CN115159950B - 建筑材料的制备方法及建筑材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑材料的制备方法及建筑材料。该建筑材料的制备方法包括如下步骤：(1)将包括45～70重量份粉煤灰、20～30重量份矿粉、10～25重量份硅酸钠、0.2～2重量份聚醚型聚羧酸减水剂和150～250重量份砂子的原料混合，得到混合浆液；(2)将混合浆液成型，得到坯体；(3)将坯体在温度为15～30℃且湿度为50～70％的条件下养护5～15h，然后在温度为25～35℃且湿度为75～95％的条件下养护500～700h，得到建筑材料。本发明的制备方法得到的建筑材料具有较高的强度，造价低。

Description

建筑材料的制备方法及建筑材料
技术领域
本发明涉及一种建筑材料的制备方法，还涉及一种建筑材料。
背景技术
水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性好等优势，而被广泛应用于道路建设。随着水泥混凝土路面使用时间的增长以及大型运输车辆给水泥混凝土路面带来的损坏，越来越多的路面出现了问题，需要及时修补。因此，急需一种强度高且能够快速开放交通的路面修补材料。
CN102659363A公开了一种轻质高强混凝土。该混凝土主要由如下原材料制成：硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、硅灰、陶粒、陶砂、高性能减水剂、激发剂、增粘剂和水。该混凝土需要使用硅酸盐水泥，且其养护28天的抗压强度仅为50MPa左右。
CN103755251A公开了一种以粉煤灰和矿粉为胶凝材料的混凝土砌块。混凝土砌块包括胶凝材料、砂子、减水剂、激发剂和水，胶凝材料包括水泥、粉煤灰和矿粉。激发剂为硫酸钠。该混凝土砌块的原料中含有水泥，且养护28天的抗压强度和抗折强度较低。
CN105645894A公开了一种大掺量矿粉高性能混凝土。由水泥、矿粉、碎石、河砂、水、激发剂和减水剂制备而成。激发剂为硫酸钠，减水剂为聚羧酸高效减水剂复配木质素磺酸钠。该混凝土需要用的水泥，且强度较低。
CN111620664A公开了一种非水泥基超高性能混凝土。该混凝土包括如下原料组分：矿粉、硅灰、粉煤灰、细砂、中砂、粗砂、硅酸钠溶液、氢氧化钠、高效减水剂和钢纤维。该混凝土需要用到钢纤维，造价较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种建筑材料的制备方法，该方法制得的建筑材料具有较高的强度，且造价低。进一步地，该方法制得的建筑材料具有适中的初凝时间和较短的终凝时间。更进一步地，该方法制得的建筑材料的膨胀率低。本发明的另一个目的在于提供一种建筑材料。
一方面，本发明提供了一种建筑材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将包括45～70重量份粉煤灰、20～30重量份矿粉、10～25重量份硅酸钠、0.2～2重量份聚醚型聚羧酸减水剂和150～250重量份砂子的原料混合，得到混合浆液；
(2)将混合浆液成型，得到坯体；
(3)将坯体在温度为15～30℃且湿度为50～70％的条件下养护5～15h，然后在温度为25～35℃且湿度为75～95％的条件下养护500～700h，得到建筑材料。
根据本发明的制备方法，优选地，所述聚醚型聚羧酸减水剂由包括烯丙醇聚氧乙烯醚和马来酸酐的原料通过自由基聚合得到。
根据本发明的制备方法，优选地，所述粉煤灰为一级粉煤灰，所述矿粉为S95级矿粉，所述砂子为标准砂。
根据本发明的制备方法，优选地，所述硅酸钠的模数为1.2～1.8。
根据本发明的制备方法，优选地，所述原料还包括水。
根据本发明的制备方法，优选地，粉煤灰的用量为50～65重量份、矿粉的用量为23～27重量份、硅酸钠的用量为10～20重量份、聚醚型聚羧酸减水剂的用量为0.5～1.5重量份、砂子的用量为180～230重量份。
根据本发明的制备方法，优选地，混合时间为100～300s。
另一方面，本发明提供了一种建筑材料，所述建筑材料由上述制备方法制备得到。
根据本发明的建筑材料，优选地，所述建筑材料的抗折强度大于10MPa，所述建筑材料的抗压强度大于85MPa。
根据本发明的建筑材料，优选地，所述建筑材料的初凝时间≥40min，终凝时间≤60min，所述建筑材料的膨胀率≤0.05％。
本发明的养护条件与混合浆液配合能够得到强度高的建筑材料。本发明的建筑材料无需使用水泥、增强纤维等原料，仅采用工业废渣作为胶凝材料，配合适当的养护条件，使建筑材料在较低的成本的基础上获得了较高的强度，具有较高的经济价值和工业实用价值。本发明的聚醚型聚羧酸减水剂和硅酸钠的用量和配比既能够使建筑材料具有较高的强度，又具有适中的初凝时间和终凝时间满足施工和快速开放交通的要求。
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。
<建筑材料的制备方法>
本发明的建筑材料的制备方法包括如下步骤：(1)混合的步骤；(2)成型的步骤；和(3)养护的步骤。下面进行详细介绍。
混合的步骤
将原料混合，得到混合浆液。
本发明的原料包括粉煤灰、矿粉、硅酸钠、聚醚型聚羧酸减水剂和砂子。原料中还可以包括水。在某些实施方式中，原料由粉煤灰、矿粉、硅酸钠、聚醚型聚羧酸减水剂、砂子和水组成。本发明的原料中不含有水泥、天然矿石或增强纤维。本发明发现以适当比例的粉煤灰和矿粉为胶凝材料，配合硅酸钠和聚醚型聚羧酸减水剂在适当的养护条件下，能够以较低的成本，获得强度较高的建筑材料。此外，本发明的胶凝材料具有适当的初凝时间能够满足施工的要求，且具有较短的终凝时间。
粉煤灰可以为一级粉煤灰。粉煤灰的用量为45～70重量份；优选为50～65重量份；更优选为55～60重量份。根据本发明的一个实施方式，粉煤灰的用量为58.8重量份。粉煤灰的用量过多或过少都会导致建筑材料的强度和初凝时间降低。
矿粉可以为S95级矿粉。矿粉的用量20～30重量份；优选为23～27重量份；更优选为25.2重量份。粉煤灰和矿粉的重量比可以为(1.5～3.5):1；优选为(2～3):1；更优选为(2.3～2.5):1。这样用量的矿粉能够与粉煤灰在水化的过程中起到相互协同的作用，从而提高建筑材料的强度，且能够使其具有较长的初凝时间。
硅酸钠的模数可以为1.2～1.8。硅酸钠的堆积密度可以不低于0.55g/cm3。硅酸钠的用量为10～25重量份；优选为10～20重量份；更优选为13～17重量份。根据本发明的一个实施方式，硅酸钠的用量为15重量份。这样能够使建筑材料具有较高的强度和较长的初凝时间。
聚醚型聚羧酸减水剂的用量为0.2～2重量份；优选为0.5～1.5重量份；更能优选为1～1.2重量份。聚醚型聚羧酸减水剂可以根据“聚羧酸系高性能减水剂及其应用技术新进展”(中国建筑学会建材分会混凝土外加剂应用技术编，北京：北京理工大学出版社，第170-173页，2011年05月)获得，也可以根据“改性聚醚型聚羧酸减水剂合成及流动性能的研究”(曲烈等主编，预拌砂浆生产与工程应用，北京：中国建材工业出版社，第253-260页，2018年11月)获得。在此将这些内容引入本文，作为本申请的一部分。
聚醚型聚羧酸减水剂可以由烯丙醇聚氧乙烯醚与不饱和单体通过共聚反应生成。烯丙醇聚氧乙烯醚也可以称之为烯丙基聚乙二醇。不饱和单体包括但不限于丙烯酸(AA)、马来酸酐(MAL)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)。具体地，所述聚醚型聚羧酸减水剂由包括烯丙醇聚氧乙烯醚和马来酸酐的原料通过自由基聚合得到。根据本发明的一个实施方式，聚醚型聚羧酸减水剂以烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)、丙烯酸(AA)、马来酸酐(MAL)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)为单体，以过硫酸铵(APS)为引发剂，采用水溶液自由基聚合得到。以烯丙醇聚氧乙烯醚的EO聚合度为30～50，分子量为600～1500。APEG、AMPS、AA和MAL的重量比为1:0.12:3:2.4；APS用量为单体重量的2％。根据本发明的另一个实施方式，聚醚型聚羧酸减水剂可以为山东优索化工科技有限公司生产的型号为PCE-11的聚醚型聚羧酸减水剂。
砂子可以为标准砂。砂子的用量可以为150～250重量份；优选为180～230重量份；更优选为200～210重量份。这样能够增加建筑材料的强度。
水的用量可以为20～50重量份；优选为22～45重量份；更优选为25～40重量份。
混合时间可以为100～300s；优选为120～250s；更优选为150～200s。
成型的步骤
将混合浆液成型，得到坯体。可以将混合浆液浇铸于模具中成型。坯体的形状可以为正方体、长方体、圆柱体等。根据本发明的一个实施方式，坯体为长方体。
养护的步骤
将坯体在第一养护条件下养护第一养护时间，然后在第二养护条件下养护第二养护时间，得到建筑材料。
第一养护温度为15～30℃；优选为18～25℃；更优选为20～22℃。第一养护湿度为50～70％；优选为55～65％；更优选为60～62％。第一养护时间为5～15h；优选为7～10h；更优选为8～9h。这样的养护条件能够提高建筑材料的强度。
第二养护温度为25～35℃；优选为25～32℃；更优选为28～30℃。第二养护湿度为75～95％；优选为80～90％；更优选为83～88％。第二养护时间为500～700h；优选为600～700h；更优选为660～670h。第一养护时间与第二养护时间之和可以为672h。这样的养护条件能够提高建筑材料的强度。
<建筑材料>
本发明的建筑材料由上述方法制备得到。
建筑材料的抗折强度大于10MPa；优选地，抗折强度大于等于11MPa。在某些实施方式中，建筑材料的抗折强度为11～13MPa。抗折强度采用GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》中规定的方法进行测试。抗折强度可以为养护28天的抗折强度。
建筑材料的抗压强度大于85MPa；优选地，抗压强度大于等于90MPa。在某些实施方式中，建筑材料的抗压强度为90～95MPa。抗压强度采用GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》中规定的方法进行测试。抗压强度可以为养护28天的抗压强度。
建筑材料的膨胀率≤0.05％；优选地，膨胀率≤0.04％。在某些实施方式中，膨胀率为0.01～0.04％。膨胀率为24h与3h的膨胀值之差。24h的膨胀值和3h的膨胀值采用GB/T50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》中规定的方法进行测试。
建筑材料的初凝时间≥40min；优选地，初凝时间≥45min。在某些实施方式中，初凝时间为46～50min。终凝时间≤60min；优选地，终凝时间≤55min。在某些实施方式中，终凝时间为50～55min。初凝时间和终凝时间按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测试。
下面介绍原料：
粉煤灰为一级粉煤灰。
矿粉为S95级矿粉。
硅酸钠的模数为1.2～1.8，堆积密度不低于0.55g/cm3。
聚醚型聚羧酸减水剂型号为PCE-11，购买自山东优索化工科技有限公司。
实施例1
(1)将58.8重量份粉煤灰、25.2重量份矿粉、15重量份硅酸钠、1重量份聚醚型聚羧酸减水剂、200重量份标准砂和33.6重量份水混合150s，得到混合浆液。
(2)将混合浆液浇铸在40mm×40mm×160mm的模具中成型，得到坯体。
(3)将坯体在温度为20℃，且湿度为60％的条件下养护8h；然后在温度为28℃，且湿度为85％的条件下养护664h，得到建筑材料。
将建筑材料按照GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》测试其养护28天的抗压强度和养护28天的抗折强度。
膨胀率为24h与3h的膨胀值之差。24h的膨胀值和3h的膨胀值采用GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》中规定的方法进行测试。
将混合浆液倒入圆模中，按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测试其凝结时间。
比较例1
除步骤(1)与实施例1不同外，其余同实施例1。步骤(1)具体如下所示：
(1)将50.4重量份粉煤灰、8.4重量份钢渣、25.2重量份矿粉、15重量份硅酸钠、1重量份聚醚型聚羧酸减水剂、200重量份标准砂和33.6重量份水混合150s，得到混合浆液。
比较例2
除步骤(1)与实施例1不同外，其余同实施例1。步骤(1)具体如下所示：
(1)将67.2重量份粉煤灰、16.8重量份矿粉、15重量份硅酸钠、1重量份聚醚型聚羧酸减水剂、200重量份标准砂和37.8重量份水混合150s，得到混合浆液。
比较例3
除将硅酸钠替换为硫酸钠外，其余同实施例1。
比较例4
除将聚醚型聚羧酸减水剂替换为萘系减水剂外，其余同实施例1。萘系减水剂购买自山东优索化工科技有限公司，型号为FDN-C。
比较例5
除步骤(3)养护条件不同外，其余同实施例1。步骤(3)具体如下所示：
(3)将坯体在温度为35℃，且湿度为75％的条件下养护8h；然后在温度为20℃，且湿度为50％的条件下养护664h，得到建筑材料。
表1
将实施例1和比较例1-2相比可知，工业废渣的选择和用量并非为常规选择，比较例1-2所得到的建筑材料的抗压强度和抗折强度均低于实施例1，且初凝时间也有所降低。
实施例1和比较例3的区别在于将硅酸钠替换为硫酸钠；实施例1和比较例4的区别在于将聚醚型聚羧酸减水剂替换为萘系减水剂。比较例3和比较例4所制得的建筑材料的抗压强度和抗折强度均低于实施例1。由此可见，硅酸钠和聚醚型聚羧酸减水剂具有一定的协同作用。
比较例5所得到的建筑材料较实施例1相比，其抗折强度和抗压强度以及初凝时间均有所降低，这表明养护条件对于建筑材料的抗折强度和抗压强度具有重要的影响。本发明组成的建筑材料配合这样的养护条件能够获得较高的抗折强度和抗压强度。
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 (7)

1.一种建筑材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将由58.8重量份粉煤灰、25.2重量份矿粉、15重量份硅酸钠、1重量份聚醚型聚羧酸减水剂、200重量份标准砂和33.6重量份水组成的原料混合150s，得到混合浆液；
(2)将混合浆液浇铸在40mm×40mm×160mm的模具中成型，得到坯体；
(3)将坯体在温度为20℃且湿度为60％的条件下养护8h，然后在温度为28℃且湿度为85％的条件下养护664h，得到建筑材料；
所述建筑材料的抗压强度大于等于90MPa。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚醚型聚羧酸减水剂由包括烯丙醇聚氧乙烯醚和马来酸酐的原料通过自由基聚合得到。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰，所述矿粉为S95级矿粉。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠的模数为1.2～1.8。
5.一种建筑材料，其特征在于，所述建筑材料由权利要求1～4任一项所述的制备方法制备得到。
6.根据权利要求5所述的建筑材料，其特征在于，所述建筑材料的抗折强度大于10MPa。
7.根据权利要求5所述的建筑材料，其特征在于，所述建筑材料的初凝时间≥40min，终凝时间≤60min，所述建筑材料的膨胀率≤0.05％。
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