CN111848213B - 一种隔热保温混凝土 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及混凝土制备技术领域，尤其是涉及一种隔热保温混凝土，其由包含以下质量份的原料制成：水泥100‑200份、粉煤灰120‑160份、粗骨料200‑300份、河砂260‑400份、碳化硅80‑90份、纳米碳酸钙50‑75份、铝粉10‑20份、纤维35‑55份、减水剂2‑5份和水70‑120份。本申请提供的隔热保温混凝土具有良好的抗压性能、抗裂性能以及保温隔热性能。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土制备技术领域，更具体地说，它涉及一种隔热保温混凝土。
背景技术
混凝土是土木工程中应用最为广泛的材料，但是混凝土具有抗压能力差、脆性高、易渗水、隔热能较差等缺点，进而使得房屋等住宅建筑建造时，容易出现缝隙渗水，并且隔热保温效果差。
现有的混凝土制备过程中为了实现较高的隔热性能，通常是将混凝土制备成泡沫混凝土，可以实现其较高的隔热性能，其导热系数可以达到0.18W/m·K，但是泡沫混凝土的抗压强度较差，难以用于建筑的承重，进而影响建筑的寿命。
现有的混凝土制备过程中为了提高混凝土的强度，通常是在混凝土中加入聚合物粘合剂或者聚合物纤维，通过聚合物填充混凝土的缝隙，降低混凝土的缝隙率，提高混凝土的强度，但是对于混凝土的隔热性能没有任何影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隔热保温混凝土，在保证混凝土具有良好的抗压性能以及抗裂性能的条件下，有利于提升混凝土的保温隔热性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种隔热保温混凝土，由包含以下质量份的原料制成：
水泥150-280份
粉煤灰320-430份
粗骨料200-300份
河砂350-420份
蛭石粉100-120份
铝粉30-50份
纤维50-80份
减水剂10-20份
水80-140份。
采用上述技术方案，水泥、粉煤灰、粗骨料以及河砂作为隔热保温混凝土的主要原料，蛭石粉的添加，一方面有利于加强隔热保温混凝土的结构强度，另一方面，蛭石粉具有良好的吸附性以及保温隔热性能，纤维在混凝土原料中起到补强作用，同时，纤维具有良好的抗渗性能、抗冲击性能以及耐火性能，有利于提高隔热保温混凝土的结构强度；另外，具有良好吸附性的蛭石粉能够吸附于纤维的表面，由此使得隔热保温混凝土在保证具有良好的抗压性能以及抗裂性能的条件下，有利于提升混凝土的保温隔热性能。
进一步地，原料还包括质量份为80-130份的空心玻璃微珠。
进一步地，所述空心玻璃微珠的平均颗粒细度为0.02-0.05mm。
采用上述技术方案，通过加入空心玻璃微珠，有利于增强隔热保温混凝土的抗压强度，使得隔热保温混凝土受到压力时不容易开裂。
进一步地，所述蛭石粉为改性蛭石粉，所述改性蛭石粉的制备方法如下：
准备原料：每克膨胀蛭石配10-20ml硫酸铝溶液，尿素与硫酸铝溶液中的Al3+的物质的量比为(8-15)：1，浓硫酸与硫酸铝溶液的体积比为1：(400-500)；
先按上述原料配比，将膨胀蛭石、尿素、浓硫酸和硫酸铝溶液混合，在80-100℃下搅拌18-32小时，洗脱干燥后得到改性蛭石，再将得到的固体在温度100-115℃烘干9-11小时，然后再将经研磨后得到改性蛭石粉。
采用上述技术方案，蛭石粉的层状结构上形成许多孔，硫酸溶液将孔内的杂质溶出，以疏通蛭石粉的孔道，进一步提高蛭石粉的吸附能力，在膨胀蛭石的片层间镶嵌大量氧化铝颗粒，降低了膨胀蛭石的导热系数，而且膨胀蛭石特有的片层结构具有热流反射能力，而且改性后的膨胀蛭石层间孔隙孔容变小，对流传热途径受阻，使隔热保温混凝土的隔热性能进一步增强；同时改性后的蛭石层间形成的大量均匀的纳米微孔，使隔热保温混凝土耐压强度增大。
进一步地，所述的硫酸铝溶液的浓度为0.05-0.5mol/L。
进一步地，所述改性蛭石粉的平均颗粒细度范围在0.06-0.075mm之间。
采用上述技术方案，将改性蛭石粉的平均颗粒细度范围控制在0.06-0.075mm之间，使得改性蛭石粉能够更均匀并且充分填充于粗骨料中的间隙中，有利于进一步提升隔热保温混凝土的抗压强度以及保温隔热性能。
进一步地，所述粗骨料由陶粒、花岗岩碎石以及玄武岩碎石以质量比为1：(2-3):1组成。
采用上述技术方案，陶粒具有强度高、质轻的优点，花岗岩碎石具有良好的耐热稳定性以及抗压强度；玄武岩碎石的抗压强度高；采用陶粒、花岗岩碎石以及玄武岩碎石以特定的质量比范围制得粗骨料，在保证隔热保温混凝土的结构强度，同时有利于提高隔热保温混凝土的耐热稳定性。
进一步地，所述纤维为聚丙烯纤维或玄武岩纤维。
进一步地，所述纤维是由聚丙烯纤维和玄武岩纤维以质量比为(1-2)：1组成的混合物。
采用上述技术方案，聚丙烯纤维能有效地控制高强度混凝土由于水泥水化的过程中产生的热量引起的微裂纹，防止及抑制混凝土原生裂缝的形成和发展，大大改善高强度混凝土的防裂抗渗性能、抗冲磨性能，增加混凝土的韧性，从而提高混凝土的使用寿命。玄武岩纤维具有抗压强度高、耐高温的效果。
进一步地，隔热保温混凝土由包含以下质量份的原料制成：
水泥180-280份
粉煤灰380-430份
粗骨料230-300份
河砂390-420份
空心玻璃微珠100-130份
蛭石粉110-120份
铝粉35-50份
纤维65-80份
减水剂13-20份
水100-140份。
进一步地，隔热保温混凝土由包含以下质量份的原料制成：
水泥250份
粉煤灰415份
粗骨料250份
河砂410份
空心玻璃微珠110份
蛭石粉118份
铝粉45份
纤维75份
减水剂15份
水130份。
采用上述技术方案，各个特定的组分与特定的质量份范围制得的隔热保温混凝土具有良好的抗压强度以及隔热保温性能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、水泥、粉煤灰、粗骨料以及河砂作为隔热保温混凝土的主要原料，蛭石粉的添加，一方面有利于加强隔热保温混凝土的结构强度，另一方面，蛭石粉具有良好的吸附性以及保温隔热性能，纤维在混凝土原料中起到补强作用，同时，纤维具有良好的抗渗性能、抗冲击性能以及耐火性能，有利于提高隔热保温混凝土的结构强度；另外，具有良好吸附性的蛭石粉能够吸附于纤维的表面，由此使得隔热保温混凝土在保证具有良好的抗压性能以及抗裂性能的条件下，有利于提升混凝土的保温隔热性能。
2、蛭石粉的层状结构上形成许多孔，硫酸溶液将孔内的杂质溶出，以疏通蛭石粉的孔道，进一步提高蛭石粉的吸附能力，在膨胀蛭石的片层间镶嵌大量氧化铝颗粒，降低了膨胀蛭石的导热系数，而且膨胀蛭石特有的片层结构具有热流反射能力，而且改性后的膨胀蛭石层间孔隙孔容变小，对流传热途径受阻，使隔热保温混凝土的隔热性能进一步增强；同时改性后的蛭石层间形成的大量均匀的纳米微孔，使隔热保温混凝土耐压强度增大。
3、聚丙烯纤维能有效地控制高强度混凝土由于水泥水化的过程中产生的热量引起的微裂纹，防止及抑制混凝土原生裂缝的形成和发展，大大改善高强度混凝土的防裂抗渗性能、抗冲磨性能，增加混凝土的韧性，从而提高混凝土的使用寿命。玄武岩纤维具有抗压强度高、耐高温的效果。
具体实施方式
以下实施例对本发明作进一步详细说明。
以下实施例中，水泥采用华润牌P.O42.5R的硅酸盐水泥。
以下实施例中，减水剂采用巴斯夫生产的型号为RHEOPLUS411的聚羧酸减水剂。
以下实施例中，粉煤灰采用灵寿县百丰矿产品加工厂的Ⅱ级粉煤灰。
以下实施例中，玄武岩纤维以及聚丙烯纤维均购于武汉市中鼎经济发展有限责任公司，其中，聚丙烯纤维的规格为12mm，玄武岩纤维的规格为12mm。
以下实施例中，本发明中所有制备方法中用到的设备，如搅拌机、粉碎机等，均为常规使用的设备。
表1实施例1-9的隔热保温混凝土的组分及质量份(kg)。
实施例1
一种隔热保温混凝土，其原料的组分和质量份如表1所示。
本实施例中，纤维为聚丙烯纤维。粗骨料为陶粒。蛭石粉由粉碎机将蛭石粉碎制得，蛭石粉的平均颗粒细度为0.06mm。
隔热保温混凝土的制备方法如下：
S1、采用搅拌机将相应质量份的水和水泥在26℃的条件下混合搅拌得到水泥浆混合物。
S2、往水泥浆混合物里面加入相应质量份的河砂以及粉煤灰，以500r/min的转速搅拌15min，得到水泥砂浆。
S3、采用搅拌机将相应质量份的粗骨料和相应质量份的蛭石粉、铝粉以及纤维进行混合，以500r/min的速度搅拌35min，然后再添加相应质量份的减水剂，搅拌45min，制得隔热保温混凝土。
实施例2
一种隔热保温混凝土，与实施例1的区别在于：空心玻璃微珠的平均颗粒细度为0.02mm。
实施例3
一种隔热保温混凝土，与实施例2的区别在于：本实施例中的纤维为玄武岩纤维。
实施例4
一种隔热保温混凝土，与实施例3的区别在于：本实施例中的纤维是由聚丙烯纤维和玄武岩纤维以质量比为1：1组成的混合物。
实施例5
一种隔热保温混凝土，与实施例4的区别在于：本实施例中，粗骨料是由陶粒、花岗岩碎石以及玄武岩碎石以质量比为1：2:1组成的混合物。
实施例6
一种隔热保温混凝土，与实施例5的区别在于：粗骨料是由陶粒、花岗岩碎石以及玄武岩碎石以质量比为1：3:1组成的混合物。
实施例7
一种隔热保温混凝土，与实施例6的区别在于：本实施例中，蛭石粉是改性蛭石粉，改性蛭石粉的制备方法如下：
准备原料：硫酸铝溶液的浓度为0.05mol/L，每克膨胀蛭石配10ml的硫酸铝溶液，尿素与硫酸铝溶液中的Al3+的物质的量比为8：1，浓硫酸与硫酸铝溶液的体积比为1：400。
先按上述原料配比，将膨胀蛭石、尿素、浓硫酸和硫酸铝溶液混合，在80℃下搅拌18小时，洗脱干燥后得到改性蛭石，再将得到的固体在温度100℃烘干9小时，然后再将经研磨后得到改性蛭石粉。
本实施例中，改性蛭石粉的平均颗粒细度为0.06mm。
实施例8
一种隔热保温混凝土，与实施例7的区别在于：本实施例中，改性蛭石粉的制备方法如下：准备原料：硫酸铝溶液的浓度为0.3mol/L，每克膨胀蛭石配15ml的硫酸铝溶液，尿素与硫酸铝溶液中的Al3+的物质的量比为12：1，浓硫酸与硫酸铝溶液的体积比为1：450。
先按上述原料配比，将膨胀蛭石、尿素、浓硫酸和硫酸铝溶液混合，在90℃下搅拌25小时，洗脱干燥后得到改性蛭石，再将得到的固体在温度110℃烘干10小时，然后再将经研磨后得到改性蛭石粉。
本实施例中，改性蛭石粉的平均颗粒细度为0.065mm。
实施例9
一种隔热保温混凝土，与实施例8的区别在于：
本实施例中，改性蛭石粉的制备方法如下：
准备原料：每克膨胀蛭石配20ml硫酸铝溶液，尿素与硫酸铝溶液中的Al3+的物质的量比为15：1，浓硫酸与硫酸铝溶液的体积比为1：500。
先按上述原料配比，将膨胀蛭石、尿素、浓硫酸和硫酸铝溶液混合，在100℃下搅拌32小时，洗脱干燥后得到改性蛭石，再将得到的固体在温度115℃烘干11小时，然后再将经研磨后得到改性蛭石粉。
本实施例中，改性蛭石粉的平均颗粒细度为0.075mm。
表2是实施例10-15中用于制备隔热保温混凝土的原料的组分及质量份(kg)。
实施例10
一种隔热保温混凝土，与实施例9的区别在于：其原料的组分和质量份如表2所示。
实施例11
一种隔热保温混凝土，与实施例10的区别在于：其原料的组分和质量份如表2所示。
实施例12
一种隔热保温混凝土，与实施例11的区别在于其原料的组分和质量份如表2所示。
实施例13
一种隔热保温混凝土，与实施例12的区别在于：其原料的组分和质量份如表2所示。
实施例14
一种隔热保温混凝土，与实施例13的区别在于：
空心玻璃微珠的平均颗粒细度为0.03mm。粗骨料由陶粒、花岗岩碎石以及玄武岩碎石以质量比为1：2.5:1组成。纤维是由聚丙烯纤维和玄武岩纤维以质量比为2：1组成的混合物。
本实施例中，改性蛭石粉的制备方法如下：
准备原料：硫酸铝溶液的浓度为0.3mol/L，每克膨胀蛭石配15ml的硫酸铝溶液，尿素与硫酸铝溶液中的Al3+的物质的量比为12：1，浓硫酸与硫酸铝溶液的体积比为1：450。
先按上述原料配比，将膨胀蛭石、尿素、浓硫酸和硫酸铝溶液混合，在90℃下搅拌25小时，洗脱干燥后得到改性蛭石，再将得到的固体在温度110℃烘干10小时，然后再将经研磨后得到改性蛭石粉。
本实施例中，改性蛭石粉的平均颗粒细度为0.065mm。
实施例15
一种隔热保温混凝土，与实施例14的区别在于：其原料的组分和质量份如表2所示。空心玻璃微珠的平均颗粒细度为0.05mm。
比较例1
一种隔热保温混凝土，与实施例14的区别在于：隔热保温混凝土由包含以下质量份的原料制成：
水泥150份
粉煤灰320份
粗骨料200份
河砂350份
铝粉30份
纤维150份
减水剂10份
水80份。
比较例2
一种隔热保温混凝土，与实施例14的区别在于：采用麦饭石粉代替蛭石粉。
比较例3
采用公告号为CN104058654B的中国专利公开的一种膨胀蛭石粉粒混凝土作为比较例3。
各实施例以及比较例的检测数据见表3。
按照实施例1-15以及比较例1-3制备出隔热保温混凝土试块，将试块1-18进行以下实验并将测试结果示于表3。
实验1
根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中的抗压强度试验检测分别测试试块1-18的28d抗压强度(MPa)以及吸水率(％)。
实验2
根据GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》测试试块1-18的导热系数(W/m·K)。
表3试块1-18进行实验1-2后的检测结果。
试块1的原料中并未采用空心玻璃微珠，试块2采用了平均颗粒细度为0.02mm的空心玻璃微珠，从表3的数据中可以看出，试块1的抗压强度比试块2的抗压强度小，试块1的导热系数比试块2的导热系数大，由此可知，通过加入空心玻璃微珠，有利于增强隔热保温混凝土的抗压强度，使得隔热保温混凝土受到压力时不容易开裂；同时,空心玻璃微珠有利于填充水泥颗粒间的孔隙，从而使得隔热保温混凝土的密实度提高,进而有利于提高隔热保温混凝土的抗压强度,使得隔热保温混凝土受到压力时不容易开裂,同时,空心玻璃微珠还具有一定的流动性，且空心玻璃微珠的内部是稀薄的气体,使得隔热保温混凝土具备质轻以及隔热保温,从而使得隔热保温混凝土可通过空心玻璃微珠的流动以实现一定的弹性形变,进而有利于隔热保温混凝土保持其优越的性能的同时具有较强的抗压强度。
试块2采用的是聚丙烯纤维，试块3采用的是玄武岩纤维，试块4采用的纤维是聚丙烯纤维和玄武岩纤维以质量比为1：1组成的混合物。从表3的数据可以看出，试块2的抗压强度与试块3的抗压强度相近，单试块4的抗压强度明显比试块2以及试块3的抗压强度大，这说明，聚丙烯纤维能有效地控制高强度混凝土由于水泥水化的过程中产生的热量引起的微裂纹，防止及抑制混凝土原生裂缝的形成和发展，大大改善高强度混凝土的防裂抗渗性能、抗冲磨性能，增加混凝土的韧性，从而提高混凝土的使用寿命。玄武岩纤维具有抗压强度高、耐高温的效果。聚丙烯纤维与玄武岩纤维按照特定的比例制得的纤维，对隔热保温混凝土的抗渗性能、抗压强度以及隔热保温性能有较大的提升。
试块4的粗骨料是陶粒；试块5采用的粗骨料是由陶粒、花岗岩碎石以及玄武岩碎石以质量比为1：2:1组成的混合物。陶粒具有强度高、质轻的优点，花岗岩碎石具有良好的耐热稳定性以及抗压强度；玄武岩碎石的抗压强度高；采用陶粒、花岗岩碎石以及玄武岩碎石以特定的质量比范围制得粗骨料，在保证隔热保温混凝土的结构强度，同时有利于提高隔热保温混凝土的耐热稳定性。由此使得试块5的抗压强度比试块4的抗压强度要高，而且试块5的隔热保温性能比试块4的隔热保温性能好。
试块7采用的蛭石粉是通过特定的制备方法制得，而试块6采用的是蛭石直接由粉碎机粉碎制得，试块16并未采用蛭石粉，但从表3的数据可以得出，试块16的抗压强度比试块6的抗压强度小，试块16的导热系数比试块6的导热系数高；而试块6的抗压性能以及隔热保温性能比试块7的抗压性能以及隔热保温性能差。这说明，经过改性后的蛭石粉的吸附能力更强，在膨胀蛭石的片层间镶嵌大量氧化铝颗粒，降低了膨胀蛭石的导热系数，而且膨胀蛭石特有的片层结构具有热流反射能力，而且改性后的膨胀蛭石层间孔隙孔容变小，对流传热途径受阻，使隔热保温混凝土的隔热性能进一步增强；同时改性后的蛭石层间形成的大量均匀的纳米微孔，使隔热保温混凝土耐压强度增大。
试块17采用麦饭石粉代替蛭石粉，虽然麦饭石粉以及蛭石粉都具有吸附性能，从表3中可以看出，试块17的抗压强度只有46Mpa，而试块14的抗压性能达到87Mpa，由此可见，蛭石粉对隔热保温混凝土的抗压性能以及隔热保温性能的提升作用更大，而且麦饭石粉添加到隔热保温混凝土中，容易导致隔热保温混凝土的吸水率上升，抗渗能力下降。
试块14的原料采用的是各个组分配合特定的质量份，制得的隔热保温混凝土具有良好的抗压强度以及隔热保温性能。
试块18为目前公开的一种用膨胀蛭石粉制备的混凝土，将该混凝土按照实验1-2进行测试，测试得到的抗压强度比本申请的抗压强度低，而且从表3的数据中可以得知，试块18的抗渗能力以及隔热保温能力比本申请的抗渗能力以及隔热保温能力差，由此说明，虽然都采用蛭石粉进行制备混凝土，但试块18中不同的组分以及不同的质量份进行复配制得的混凝土的抗压性能、抗渗性能以及隔热保温性能均不及本申请的抗压性能、抗渗性能以及隔热保温性能。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种隔热保温混凝土，其特征在于：由包含以下质量份的原料制成：
水泥250份
粉煤灰415份
粗骨料250份；所述粗骨料由陶粒、花岗岩碎石以及玄武岩碎石以质量比为1：2.5:1组成
河砂410份
蛭石粉118份
铝粉45份
纤维75份；所述纤维是由聚丙烯纤维和玄武岩纤维以质量比为2：1组成的混合物；
减水剂15份
水130份
空心玻璃微珠110份；所述空心玻璃微珠的平均颗粒细度为0.03mm；
所述蛭石粉为改性蛭石粉，所述改性蛭石粉的制备方法如下：
准备原料：每克膨胀蛭石配15ml硫酸铝溶液，硫酸铝溶液的浓度为0.3mol/L，尿素与硫酸铝溶液中的Al3+的物质的量比为12：1，浓硫酸与硫酸铝溶液的体积比为1：450；先按上述原料配比，将膨胀蛭石、尿素、浓硫酸和硫酸铝溶液混合，在90℃下搅拌25小时，洗脱干燥后得到改性蛭石，再将得到的固体在温度110℃烘干10小时，然后再将经研磨后得到改性蛭石粉；所述改性蛭石粉的平均颗粒细度为 0.065mm；
隔热保温混凝土的制备方法包括：
S1、采用搅拌机将相应质量份的水和水泥在26℃的条件下混合搅拌得到水泥浆混合物；
S2、往水泥浆混合物里面加入相应质量份的河砂以及粉煤灰，以500r/min的转速搅拌15min，得到水泥砂浆；
S3、采用搅拌机将相应质量份的粗骨料和相应质量份的蛭石粉、空心玻璃微珠、铝粉以及纤维进行混合，以500r/min的速度搅拌35min，然后再添加相应质量份的减水剂，搅拌45min，制得隔热保温混凝土。
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