CN112456884A - 一种透光混凝土的制备方法及透光混凝土 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及透光混凝土的领域，具体公开了一种透光混凝土的制备方法级透光混凝土，透光混凝土的制备方法包括以下步骤：步骤一，制备透光球状颗粒；步骤二，制备改性透光球状颗粒；步骤2，向半成品表面喷涂胶凝粉，使得半成品表面形成胶凝粉层，制得改性透光球状颗粒；步骤三，制备水泥砂浆；步骤四，制备性能调节剂；步骤五，浇筑成型：将改性透光球状颗粒置于模具中，将性能调节剂和水泥砂浆混合均质后，注入模具内，待混凝土完全硬化后，脱模制得透光混凝土。通过本申请的制备方法制得的透光混凝土，其抗压强度好，耐火性能佳，提高透光混凝土的使用安全性，同时透光体与混凝土之间的界面粘结强度高，延长混凝土的使用寿命。

Description

一种透光混凝土的制备方法及透光混凝土
技术领域
本申请涉及混凝土的领域，更具体地说，它涉及一种透光混凝土 的制备方法及透光混凝土。
背景技术
2001年一位匈牙利建筑师通过将大量的光纤埋入传统的混凝土 中，发明了透光混凝土。而后，意大利水泥集团的研究人员研制出的 透光混凝土中的性能调节剂以树脂代替了光纤，并应用于2010年上 海世博会的意大利馆中。透光混凝土作为一种全新的建筑功能材料， 具有高透光性，其可透过太阳光的特点，使得建筑物的内部获得绿色 环保的自然光。这不仅提高了建筑物的采光，而且改变了建筑物传统 的单调模式，在节约能源的同时提高了建筑物的装饰性和观赏性。
与传统混凝土相比，透光混凝土在原料上最大的不同就是加入 了性能调节剂。光纤作为导光材料成本昂贵，且光纤的有序排列、布 设工艺也较为复杂，阻碍了透光混凝土的规模化生产与推广应用。而 树脂作为性能调节剂时制备工艺简单，成本低廉，也因此受到了更多 的透光混凝土生产商的青睐。
在冶金与材料(第38卷第5期)2018年10月公开的《新型绿 色透光混凝土》(包兴雨，付正杰，杨成(贵州师范大学材料与建筑 工程学院，贵州贵阳550025))中提到，采用废旧的亚克力棒作为 性能调节剂制备透光混凝土，替换掉光纤的同时也能对亚克力棒二 次利用，从资源循环利用和经济两方面有效节约成本。
但是发明人发现亚克力棒的主要原料为聚甲基丙烯酸甲酯，聚 甲基丙烯酸甲酯很容易燃烧，耐火性差，一旦建筑物发生火灾时，存 在很大的安全隐患；而且亚克力棒表面光滑，与混凝土之间粘结性差， 亚克力棒与混凝土之间容易产生裂缝，影响混凝土的整体强度和使 用寿命。
发明内容
为了提高透光混凝土的耐火性能和强度，提高透光体与混凝土 之间的界面粘结强度，延长混凝土的使用寿命，本申请提供一种透光 混凝土的制备方法及透光混凝土。
第一方面，本申请提供一种透光混凝土的制备方法，采用如下 的技术方案：
一种透光混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，制备透光球状颗粒：将废旧的亚克力棒进行熔融，以亚 克力棒的重量为基准，加入0.1-0.5wt％的阻燃剂并混合均匀，保温 1-2h后，注入球形模具中，加入固化剂并混合均匀，待完全凝固后， 取出制得透光球状颗粒；
步骤二，制备改性透光球状颗粒，包括以下步骤：
步骤1，将透光球状颗粒置于碱液中，加热至50-60℃，搅拌5- 15min，然后用水将透光球状颗粒表面附着的碱液洗净，并烘干水分， 制得半成品；
步骤2，向半成品表面喷涂胶凝粉，使得半成品表面形成胶凝粉 层，制得改性透光球状颗粒；
步骤三，制备水泥砂浆，按重量比水泥：水：细砂：粉煤灰：减 水剂为1:(0.3-0.4):(0.8-1):(0.05-0.1):(0.04-0.06)的配比，混 合搅拌均匀制得水泥砂浆；
步骤四，制备性能调节剂，将聚酰亚胺粉粉碎至0.1mm以下得粉 料，将聚异丁烯和氧化锆混合均匀制得浆料，将浆料与粉料通过喷雾 干燥技术制得粒径为0.2mm以下的性能调节剂；其中聚异丁烯、氧化 锆和粉料的质量比为(1-3):1:(0.5-1)；
步骤五，浇筑成型：将改性透光球状颗粒置于模具中，将性能调 节剂和水泥砂浆混合均质后，注入模具内，待混凝土完全硬化后，脱 模制得透光混凝土。
通过采用上述技术方案，将亚克力棒在熔融状态下加入阻燃剂， 使其含有阻燃成分，改善原料的耐燃性能，以使得制得的透光球状颗 粒具有良好的耐火性能。将透光球状颗粒置于温热的碱液中，对其表 面具有一定的浸蚀作用，改善透光球状颗粒的表观性能，以使得透光 球状颗粒表面产生一定的孔隙，增大透光球状颗粒的表面积，形成的 胶凝粉层附着在其表面，可与其他物质协同改善混凝土与透光球状 颗粒之间的粘结性，提高界面粘结强度，从而提高产品的抗压强度， 延长混凝土的使用寿命。
水泥砂浆中掺入粉煤灰，可改善混凝土的密实性，提高混凝土的 强度。将聚异丁烯与氧化锆混合成浆料，将聚酰亚胺粉粉碎后得到的 粉料与浆料通过喷雾干燥技术紧密结合在一起，聚异丁烯具有良好 的成膜性，作为成膜剂将氧化锆与聚酰亚胺粉紧密包裹在一起，以使 得形成的性能调节剂不仅含有阻燃成分，还能分散在体系中提高产 品的阻燃性能，进而改善产品的耐火性能，性能调节剂的加入水泥砂 浆体系中还可增强各原料组分间的粘结性。性能调节剂不仅能够改 善混凝土的自密实性，还能够均匀分散在水泥砂浆体系提高混凝土 的粘结强度和耐火性能，提高透光混凝土的综合性能。
优选的，所述阻燃剂包括聚四氟乙烯微粉和硼酸锌。
通过采用上述技术方案，聚四氟乙烯微粉具有良好的耐热性 和分散性，自润滑性高，具有高阻燃性的优点，改善透光球状颗粒 的阻燃性能。硼酸锌的加入对聚四氟乙烯微粉的阻燃性能起增效 作用，进一步改善混凝土的阻燃性能，提高混凝土的耐火性能。
优选的，所述聚四氟乙烯微粉和硼酸锌的质量比为1:1。
通过采用上述技术方案，优化聚四氟乙烯微粉和硼酸锌的配比， 进一步改善混凝土的阻燃性能，提高防火等级。
优选的，所述胶凝粉包括云母粉、氯化钙和硅酸钠，所述云母 粉、氯化钙和硅酸钠的质量比为(3-6):(0.2-0.5):(1-3)。
通过采用上述技术方案，硅酸钠具有较强的粘结力，云母粉 具有良好的弹性、韧性和较强的附着力；在水泥砂浆体系中，氯化 钙与硅酸钠混合会形成凝胶，这些成分混合后能够得到粘结力强 的固化粘结料，显著提高透光球状颗粒与混凝土之间的粘结性， 改善界面粘结强度，进一步提高混凝土的强度。
优选的，所述胶凝粉层厚度为0.7-1mm。
通过采用上述技术方案，形成合适厚度的胶凝粉层，改善混凝 土与透光球状颗粒之间的粘结性能，提高界面粘结强度。
优选的，所述云母粉、氯化钙和硅酸钠的质量比为3.2:0.4:1.6。
通过采用上述技术方案，选取更优的胶凝粉组分配比，优化 混凝土与透光球状颗粒之间的界面粘结强度。
优选的，所述碱液为浓度为5-8％的氢氧化钠溶液。
通过采用上述技术方案，选取合适的碱液成分，对透光球状颗 粒表面具有一定的浸蚀作用，改善透光球状颗粒的表观性能，以使得 透光球状颗粒表面产生一定的孔隙，增大透光球状颗粒的表面积，形 成的胶凝粉层附着在其表面，可与其他物质协同改善混凝土与透光 球状颗粒之间的界面粘结强度。
优选的，所述聚异丁烯、氧化锆和粉料的质量比为2:1:0.8。
通过采用上述技术方案，优化聚异丁烯、氧化锆和粉料的质量 比，改善混凝土的自密实性，提高混凝土的综合性能。
第二方面，本申请提供一种透光混凝土，采用如下的技术方 案：
一种透光混凝土，由上述一种透光混凝土的制备方法制得。
通过采用上述技术方案，通过本申请的制备方法制得的透光混 凝土，其抗压强度好，耐火性能佳，提高透光混凝土的使用安全性， 同时透光体与混凝土之间的界面粘结强度高，延长混凝土的使用寿 命并改善透光效果。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、将亚克力棒在熔融状态下加入阻燃剂，使其含有阻燃成分， 改善原料的耐燃性能，以使得制得的透光球状颗粒具有良好的耐火 性能。将透光球状颗粒置于温热的碱液中，对其表面具有一定的浸蚀 作用，改善透光球状颗粒的表观性能，以使得透光球状颗粒表面产生 一定的孔隙，增大透光球状颗粒的表面积，形成的胶凝粉层附着在其 表面，可与其他物质协同改善混凝土与透光球状颗粒之间的粘结性， 提高界面粘结强度，从而提高产品的抗压强度，延长混凝土的使用寿 命。
2、硅酸钠具有较强的粘结力，云母粉具有良好的弹性、韧性 和较强的附着力；在水泥砂浆体系中，氯化钙与硅酸钠混合会形 成凝胶，这些成分混合后能够得到粘结力强的固化粘结料，显著 提高透光球状颗粒与混凝土之间的粘结性，改善界面粘结强度， 进一步提高混凝土的强度。
3、性能调节剂不仅能够改善混凝土的自密实性，还能够均匀分 散在水泥砂浆体系提高混凝土的粘结强度和耐火性能，提高透光混 凝土的综合性能。
4、通过本申请的原料组分并通过本申请的制备方法制得的透光 混凝土，其抗压强度好，耐火性能佳，提高透光混凝土的使用安全性， 同时透光体与混凝土之间的界面粘结强度高，延长混凝土的使用寿 命并改善透光效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
以下实施例中所采用的原料组分均为市售原料。
实施例
实施例1
一种透光混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，制备透光球状颗粒：将废旧的亚克力棒4kg进行熔融， 加入聚四氟乙烯微粉1kg和硼酸锌3kg并混合均匀，保温1.5h后， 注入球形模具中，加入二乙胺固化剂0.5g并混合均匀，待完全凝固 后，取出制得透光球状颗粒；
步骤二，制备改性透光球状颗粒，包括以下步骤：
步骤1，将透光球状颗粒置于浓度为6％的氢氧化钠溶液中，加热 至55℃，搅拌5min，然后用水将透光球状颗粒表面附着的碱液洗净， 置于温度为70℃的恒温干燥箱中烘干水分，制得半成品；
步骤2，向半成品表面通过静电喷涂的方式喷涂胶凝粉，胶凝粉 由云母粉3kg、氯化钙0.2kg和硅酸钠1kg组成，使得半成品表面形 成胶凝粉层，胶凝粉层厚度为0.9mm，制得改性透光球状颗粒；
步骤三，制备水泥砂浆，将水泥100kg、水30kg、细砂80kg、 粉煤灰5kg、干酪素4kg混合搅拌均匀制得水泥砂浆；
步骤四，制备性能调节剂，将聚酰亚胺粉0.5kg粉碎至0.1mm以 下得粉料，将聚异丁烯1kg和氧化锆1kg混合均匀制得浆料，将浆 料与粉料通过喷雾干燥技术制得粒径为0.2mm以下的性能调节剂；
步骤五，浇筑成型：将改性透光球状颗粒置于模具中，将性能调 节剂和水泥砂浆混合均质后，注入模具内，待混凝土完全硬化后，脱 模制得透光混凝土。
实施例2
与实施例1的区别在于，步骤三中，将水泥100kg、水40kg、细 砂100kg、粉煤灰10kg、干酪素6kg混合搅拌均匀制得水泥砂浆；其 余均与实施例1相同。
实施例3
与实施例1的区别在于，步骤三中，将水泥100kg、水30kg、细 砂90kg、粉煤灰9kg、干酪素5kg混合搅拌均匀制得水泥砂浆；其余 均与实施例1相同。
实施例4
与实施例3的区别在于，在步骤一中，聚四氟乙烯微粉10g和 硼酸锌5g，其余均与实施例3相同。
实施例5
与实施例3的区别在于，在步骤一中，聚四氟乙烯微粉3.5g和 硼酸锌2.5g，其余均与实施例3相同。
实施例6
与实施例3的区别在于，在步骤一中，聚四氟乙烯微粉7g和硼 酸锌7g，其余均与实施例3相同。
实施例7
与实施例6的区别在于，步骤2中，胶凝粉由云母粉6kg、氯化 钙0.5kg和硅酸钠3kg组成，其余均与实施例6相同。
实施例8
与实施例6的区别在于，步骤2中，胶凝粉由云母粉3.2kg、氯 化钙0.4kg和硅酸钠1.6kg组成，其余均与实施例6相同。
实施例9
与实施例8的区别在于，步骤2中，形成的胶凝粉层的厚度为 0.1mm，其余均与实施例8相同。
实施例10
与实施例8的区别在于，步骤四中，聚酰亚胺粉为1kg，聚异丁 烯为3kg，氧化锆为0.6kg，其余均与实施例8相同。
实施例11
与实施例10的区别在于，步骤四中，聚酰亚胺粉为2kg，聚异 丁烯为0.8kg，氧化锆为1kg，其余均与实施例10相同。
实施例12
与实施例10的区别在于，步骤四中，聚酰亚胺粉为0.8kg，聚 异丁烯为2kg，氧化锆为1kg，其余均与实施例10相同。
实施例13
与实施例12的区别在于，碱液为浓度为12％的氢氧化钠溶液， 其余均与实施例12相同。
对比例
对比例1
与实施例1的区别在于，步骤一中，废旧的亚克力棒4kg进行 熔融后，注入球形模具中，加入二乙胺固化剂0.5g并混合均匀，待 完全凝固后，取出制得透光球状颗粒；其余均与实施例1相同。
对比例2
与实施例1的区别在于，步骤二中，直接在透光球状颗粒表面喷 涂胶凝粉，其余均与实施例1相同。
对比例3
与实施例1的区别在于，步骤二中，不喷涂胶凝粉，其余均与实 施例1相同。
对比例4
与实施例1的区别在于，步骤四中，将聚酰亚胺粉0.5kg粉碎 至0.1mm以下即得性能调节剂，其余均与实施例1相同。
性能检测试验
检测方法/试验方法
将实施例1-13和对比例1-4制得的混凝土试样根据GB/T 50081-2011《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行28天抗压强 度试验，根据GB/T 9978.2-2019《建筑构件耐火试验方法》进行耐 火极限的测定，试验结果如表1所示。
将实施例1-13和对比例1-4制得的混凝土试样进行界面抗拉粘 结强度试验，试验方法如下：试验采用Φ45mm×80mm的圆筒形模具， 先在模具内浇筑水泥砂浆，然后将透光球状颗粒置于水泥砂浆上，利 用上海新三思计量仪器制造有限公司生产的CMT系列微机控制电子 万能(拉力)试验机测试抗拉粘结强度试块的28天受拉破坏荷载， 计算界面粘结强度；公式：T＝F/A，其中T为抗拉粘结强度，单位为 MPa，F为抗拉破坏时的拉力，单位KN，A为试件的横截面积，单位 m 2，此处试件为直径4.5cm的圆柱形，试验结果如表1所示。
表1试验结果
抗压强度/MPa 耐火极限/h 界面粘结强度/MPa
实施例1 25 3.5 2.2
实施例2 25.2 3.5 2.2
实施例3 26 3.5 2.3
实施例4 27.5 3.75 2.4
实施例5 27 3.6 2.3
实施例6 27.5 4 2.45
实施例7 28 4.1 2.65
实施例8 28.5 4.2 2.87
实施例9 28 4.2 2.55
实施例10 28 4.1 2.9
实施例11 28.5 4.25 2.9
实施例12 30 4.5 3.14
实施例13 29 4.45 3
对比例1 22 2.5 2
对比例2 23 3.2 1.74
对比例3 20 3 1.46
对比例4 20 2.75 2
结合实施例1-3并结合表1可以看出，调整水泥砂浆中各组分 的配比，对混凝土的抗压强度和界面粘结强度有一定程度的影响，其 中实施例3的组分配比更优。结合实施例3-6并结合表1可以看到， 调整阻燃剂的成分配比，对制得的产品的耐火极限具有一定影响，当 聚四氟乙烯微粉和硼酸锌的质量比为1:1时，制备得到的混凝土的 耐火极限最高，耐火性能更佳。结合实施例6-8并结合表1可以看 到，调整胶凝粉的组分配比可提高界面粘结强度，云母粉、氯化钙和 硅酸钠的质量比为3.2:0.4:1.6时更佳。结合实施例8-9可看到，喷 涂的胶凝粉层若太薄，在水泥砂浆的体系中无法形成良好的粘结胶 凝层，因此喷涂形成合适的胶凝粉层厚度，可改善透光球状颗粒与混 凝土之间的界面粘结强度。结合实施例10-12可以看到，性能调节剂 的不同组分配比，对混凝土的抗压强度和耐火性能和界面粘结强度 均有明显的作用。通过实施例12-13并结合表1可以看到，碱液浓 度过高会使得透光球状颗粒与混凝土之间的粘结强度变差，进而影 响混凝土的抗压性能，这是由于过高浓度的碱液对透光球状颗粒的 浸蚀程度加强，破坏了透光球状颗粒原本的性能，因此选取合适的碱 液和碱液浓度方能改善界面粘结强度。
通过实施例1和对比例1并结合表1可以看到，未添加阻燃剂 制得的产品的耐火极限显著下降，由此可见阻燃剂的加入可显著提 升产品的耐火性能。通过实施例1和对比例2并结合表1可以看到， 不通过温热的碱液透光球状颗粒的表面进行改性，制得的混凝土与透光球状颗粒之间的界面粘结强度下降，由此可见对透光球状颗粒 的表观性能进行改性可提高混凝土与透光球状颗粒之间的界面粘结 强度；通过实施例1和对比例3并结合表1可以看到，未喷涂胶凝 粉，导致混凝土与透光球状颗粒之间界面粘结强度显著下降，由此可见形成的胶凝粉层在水泥砂浆体系中形成的固化粘结料可实现混凝 土与透光球状颗粒界面过渡区的良好粘结，显著提高界面粘结强度。 通过实施例1和对比例4并结合表1可以看到，仅加入聚酰亚胺粉， 其制得的混凝土的耐火极限显著下降，同时混凝土的抗压强度也下 降，由此可见聚酰亚胺粉与聚异丁烯和氧化锆协同改善混凝土综合 性能。
综上，通过实施例1-13可以看到，通过本申请的原料组分并通 过本申请的制备方法制得的透光混凝土，其抗压强度好，耐火性能佳， 提高透光混凝土的使用安全性，同时透光体与混凝土之间的界面粘 结强度高，延长混凝土的使用寿命并改善透光效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限 制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例 做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都 受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种透光混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，制备透光球状颗粒：将废旧的亚克力棒进行熔融，以亚克力棒的重量为基准，加入0.1-0.5wt%的阻燃剂并混合均匀，保温1-2h后，注入球形模具中，加入固化剂并混合均匀，待完全凝固后，取出制得透光球状颗粒；
步骤二，制备改性透光球状颗粒，包括以下步骤：
步骤1，将透光球状颗粒置于碱液中，加热至50-60℃，搅拌5-15min，然后用水将透光球状颗粒表面附着的碱液洗净，并烘干水分，制得半成品；
步骤2，向半成品表面喷涂胶凝粉，使得半成品表面形成胶凝粉层，制得改性透光球状颗粒；
步骤三，制备水泥砂浆，按重量比水泥：水：细砂：粉煤灰：减水剂为1:(0.3-0.4):(0.8-1):(0.05-0.1):(0.04-0.06)的配比，混合搅拌均匀制得水泥砂浆；
步骤四，制备性能调节剂，将聚酰亚胺粉粉碎至0.1mm以下得粉料，将聚异丁烯和氧化锆混合均匀制得浆料，将浆料与粉料通过喷雾干燥技术制得粒径为0.2mm以下的性能调节剂；其中聚异丁烯、氧化锆和粉料的质量比为(1-3):1:(0.5-1)；
步骤五，浇筑成型：将改性透光球状颗粒置于模具中，将性能调节剂和水泥砂浆混合均质后，注入模具内，待混凝土完全硬化后，脱模制得透光混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述阻燃剂包括聚四氟乙烯微粉和硼酸锌。
3.根据权利要求2所述的一种透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯微粉和硼酸锌的质量比为1:1。
4.根据权利要求1所述的一种透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述胶凝粉包括云母粉、氯化钙和硅酸钠，所述云母粉、氯化钙和硅酸钠的质量比为(3-6):(0.2-0.5):(1-3)。
5.根据权利要求4所述的一种透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述胶凝粉层厚度为0.7-1mm。
6.根据权利要求4所述的一种透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述云母粉、氯化钙和硅酸钠的质量比为3.2:0.4:1.6。
7.根据权利要求1所述的一种透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述碱液为浓度为5-8%的氢氧化钠溶液。
8.根据权利要求1所述的一种透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述聚异丁烯、氧化锆和粉料的质量比为2:1:0.8。
9.一种透光混凝土，其特征在于：由权利要求1-8任一项所述的一种透光混凝土的制备方法制得。
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