一种陶粒轻集料结构混凝土及其制备方法

摘要

本发明提供一种可用于承重结构的陶粒轻集料结构混凝土，由以下原料制成：水泥340～382kg/m3，粉煤灰60～68kg/m3，高性能陶粒525～630kg/m3，普通河砂785～610kg/m3，减水剂3.2～3.6kg/m3，水130～140kg/m3；其中陶粒性能指标为堆积密度800kg/m3左右，筒压强度≥14.6MPa，1h吸水率约9.3％，该陶粒是由页岩和污泥混合并采用一定的工艺烧制而成，页岩的掺入使得陶粒具有较高的筒压强度，污泥的使用不仅降低了造价亦有利于环保。这种特殊陶粒制成的混凝土是一种强度高、热工性能好、工作性能及可泵性能够满足设计与施工要求的轻集料混凝土，其强度等级可达到LC40，密度等级达到1600，导热系数为0.65W/(m·K)。此混凝土用于自保温结构体系的承重结构，改善建筑热桥部分的保温性能，减少结露的出现。

说明书

技术领域

本发明涉及新型建筑材料领域、混凝土制备领域，提供一种由页岩污泥混 合烧制而成的陶粒制备的可用于承重结构的轻集料结构混凝土。

背景技术

轻骨料混凝土是由轻粗骨料、轻细集料(或普通砂)、水泥和水配制而 成的表观密度不大于1950kg/m³的混凝土。其中，由轻质细骨料作骨料配制而 成的轻骨料混凝土为全轻混凝土；由普通砂或部分轻质细骨料做细骨料配制而 成的轻骨料混凝土为砂轻混凝土。轻骨料混凝土以其轻质、高强、保温、隔 热、抗震、耐磨等功能特点，广泛应用于各类工程。

混凝土轻骨料主要包括：1、天然轻骨料：浮石、火山渣；2、工业废 料：粉煤灰、陶粒，膨胀矿渣珠；3、人造轻骨料：页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀 珍珠岩陶粒。现阶段我国轻骨料使用最多的是粘土陶粒、页岩陶粒和粉煤灰陶 粒等，这无疑增加了成本，同时，随着人们对节能环保的重视，废弃物的综合 利用研究工作成为成为一项新的重要任务。本发明中混凝土使用的陶粒由页岩 和污泥混合烧制而成，一方面使用页岩可以保证陶粒具有较高的强度，固化污 泥中的重金属，另一方面使用污泥不仅能有效降低页岩陶粒的烧胀温度且减少 了污泥对环境的危害及填埋及焚烧助理后对环境造成的二次污染。

随着轻骨料混凝士研究和实践工作的发展，其应用领域已从非承重结构 往承重结构方向发展。随着严峻的能源形势和建筑能耗比例不断上升的趋势， 建筑节能工作的推进刻不容缓。基于此，将本发明所述轻集料混凝土代替传统 的普通混凝土应用于自保温结构体系的承重结构，借助轻骨料混凝土的导热系 数低的优势，从根本上改善建筑热桥部分的保温性能，在满足规范对平均传热 系数要求的同时，放宽对墙体砌块导热系数的要求，做到真正意义上的自保 温。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种由页岩和污 泥烧制而成的陶粒制备的混凝土，并将其成功的应用于自保温结构体系的承重 结构中，符合节能环保的要求。

一种轻骨料结构混凝土，包括如下原材料：

水泥、粉煤灰、高性能陶粒、普通河砂、减水剂、水；以每立方米轻 骨料混凝土计，原材料配比如下组成：水泥340～382kg，粉煤灰60～68kg， 高性能陶粒(预湿后)525～630kg，普通河砂785～610kg，减水剂3.2～3.6 kg，水130～140kg；

优选的，所述的水泥为P·042.5普通硅酸盐水泥。

优选的，所述水泥是普通硅酸盐水泥、早强硅酸盐水泥、硫铝酸盐水 泥、硫酸盐水泥、矿渣水泥中的一种或多种的混合物。

优选的，所述的水泥为改性水泥，所述改性水泥的按重量配比计如 下：

凹凸棒土20-30份；所述凹凸棒土可以优选为改性凹凸棒土，采用盐 酸酸化改性，改性步骤为：用2摩尔每升的HCL与凹凸棒土，固液比1∶4在 60-63摄氏度条件下搅拌反应10分钟后，得到悬浊液过滤后，将过滤物晾干即 可。

水玻璃 5-10份；

火碱 3-8份；

玻化微珠 10-15份；

无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙混合物，重量比混合比例 1∶2∶12-5份；

聚丙烯酰胺 1-1.5份；

PP纤维 1-3份；

膨胀蛭石 3-5份；

引气剂 5-10份；

所述引气剂可以优选为：皂苷类引气剂。

偏硼酸钡 1-5份；

聚硅氧烷粉末憎水剂 2-5份；

环氧树脂固化剂 2-5份；

硼砂 5-10份。

优选的，所述的粉煤灰为II级粉煤灰，密度为1.94～2.35g/cm³，堆积 密度为0.63～0.75g/cm³，烧失量为5.3～6.1％，需水量比96～103％。

优选的，所述的高性能陶粒由页岩粉和干燥污泥充分混合搅拌均匀后 制成料球并放在干燥箱中干燥2h，将其取出，然后经过预热、焙烧、冷却而 得，其中污泥百分数为30％左右。

优选的，所述的普通河砂细度模数为2.89，堆积密度为1452kg/m³左 右。

优选的，所述的减水剂包括如下重量份的组分：其中酯化单体溶液的 浓度为70～80％，且其溶质为聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、交联单体二缩三 乙二醇双甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物；不饱和单体为甲基丙烯 酸、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯或丙烯酸 羟丙酯。

优选的，混凝土强度等级达到LC40，密度等级达到1600，导热系数为 0.65W/(m·K)。

1所述的轻骨料结构混凝土的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)陶粒轻集料的预湿处理：在轻集料混凝土制备前，将轻集料放入盛 器中，加入足量的水浸泡集料，浸泡24小时候，将集料倒在温湿度恒定的实验 室地面上，自然风干1～2h至饱和面干状态，备用。

(2)混凝土拌合过程：采用预拌胶凝材料砂浆法，首先将水泥、粉煤 灰、砂、减水剂和水加入已润湿的搅拌筒内进行充分搅拌，然后加入预湿处理 过的轻集料搅拌约3min即可。

有益效果

和现有的技术相比，本发明的优点在于：

(1)所用的陶粒由页岩和污泥烧制而成，页岩和污泥良好的相容性既 可以确保陶粒的性能又有利于环保，在一定程度上也可降低轻集料混凝土的制 备成本。

(2)本发明所述结构轻集料混凝土具有较高的强度等级，可用于承重 结构；具有较低导热系数，用于自保温结构体系承重结构中，可以降低外墙平 均传热系数，能够从根本上改善建筑热桥部分的保温性能，减少结露现象的出 现。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。

本发明所述实施例中的材料选用如下：

水泥：42.5级普通硅酸盐水泥；

粉煤灰：兰州产II级粉煤灰，密度为2.10g/cm³，堆积密度为0.68g/cm³， 烧失量为5.7％，需水量比98.6％。

陶粒：浙江方远建材科技有限公司制备的页岩污泥陶粒，堆积密度804 kg/m³，筒压强度14.8MPa，1h吸水率约9.6％。

砂：天然河砂，细度模数为2.7，堆积密度为1425kg/m³。

减水剂：萘系高效减水剂。

水：饮用水。

本实施例所述的轻骨料混凝土配方如下(此配合比)：水泥350kg/m³，粉 煤灰62kg/m³，高性能陶粒575kg/m³，普通河砂795kg/m³，萘系减水剂3.3 kg/m³，水124kg/m³。

一种轻骨料结构混凝土，包括如下原材料：

水泥、粉煤灰、高性能陶粒、普通河砂、减水剂、水；以每立方米轻 骨料混凝土计，原材料配比如下组成：水泥340～382kg，粉煤灰60～68kg， 高性能陶粒(预湿后)525～630kg，普通河砂785～610kg，减水剂3.2～3.6 kg，水130～140kg；

优选的，所述的水泥为P·042.5普通硅酸盐水泥。

优选的，所述水泥是普通硅酸盐水泥、早强硅酸盐水泥、硫铝酸盐水 泥、硫酸盐水泥、矿渣水泥中的一种或多种的混合物。

优选的，所述的水泥为改性水泥，所述改性水泥的按重量配比计如 下：

凹凸棒土20-30份；所述凹凸棒土可以优选为改性凹凸棒土，采用盐 酸酸化改性，改性步骤为：用2摩尔每升的HCL与凹凸棒土，固液比1∶4在 60-63摄氏度条件下搅拌反应10分钟后，得到悬浊液过滤后，将过滤物晾干即 可。

水玻璃 5-10份；

火碱 3-8份；

玻化微珠 10-15份；

无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙混合物，重量比混合比例 1∶2∶12-5份；

聚丙烯酰胺 1-1.5份；

PP纤维 1-3份；

膨胀蛭石 3-5份；

引气剂 5-10份；

偏硼酸钡 1-5份；

聚硅氧烷粉末憎水剂 2-5份；

环氧树脂固化剂 2-5份；

硼砂 5-10份。

优选的，所述的粉煤灰为II级粉煤灰，密度为1.94～2.35g/cm³，堆积 密度为0.63～0.75g/cm³，烧失量为5.3～6.1％，需水量比96～103％。

优选的，所述的高性能陶粒由页岩粉和干燥污泥充分混合搅拌均匀后 制成料球并放在干燥箱中干燥2h，将其取出，然后经过预热、焙烧、冷却而 得，其中污泥百分数为30％左右。

优选的，所述的普通河砂细度模数为2.89，堆积密度为1452kg/m³左 右。

优选的，所述的减水剂包括如下重量份的组分：其中酯化单体溶液的 浓度为70～80％，且其溶质为聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、交联单体二缩三 乙二醇双甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物；不饱和单体为甲基丙烯 酸、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯或丙烯酸 羟丙酯。

优选的，混凝土强度等级达到LC40，密度等级达到1600，导热系数为 0.65W/(m·K)。

1所述的轻骨料结构混凝土的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)陶粒轻集料的预湿处理：在轻集料混凝土制备前，将轻集料放入盛 器中，加入足量的水浸泡集料，浸泡24小时候，将集料倒在温湿度恒定的实验 室地面上，自然风干1～2h至饱和面干状态，备用。

(2)混凝土拌合过程：采用预拌胶凝材料砂浆法，首先将水泥、粉煤 灰、砂、减水剂和水加入已润湿的搅拌筒内进行充分搅拌，然后加入预湿处理 过的轻集料搅拌约3min即可。

上述混凝土已用于浙江大学建筑节能与绿色建筑等比例尺实验楼的梁、 板、柱等承重结构中，该实验楼采用陶粒增强加气砌块、硅藻土(多孔)保温 砖、烧结保温砖、烧结页岩保温砌块、砂加气混凝土砌块5种保温墙材。建成 后，对实验楼进行能耗实时监控，表明此自保温结构体系具有良好的保温节能 效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限 制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员 应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中 部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本 质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。