聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土及其制备方法

摘要

一种聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土的制备方法，它的原料按重量份配比如下：水泥1份；粉煤灰0.40～0.50份；薄层裹壳浮石砂、聚苯颗粒和橡胶颗粒0.80～1.20份；外加剂0.010～0.015份；发泡剂0.005～0.007份；水0.50～0.55份。制备步骤一，制备薄层裹壳浮石砂；步骤二，将聚苯颗粒和橡胶颗粒进行界面处理；步骤三，按配比将水泥、粉煤灰、水、外加剂和薄层裹壳浮石砂投入搅拌机中搅拌；步骤四，将界面处理后的聚苯颗粒和橡胶颗粒投入搅拌机中继续搅拌；步骤五，将发泡剂打泡后倒入上述搅拌物搅拌均匀。本发明有效提高了轻集料混凝土的力学性能，增强了保温隔热性能，并降低了生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻集料混凝土及其制备方法。

背景技术

轻集料混凝土是用轻集料配制成的、容重不大於1900公斤/米的轻混凝土，也称多孔集料轻混凝土。由于轻集料混凝土中含有大量封闭的孔隙，使其具有轻质、保温隔热性能好、施工方便等性能，与同标号的普通混凝土相比，可减轻自重20～30％以上。现有轻集料混凝土通常是用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成。目前，轻质原料主要采用陶粒、炉渣、浮石、膨胀珍珠岩、聚苯乙烯泡沫塑料颗粒等，但由于上述原料产量小，分布不均，异地运输成本高等原因，所以客观上我国轻质原料的整体情况不足，致使一些地区轻质保温材料的发展受到制约。现有轻集料混凝土存在生产成本高，生产能耗大的问题。生产工艺一般采用各原料共同搅拌混合的方式，未能考虑到材料自身特性，影响轻集料混凝土的质量。

现有轻集料混凝土在生产中未能充分利用工业废弃物和天然材料，原材料的成本高、生产能耗大。在河北、山西、内蒙及东北等地区储量巨大的浮石，是一种天然轻骨料，制成的混凝土具有重量轻、保温性能好等优点，是一种有显著节能效果的材料，对其进行开发利用，不但有利于建筑结构和建筑节能，还有利于带动当地的经济发展和社会就业。此外，废橡胶有很强的抗热、抗生物、抗机械性，很难降解，几十年甚至上百年都不会由于自然力而消失掉。而聚苯乙烯具有抗老化,防腐蚀等特点,所以在自然界中不易腐烂,也不易被微生物降解,即便深埋,也会污染地下水源,破坏土壤结构,使粮食作物减产。如两者均做简单焚烧处理,则又会严重污染空气及大气环境。对废橡胶和废聚苯乙烯泡沫塑料进行回收利用, 将其由环境公害变成土木工程领域的绿色资源，既可减少环境污染,又能变废为宝,节约能源。

拌制混凝土时，若将浮石砂直接作为轻质原料来制备，由于浮石颗粒表面粗糙且具有裸露开放性孔洞，对拌合用水、水泥浆吸收量较大，从而使其混凝土拌合料和易性较差，而且水泥用量比普通混凝土大；同时由于孔洞中吸入了较多的水泥浆，增加了混凝土的密度，降低了保温隔音性能。而橡胶颗粒、聚苯颗粒属于有机材料，都是憎水性的，与无机胶凝体系的水泥浆体混合，两者之间不易润湿亲合，导致新拌浆体内聚性变差，也不能直接作为轻质原料来制备。另一方面，不同性质的聚苯颗粒、橡胶颗粒、浮石颗粒共掺使用，若颗粒粒径级配不合理，必然会影响其混凝土拌合料和易性，及其硬化体的力学性能和其他物理性能。因此必须颗粒粒径级配进行合理设计。另外，由于聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石混凝土涉及到了多种轻质原料的使用，且三种原材料的密度、形态差异较大，不能采用普通混凝土的拌制成形工艺，否则容易产生混凝土内部各相分布不均匀，易分层的现象，从而影响其性能。

发明内容

本发明提供一种聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土及其制备方法，要解决现有轻集料混凝土原材料成本高、生产能耗大的问题；并解决轻质原料与混凝土和易性差，轻集料混凝土的密度大、热导率高，保温隔热效果不好的技术问题；还解决普通轻集料混凝土的制备方法在混合时混凝土内部易分层，影响产品性能的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

这种聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土，所述它的原料按重量份配比如下：

水泥                                                  1份；

粉煤灰                                 0.40～0.50份；

浮石砂                                0.709-1.063份；

聚苯颗粒                            0.003～0.004份；

橡胶颗粒                            0.088～0.133份；

外加剂                              0.010～0.015份；

发泡剂                              0.005～0.007份；

水                                        0.50～0.55份。

所述聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铬络合物偶联剂的其中的一种用硅酸钠水溶液稀释而成。

所述浮石砂的粒径为2～6mm。

所述聚苯颗粒的粒径为4～7mm。

所述橡胶颗粒的粒径为16～20目。

所述外加剂为高效减水剂、早强剂、防冻剂中的一种或一种以上的混合物。

所述它的原料按重量份最佳配比如下：

水泥                                               1份；

粉煤灰                                       0.43份；

浮石砂                                      0.935份；

聚苯颗粒                                   0.004份；

橡胶颗粒                                   0.111份；

外加剂                            0.010～0.015份；

发泡剂                            0.005～0.007份；

水                                     0.50～0.55份。

这种聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土的制备方法，步骤如下：

步骤一，制备薄层裹壳浮石砂，先用硅酸钠水溶液喷淋浮石砂进行预湿；再将预湿的浮石砂投入混合好的水泥、粉煤灰浆体中搅拌，使浮石砂表面均匀包有一层薄壳；最后经自然养护24小时后得到薄层裹壳浮石砂；

步骤二，将聚苯颗粒和橡胶颗粒进行界面处理，按160～250g/L的比例称取界面处理剂加入硅酸钠水溶液中稀释，然后将稀释后的界面处理剂缓缓倒入盛有聚苯颗粒和橡胶颗粒的容器中，边倒边搅拌，直到聚苯颗粒和橡胶颗粒能够均匀分散、表面有均匀油状膜分布且聚苯颗粒不因静电斥力溢出容器外为止，静置10分钟后备用；

步骤三，按配比将水泥、粉煤灰、水、外加剂和制备好的薄层裹壳浮石砂投入搅拌机中搅拌均匀；

步骤四，将界面处理后的聚苯颗粒和橡胶颗粒投入搅拌机中继续搅拌；

步骤五，将发泡剂打泡后倒入上述搅拌物，搅拌均匀后制得聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土。

所述步骤一的水泥、粉煤灰浆体中水泥、粉煤灰和水的用量为1∶2∶0.5。

本发明的有益效果如下：

本发明采用薄层裹壳浮石砂、聚苯颗粒和橡胶颗粒作为轻质原料。由于原材料浮石砂自重轻、抗震性好，添加在混凝土中能够减少轻集料混凝土密度，提高轻集料混凝土的保温性能，不仅有利于对浮石的开发利用，还有利于带动当地的经济发展和社会就业。同时还将废旧聚苯乙烯泡沫、橡胶制品加工成各种不同粒度的颗粒掺入混凝土中，因两者均具有较好的韧性、抗渗性、抗疲劳等特点,能够填充混凝土中空隙,约束内微裂缝的产生和发展,可提高混凝土的抗冲击和抗震性能，还可有效减轻混凝土的重量，起到保温隔热、隔声的作用。另外，废橡胶、聚苯乙烯都具有很强的抗生物、抗老化、防腐蚀性等特点，所以在自然界中不易腐烂,也不易被微生物降解,即便深埋,也会污染地下水源,破坏土壤结构,使粮食作物减产。此外，对废橡胶和废聚苯乙烯泡沫塑料进行回收利用, 将其由环境公害变成土木工程领域的绿色资源，既可减少环境污染，又能变废为宝，节约能源。

本发明在拌制混凝土之前，先对浮石砂进行裹覆预处理，将配制好的硅酸钠水溶液均匀的喷淋到浮石砂表面，边喷淋边翻动，保证原材料的均匀润湿并具有一定湿度。裹覆预处理地方法克服了浮石砂颗粒孔多易吸水的缺点。薄层裹壳有效地封闭了浮石砂的表面孔口，并改善其表面粗糙度，再拌合混凝土时，可很好地改善混凝土和易性，并减少水泥用量，特别是阻止了大量水泥浆被吸入孔洞，从而减轻了混凝土的密度，降低了其热导率提高了保温隔音性能。

为了提高橡胶颗粒、聚苯颗粒与水泥浆体之间的粘结力，使之与水泥之间形成较为紧密的粘结。本发明在拌制混凝土之前对橡胶颗粒、聚苯颗粒进行了界面预处理。界面处理后的橡胶颗粒、聚苯颗粒能够很好的被水泥浆握裹，使其与水泥之间形成较为紧密的粘结力，大大减少了硬化浆体中的孔隙，提高了硬化体的强度。合理的颗粒级配和特定的制备工艺使聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土的各相均匀分布，有效地提高了其力学性能，并降低了混凝土的密度，提高了其保温隔热性能。另一方面，将原材料了进行破碎处理，浮石砂颗粒粒径控制在2-6mm，聚苯颗粒粒径控制在4-7mm，橡胶采用18目（平均粒度为995μm）的颗粒，从而使混凝土的和易性、力学性能更好。

最后拌制混凝土时，为了使聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土的各相均匀分布，本发明制定了特定的制备工艺。将水泥、粉煤灰、适量水和处理好的薄层裹壳浮石砂在搅拌机中搅拌均匀；其次加入界面处理后的橡胶颗粒、聚苯颗粒以及适量外加剂再次拌合均匀；最后将发泡剂打泡后倒入混凝土，搅拌后制得复合混凝土。该制备工艺使原材料按顺序加入，可使聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土的各相均匀分布，有效地提高了其力学性能，并降低了混凝土的密度，提高了其保温隔热性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是薄层裹壳浮石砂的制备工艺流程图。

图2是聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土的制备工艺流程图。

具体实施方式

实施例参见图1所示，这种聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土，所述它的原料按重量份配比如下：

水泥                                             1份；

粉煤灰                                      0.43份；

浮石砂                                     0.935份；

聚苯颗粒                                  0.004份；

橡胶颗粒                                  0.111份；

外加剂                                     0.015份；

发泡剂                                     0.006份；

水                                            0.53份。

所述浮石砂经过处理成薄层裹壳浮石砂后使用，聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂采用硅烷偶联剂用硅酸钠水溶液稀释而成。

实施例二，这种聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土，所述它的原料按重量份配比如下：

水泥                                              1份；

粉煤灰                                       0.42份；

浮石砂                                     1.063份；

聚苯颗粒                                  0.003份；

橡胶颗粒                                  0.088份；

外加剂                                     0.012份；

发泡剂                                     0.007份；

水                                            0.55份。

所述浮石砂经过处理成薄层裹壳浮石砂后使用，聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂采用硅烷偶联剂用硅酸钠水溶液稀释而成。

实施例三，这种聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土，所述它的原料按重量份配比如下：

水泥                                              1份；

粉煤灰                                       0.50份；

浮石砂                                      0.709份；

聚苯颗粒                                   0.004份；

橡胶颗粒                                   0.133份；

外加剂                                     0.010份；

发泡剂                                     0.005份；

水                                            0.55份。

所述浮石砂经过处理成薄层裹壳浮石砂后使用，聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂采用钛酸酯偶联剂用硅酸钠水溶液稀释而成。

实施例四，这种聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土，所述它的原料按重量份配比如下：

水泥                                            1份；

粉煤灰                                     0.40份；

浮石砂                                    0.843份；

聚苯颗粒                                0.003份；

橡胶颗粒                                0.122份；

外加剂                                    0.015份；

发泡剂                                    0.007份；

水                                            0.54份。

所述浮石砂经过处理成薄层裹壳浮石砂后使用，聚苯颗粒和橡胶颗粒均是经界面处理剂处理过的聚苯颗粒和橡胶颗粒，界面处理剂采用硅烷偶联剂用硅酸钠水溶液稀释而成。

上述实施例一至四中，所述浮石砂的粒径为2～6mm。聚苯颗粒的粒径为4～7mm。橡胶颗粒的粒径为16～20目。外加剂为高效减水剂、早强剂、防冻剂中的一种或一种以上的混合物。

参见图1、图2所示，这种聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土的制备方法，步骤如下：

步骤一，制备薄层裹壳浮石砂，先用硅酸钠水溶液喷淋浮石砂进行预湿；再将预湿的浮石砂投入混合好的水泥、粉煤灰浆体中搅拌，使浮石砂表面均匀包有一层薄壳；最后经自然养护24小时后得到薄层裹壳浮石砂；

步骤二，将聚苯颗粒和橡胶颗粒进行界面处理，按160～250g/L的比例称取界面处理剂加入硅酸钠水溶液中稀释，然后将稀释后的界面处理剂缓缓倒入盛有聚苯颗粒和橡胶颗粒的容器中，边倒边搅拌，直到聚苯颗粒和橡胶颗粒能够均匀分散、表面有均匀油状膜分布且聚苯颗粒不因静电斥力溢出容器外为止，静置10分钟后备用；

步骤三，按配比将水泥、粉煤灰、水、外加剂和制备好的薄层裹壳浮石砂投入搅拌机中搅拌均匀；

步骤四，将界面处理后的聚苯颗粒和橡胶颗粒投入搅拌机中继续搅拌；

步骤五，将发泡剂打泡后倒入上述搅拌物，搅拌均匀后制得聚苯颗粒-橡胶颗粒-浮石复合轻集料混凝土。

所述步骤一的水泥、粉煤灰浆体中水泥、粉煤灰和水的用量为1∶2∶0.5。