吸水倍率为15～18的球形高性能吸水树脂(SuperAbsorbentPolymer,SAP)吸附海水形成膨胀骨料，再按一定配比掺和水泥等材料，利用海水拌合而成的新型混凝土，可以为岛礁工程建筑材料运输大大减量。海水集料混凝土具有低密度、低弹性模量、多孔等特性，其弹性模量较常规混凝土低，而与普通砖相当。本发明采用SAP体积分数为15％～35％的配比，制作尺寸为240mm×115mm×53mm的砖块。经检测中心测定，按此配比制作的砖，其抗压平均值为28.99MPa、抗折强度为4.58MPa，砖的孔洞率为20.1％，含水率为7.3％，吸水率为15.4％，密度为1467kg/m³。本发明制成的海水集料混凝土砖，强度离散性小，实际折压比为0.16，低于蒸压普通砖和多孔砖的规范限值，可以作为承重块材使用。

本发明在发明一种新型免蒸压混凝土砖——即海水集料混凝土砖的同时，研制出一种薄型专用粘结剂，可以减少砌体的粘结层(即灰缝)的厚度，从而减少砂浆用量，实现岛礁工程建筑材料运输二次减量。此粘结剂复合了有机材料和无机材料，溶于水溶剂之后，可以视作一种新型胶水。本胶水在不改变组分的条件下，可以直接用海水拌和。在胶水中加入磨细的纳米级无机物颗粒之后，可以起到对胶体(即粘结层)增强增韧的作用，并且提高了材料整体的弹性模量。本发明克服了有机胶结剂弹性模量比较低所导致的：砖和灰缝在外荷载或者温度应力作用下变形不一致的缺陷，增强了砌体的变形协调能力和抗冲击性能。本发明的粘结剂实现了以下指标：粘结层厚度2-3mm，拉剪粘结强度≥1.5MPa，拉折粘结强度≥1.0MPa，抗压强度≥8.0MPa，收缩值≤1.0mm/m，50次冻融强度损失≤2.0％，粘接固化时间1h-5h可调。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型免蒸压混凝土砖的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的新型免蒸压混凝土砖砌体专用粘结剂的制备方法流程图。

图3是本发明实施例提供的专用粘结剂施工工艺的示意图。

图4是本发明实施例提供的海水集料混凝土制备流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的新型免蒸压混凝土砖一种新型混凝土，即海水集料混凝土。此混凝土由1组分的水泥(普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的混合物)，0.26～0.30组分的海水，0.94～0.98组分的河砂或者珊瑚砂，0.25～0.45组分的饱和SAP，0.0024～0.0030组分的聚丙烯纤维，0.058～0.064组分的复配外加剂组成；其中，SAP的体积分数为15％～35％。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的新型免蒸压混凝土砖的制备方法包括：

①计量上料

具有按设定配合比加水泥、外加剂、河砂(或珊瑚砂)和海水并计量。此***中的水泥与饱和SAP由配料***分别通过控制各自放料时间进行配料，砂由斗车定量配料，其他通过人工方式计量和上料。

②搅拌输送

具有按预设的搅拌工艺对原材料进行搅拌，生产出预制砖需要的混凝土材料(一种干硬性的混凝土拌合物)。将搅拌好成型预材料提升输送到储料斗内。

③预制成型

采用符合国家行业标准规格的钢制模具，让材料入模、振实、压制成六面体，过程中要考虑材料入模量的控制并压制密实，保证六个面都光滑美观、棱角完整。

④脱模堆码

出砖轨道将成型出来的砖送至码垛机自动堆码，采用叉装工具将托板上的砖块叉出，转运堆码到堆码区域，操作劳动工作量小。堆码及养护为本设备的辅助设备及人工进行。

本发明实施例提供的新型免蒸压混凝土砖砌体专用粘结剂。

如图2所示，本发明实施例提供的新型免蒸压混凝土砖用粘结剂的制备方法包括：

①有机树脂胶的制备

通过在实验室用化学方法合成。并按照工程所需，添加一定比例的水进行溶解、稀释。

②纳米无机填料的制备

此种纳米无机填料是在实验室提取了水泥的水化产物，通过超细球磨机加工而成。

③复合胶的制备

将纳米无机填料按一定比例掺入有机树脂胶，搅拌机搅拌30s—60s，搅拌均匀即可。

如图3所示，本发明实施例提供的专用粘结剂施工工艺的示意图。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作详细的描述。

在某省窑岭仓库营门改造工程中，采用了一批海水集料混凝土砖材料，砖由海水集料混凝土砖制备***现场生产，原材料为球形吸水膨胀树脂、水泥、砂和复配外加剂。在应用过程中发现，海水集料混凝土砖材料和生产***具有以下特点：

1.生产***能按配比实现自动上料、搅拌、成形和堆码，生产效率高，砖不需二次加工，大量节省人工，每小时可生产海水集料混凝土砖800块。

2.海水集料混凝土砖尺寸与粘土砖相同，几何尺寸一致性好，满足砌筑模数要求，无缺棱掉角或明显裂纹。

3.海水集料混凝土砖密度相对粘土砖更低，砌筑前不需要浇水湿润，适合于普通砂浆粘结、以及专用粘结剂两种砌筑工法，粘结强度高，施工简单便捷。

4.海水集料混凝土砖砌体强度满足设计要求，外观边缘线形直顺、外表面平整，使用专用粘结剂后砖块之间、砖与瓷砖均粘结牢固。

本发明实施例提供的新型免蒸压混凝土砖，免蒸压、轻质、高强，可以利用海水拌和，不需要粗骨料即可批量制备。新型免蒸压混凝土砖可以作为承重砖应用在海岛礁等偏远地区的建筑工程使用。

本发明利用吸水倍率为15～18的球形高性能吸水树脂吸附海水形成膨胀骨料，再按一定配比掺和水泥等材料，再加海水拌合而成的新型混凝土，可以为岛礁工程建筑材料运输大大减量。本发明采用15％～35％体积分数的SAP的配比，制作尺寸为240mm×115mm×53mm的砖块。经权威检测中心测定，按此配比制作的砖，其抗压平均值为28.99MPa、抗折强度为4.58MPa，砖的孔洞率为20.1％，含水率为7.3％，吸水率为15.4％，密度为1467kg/m³。本发明中的海水集料混凝土砖，强度离散性小，实际折压比低，可以作为承重块材使用。粘结剂固化后，粘结层厚度2-3mm，拉剪粘结强度≥1.5MPa，拉折粘结强度≥1.0MPa，抗压强度≥8.0MPa，收缩值≤1.0mm/m，50次冻融强度损失≤2.0％，粘接固化时间为1h-5h，并可调。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型免蒸压混凝土砖，其特征在于，所述新型免蒸压混凝土砖由混凝土和海水集料混凝土组成；

所述混凝土由1组分的水泥、0.26～0.30组分的海水、0.94～0.98组分的河砂或者珊瑚砂、0.25～0.45组分的饱和SAP、0.0024～0.0030组分的聚丙烯纤维和0.058～0.064组分的复配外加剂组成；SAP的体积分数为15％～35％。

2.如权利要求1所述的新型免蒸压混凝土砖，其特征在于，所述新型免蒸压混凝土砖的水泥为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥的混合物。

3.一种如权利要求1所述新型免蒸压混凝土砖的制备方法，其特征在于，所述新型免蒸压混凝土砖的制备方法包括：

第一步，计量上料，分别称水泥、外加剂、河砂或珊瑚砂并计量；配制盐度3.5％的人工海水，将粒径为1.5～2mm的干燥SAP放入人工海水中吸水至饱和；水泥由配料***分别通过控制各自放料时间进行配料，砂由斗车定量配料，加入定量***A备用；饱和SAP通过人工计量加入定量***B备用；其他的外加剂和纤维通过人工预先定量包装并备用；配制好的人工海水加入定量加水***备用；

第二步，搅拌输送，对原材料进行搅拌；具体操作如下：

先将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、河砂或者珊瑚砂、由定量***A的斗车加入搅拌机共同搅拌60s，将干料混合均匀；加入预先定量包装好的聚丙烯纤维搅拌60s；从定量加水***泵送配制的海水搅拌60s，使水泥砂浆基质初步成型；从定量***B的斗车加入吸水饱和的SAP搅拌，至SAP与水泥砂浆混合均匀且流动性适中时停止搅拌；生产出预制砖需要的混凝土材料；将搅拌好成型预材料提升输送到储料斗内；

第三步，预制成型，将储料斗内搅拌均匀的海水集料混凝土拌合物装入事先涂有脱模剂一个个方格大小240mm×115mm×53mm的试模中，适度振捣成型，并压制成六面体；

第四步，脱模堆码，10min后将试模中的砖从模具中脱出，用出砖轨道将成型出来的砖送至码垛机自动堆码，采用叉装工具将托板上的砖块叉出，转运堆码到堆码区域。

4.一种如权利要求1所述新型免蒸压混凝土砖使用的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂结合有机材料和无机材料，用海水拌和，在胶水中加入无机材料磨细的纳米颗粒。

5.如权利要求4所述的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂粘结层厚度2-3mm，拉剪粘结强度≥1.5MPa，拉折粘结强度≥1.0MPa，抗压强度≥8.0MPa，收缩值≤1.0mm/m，50次冻融强度损失≤2.0％，粘接固化时间1h-5h可调。

6.一种如权利要求4所述粘结剂的制备方法，其特征在于，所述粘结剂的制备方法包括：

第一步，有机树脂胶的制备，在实验室用化学方法合成；采用预聚体分散法制备聚碳酸酯二醇PCDL型水性聚氨酯WPU胶粘剂；其合成方法如下：将PCDL和含磺酸基的聚酯二醇加入到装有机械搅拌器、温度计和回流冷凝管的四口烧瓶中，于100～120℃真空脱水至含水量低于0.5％；然后在50～60℃条件下加入计量的异氰酸酯和溶剂丙酮，并维持此温度反应，加入1，2-二羟甲基丙酸DMPA和1，4-丁二醇BDO继续反应；待反应液中-NCO含量与设计值基本相符时，加入TEA中和羧基，之后加入蒸馏水强烈搅拌进行乳化分散，并加入乙二胺进一步扩链；最后，减压脱除丙酮，即制得PCDL型WPU乳液胶粘剂；

第二步，纳米无机填料的制备，从水泥中提取了水泥的水化产物，再通过超细球磨机磨细加工而成；

第三步，复合胶的制备，将纳米无机填料按20％～33％的质量比掺入有机树脂胶，用小型实验室搅拌机搅拌30s—60s，搅拌均匀即可。