一种新型水泥混凝土及其在建筑墙体中的应用

摘要

本发明涉及建筑材料领域，更具体的本发明提供一种新型水泥混凝土及其应用。本发明第一个方面提供了新型水泥混凝土，以重量份计，至少包括以下组分：水泥80～100份；早强剂0.1～5份；减水剂0.1～1份；增稠剂0.01～3份；填料5～20份；水50～80份。本发明的第二个方面提供了新型水泥混凝土在建筑墙体中的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，更具体的本发明提供一种新型水泥混凝土及其在建筑墙体中的应用。

背景技术

随着节能建筑和墙体保温技术的发展，“节能优先”的能源发展战略实施，对节能技术提出了更高的要求。目前已初步形成以混凝土砌块为主、非粘土砖和建筑板材为辅的墙材格局，并取得显著的社会、经济和环境效益。

在当前的建筑业中，对非承重的轻质保温墙体板需求量很大，传统使用的分隔墙体材料，大多是粘土砖、空心砖、发泡混凝土砌块、煤渣砖和膨胀珍珠岩砖等，该类墙体接缝多，有些需耗用粘土，且重量重，有些虽相对轻质，但需沙浆水泥抹灰，施工工时多。

混凝土是目前世界上用量最大的建筑材料，价格低廉、承载能力强、耐久性高是其主要优点。但是由于硅酸盐水泥水化反应过程缓慢、以及环境温度的影响，混凝土的强度发展缓慢，一般需要24小时以上才能达到拆除模板的强度，3天强度只能达到设计强度的40-50％，28天以上才能达到设计强度。同时，随着混凝土技术的发展，工业废弃物作为基本原材料在混土中的应用越来越广泛，在大型预制构件的生产中为了降低早期水化热，提高混凝土耐久性，大量的使用矿粉、粉煤灰等矿物掺合料，因此，混凝土的早期强度发展更为缓慢，影响模具周转和预应力加载等工艺进度。

为了提高混凝土早期强度，加快模具周转，提高生产效率，一般采用如下的方法。(1)添加早强剂：氯盐类早强剂是最早应用的无机盐类早强剂，可以提高混凝土的早期强度，但却严重影响混凝土的后期强度，并且由于其含有Cl^-，易引起钢筋锈蚀，而被限制应用。硫酸盐类早强剂容易导致后期性能变差，混凝土表面易析出“白霜”，影响外观。(2)降低水胶比：提高水泥用量或使用超细水泥的方法：这种方法带来的问题是混凝土的自收缩大幅增加，开裂风险增大，使生产操作困难，而且外加剂用量增加显著，生产成本大幅增加。(3)使用高温蒸汽养护：在高温蒸汽养护条件下，水泥水化的晶体尺寸粗大，脆性增加，耐久性下降。

因此，非常需要通过技术改进，提供一种新型水泥混凝土，将其应用于建筑墙体，取得较好的效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了新型水泥混凝土，以重量份计，至少包括以下组分：

作为本发明一种优选的技术方案，所述早强剂，以重量份计，至少包括以下组分：

作为本发明一种优选的技术方案，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。

作为本发明一种优选的技术方案，所述聚羧酸类减水剂的制备原料，以重量份计，至少包括

作为本发明一种优选的技术方案，所述聚羧酸类减水剂的制备原料，以重量份计，至少包括

作为本发明一种优选的技术方案，所述改性粉煤灰为乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰。

作为本发明一种优选的技术方案，所述乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰中，乙烯基三甲氧基硅烷与粉煤灰之间的重量比为(1～3)：10。

作为本发明一种优选的技术方案，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维醚、聚乙烯醇中的任意一种或几种的混合。

作为本发明一种优选的技术方案，所述填料为粉煤灰、水滑石中的任意一种或几种的混合。

本发明的第二个方面提供了新型水泥混凝土在建筑墙体中的应用。

参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

“聚合物”意指通过聚合相同或不同类型的单体所制备的聚合化合物。通用术语“聚合物”包含术语“均聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”与“共聚体”。“共聚体”意指通过聚合至少两种不同单体制备的聚合物。通用术语“共聚体”包括术语“共聚物”(其一般用以指由两种不同单体制备的聚合物)与术语“三元共聚物”(其一般用以指由三种不同单体制备的聚合物)。其亦包含通过聚合更多种单体而制造的聚合物。“共混物”意指两种或两种以上聚合物通过物理的或化学的方法共同混合而形成的聚合物。

为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了新型水泥混凝土，以重量份计，至少包括以下组分：

在一种优选的实施方式中，所述新型水泥混凝土，以重量份计，至少包括以下组分：

水泥

本发明中，所述的水泥并没有特殊的限制，可以为市售的任何一个牌号的水泥，所述的水泥购于安徽海螺集团有限责任公司。

早强剂

本发明中，所述的早强剂是指能提高混凝土早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展；既具有早强功能，又具有一定减水增强功能。

在一种优选的实施方式中，所述早强剂，以重量份计，至少包括以下组分：

所述早强剂涉及到的原料均为市售获得，其中，纳米碳酸钙购于上海缘江化工有限公司；所述介孔二氧化硅纳米球购于南京先丰纳米材料科技有限公司，产品编号为XFF117440-21-3。

在一种优选的实施方式中，所述早强剂的制备方法如下：称取相应重量份的甲酸钙、乙酸钙、纳米碳酸钙、介孔二氧化硅纳米球以及去离子水，将其混合后，将温度升高至80℃，然后搅拌均匀混合，后得到早强剂。

减水剂

本发明中，所述的减水剂是指一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。

在一种优选的实施方式中，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。

在一种优选的实施方式中，所述聚羧酸类减水剂的制备原料，以重量份计，至少包括：

在一种优选的实施方式中，所述聚羧酸类减水剂的制备原料，以重量份计，至少包括

在一种优选的实施方式中，所述聚羧酸类减水剂的制备原料，以重量份计，至少包括：

在一种优选的实施方式中，所述改性粉煤灰为乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰。

在一种优选的实施方式中，所述乙烯基三甲氧基硅烷和粉煤灰之间的重量比为(1～3)：10。

在一种优选的实施方式中，所述乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰的制备方法至少包括以下步骤：

(1)向10g粉煤灰中加水并分散均匀，离心分离后再次采用无水乙醇洗涤3次并干燥，然后加入质量浓度10％的NaOH溶液，100℃下回流12小时，反应结束后用质量浓度10％的硫酸溶液调pH值至中性，用无水乙醇洗涤3次并真空干燥后得到预处理后的粉煤灰；

(2)在冰水浴条件下，将2mL质量浓度为30％的双氧水溶液加入到3mL质量浓度为98％的硫酸溶液中，得到混合酸液；然后将步骤(1)的预处理后的粉煤灰缓缓加入到混合溶液中，搅拌反应20min，再次进行水洗涤，并在氮气保护下干燥后得到羟基化粉煤灰；

(3)称取10g步骤(2)中的羟基化粉煤灰、2g乙烯基三甲氧基硅烷以及100mL甲苯、0.1g对苯二酚，其中，对苯二酚作为阻聚剂，将反应体系在100℃反应15h，冷却到室温，离心分离，将离心得到的固体重新溶于甲苯中，然后再一次离心分离，在真空下干燥24h得到乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰。

在一种优选的实施方式中，所述聚羧酸类减水剂的制备方法，至少包括以下步骤：

将相应重量份的马来酸酐、甲基丙烯酸、乙烯基吡啶、乙烯基磺酸钠以及改性粉煤灰加入到三口烧瓶中，同时加入溶剂水，配制成质量分数为30％的溶液，升温到90℃至物料全部溶解；然后将温度调整至65℃后，再加入过硫酸铵，进行共聚合反应6h，得到聚羧酸类减水剂。

增稠剂

在一种优选的实施方式中，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维醚、聚乙烯醇中的任意一种。

填料

在一种优选的实施方式中，所述填料为粉煤灰、水滑石中的任意一种或几种的混合。

所述新型水泥混凝土的制备方法，至少包括以下步骤：

将水泥和水混合后进行搅拌，然后在搅拌的状态下依次加入早强剂、减水剂、填料，将混合物料搅拌均匀，然后再加入增稠剂，搅拌均匀即可得到新型水泥混凝土。

本发明的第二个方面提供了新型水泥混凝土在建筑墙体中的应用。

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的，购于国药化学试剂。

实施例1：

本发明的实施例1提供了一种新型水泥混凝土，以重量份计，包括以下组分：

所述水泥购于安徽海螺集团有限责任公司；

所述早强剂，以重量份计，包括以下组分：

纳米碳酸钙购于上海缘江化工有限公司；所述介孔二氧化硅纳米球购于南京先丰纳米材料科技有限公司，产品编号为XFF11 7440-21-3。

所述早强剂的制备方法如下：称取相应重量份的甲酸钙、乙酸钙、纳米碳酸钙、介孔二氧化硅纳米球以及去离子水，将其混合后，将温度升高至80℃，然后搅拌均匀混合，后得到早强剂。

所述减水剂为聚羧酸类减水剂；

所述聚羧酸类减水剂的制备原料，以重量份计，至少包括：

所述改性粉煤灰为乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰。

所述乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰的制备方法至少包括以下步骤：

(1)向10g粉煤灰中加水并分散均匀，离心分离后再次采用无水乙醇洗涤3次并干燥，然后加入质量浓度10％的NaOH溶液，100℃下回流12小时，反应结束后用质量浓度10％的硫酸溶液调pH值至中性，用无水乙醇洗涤3次并真空干燥后得到预处理后的粉煤灰；

(2)在冰水浴条件下，将2mL质量浓度为30％的双氧水溶液加入到3mL质量浓度为98％的硫酸溶液中，得到混合酸液；然后将步骤(1)的预处理后的粉煤灰缓缓加入到混合溶液中，搅拌反应20min，再次进行水洗涤，并在氮气保护下干燥后得到羟基化粉煤灰；

(3)称取10g步骤(2)中的羟基化粉煤灰、2g乙烯基三甲氧基硅烷以及100mL甲苯、0.1g对苯二酚，其中，对苯二酚作为阻聚剂，将反应体系在100℃反应15h，冷却到室温，离心分离，将离心得到的固体重新溶于甲苯中，然后再一次离心分离，在真空下干燥24h得到乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰。

所述聚羧酸类减水剂的制备方法，至少包括以下步骤：

将相应重量份的马来酸酐、甲基丙烯酸、乙烯基吡啶、乙烯基磺酸钠以及改性粉煤灰加入到三口烧瓶中，同时加入溶剂水，配制成质量分数为30％的溶液，升温到90℃至物料全部溶解；然后将温度调整至65℃后，再加入过硫酸铵，进行共聚合反应6h，得到聚羧酸类减水剂。

所述增稠剂为羟丙基甲基纤维醚；

所述填料为粉煤灰；

新型水泥混凝土的制备方法至少包括以下步骤：

将水泥和水混合后进行搅拌，然后在搅拌的状态下依次加入早强剂、减水剂、填料，将混合物料搅拌均匀，然后再加入增稠剂，搅拌均匀即可得到新型水泥混凝土。

实施例2：

本发明的实施例2提供了一种新型水泥混凝土，以重量份计，至少包括以下组分：

所述水泥购于安徽海螺集团有限责任公司；

所述早强剂，以重量份计，包括以下组分：

纳米碳酸钙购于上海缘江化工有限公司；所述介孔二氧化硅纳米球购于南京先丰纳米材料科技有限公司，产品编号为XFF11 7440-21-3。

所述早强剂的制备方法如下：称取相应重量份的甲酸钙、乙酸钙、纳米碳酸钙、介孔二氧化硅纳米球以及去离子水，将其混合后，将温度升高至80℃，然后搅拌均匀混合，后得到早强剂。

所述减水剂为聚羧酸类减水剂；

所述聚羧酸类减水剂的制备原料，以重量份计，至少包括：

所述改性粉煤灰为乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰。

所述乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰的制备方法至少包括以下步骤：

(1)向10g粉煤灰中加水并分散均匀，离心分离后再次采用无水乙醇洗涤3次并干燥，然后加入质量浓度10％的NaOH溶液，100℃下回流12小时，反应结束后用质量浓度10％的硫酸溶液调pH值至中性，用无水乙醇洗涤3次并真空干燥后得到预处理后的粉煤灰；

(2)在冰水浴条件下，将2mL质量浓度为30％的双氧水溶液加入到3mL质量浓度为98％的硫酸溶液中，得到混合酸液；然后将步骤(1)的预处理后的粉煤灰缓缓加入到混合溶液中，搅拌反应20min，再次进行水洗涤，并在氮气保护下干燥后得到羟基化粉煤灰；

(3)称取10g步骤(2)中的羟基化粉煤灰、2g乙烯基三甲氧基硅烷以及100mL甲苯、0.1g对苯二酚，其中，对苯二酚作为阻聚剂，将反应体系在100℃反应15h，冷却到室温，离心分离，将离心得到的固体重新溶于甲苯中，然后再一次离心分离，在真空下干燥24h得到乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰。

所述聚羧酸类减水剂的制备方法，至少包括以下步骤：

将相应重量份的马来酸酐、甲基丙烯酸、乙烯基吡啶、乙烯基磺酸钠以及改性粉煤灰加入到三口烧瓶中，同时加入溶剂水，配制成质量分数为30％的溶液，升温到90℃至物料全部溶解；然后将温度调整至65℃后，再加入过硫酸铵，进行共聚合反应6h，得到聚羧酸类减水剂。

所述增稠剂为羟丙基甲基纤维醚；

所述填料为粉煤灰；

新型水泥混凝土的制备方法至少包括以下步骤：

将水泥和水混合后进行搅拌，然后在搅拌的状态下依次加入早强剂、减水剂、填料，将混合物料搅拌均匀，然后再加入增稠剂，搅拌均匀即可得到新型水泥混凝土。

实施例3：

本发明的实施例3提供了一种新型水泥混凝土，以重量份计，至少包括以下组分：

所述水泥购于安徽海螺集团有限责任公司；

所述早强剂，以重量份计，包括以下组分：

纳米碳酸钙购于上海缘江化工有限公司；所述介孔二氧化硅纳米球购于南京先丰纳米材料科技有限公司，产品编号为XFF11 7440-21-3。

所述早强剂的制备方法如下：称取相应重量份的甲酸钙、乙酸钙、纳米碳酸钙、介孔二氧化硅纳米球以及去离子水，将其混合后，将温度升高至80℃，然后搅拌均匀混合，后得到早强剂。

所述减水剂为聚羧酸类减水剂；

所述聚羧酸类减水剂的制备原料，以重量份计，至少包括：

所述改性粉煤灰为乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰。

所述乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰的制备方法至少包括以下步骤：

(1)向10g粉煤灰中加水并分散均匀，离心分离后再次采用无水乙醇洗涤3次并干燥，然后加入质量浓度10％的NaOH溶液，100℃下回流12小时，反应结束后用质量浓度10％的硫酸溶液调pH值至中性，用无水乙醇洗涤3次并真空干燥后得到预处理后的粉煤灰；

(2)在冰水浴条件下，将2mL质量浓度为30％的双氧水溶液加入到3mL质量浓度为98％的硫酸溶液中，得到混合酸液；然后将步骤(1)的预处理后的粉煤灰缓缓加入到混合溶液中，搅拌反应20min，再次进行水洗涤，并在氮气保护下干燥后得到羟基化粉煤灰；

(3)称取10g步骤(2)中的羟基化粉煤灰、2g乙烯基三甲氧基硅烷以及100mL甲苯、0.1g对苯二酚，其中，对苯二酚作为阻聚剂，将反应体系在100℃反应15h，冷却到室温，离心分离，将离心得到的固体重新溶于甲苯中，然后再一次离心分离，在真空下干燥24h得到乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰。

所述聚羧酸类减水剂的制备方法，至少包括以下步骤：

将相应重量份的马来酸酐、甲基丙烯酸、乙烯基吡啶、乙烯基磺酸钠以及改性粉煤灰加入到三口烧瓶中，同时加入溶剂水，配制成质量分数为30％的溶液，升温到90℃至物料全部溶解；然后将温度调整至65℃后，再加入过硫酸铵，进行共聚合反应6h，得到聚羧酸类减水剂。

所述增稠剂为羟丙基甲基纤维醚；

所述填料为粉煤灰；

新型水泥混凝土的制备方法至少包括以下步骤：

将水泥和水混合后进行搅拌，然后在搅拌的状态下依次加入早强剂、减水剂、填料，将混合物料搅拌均匀，然后再加入增稠剂，搅拌均匀即可得到新型水泥混凝土。

对比例1：

本发明的对比例1同实施例3，不同点在于，不加入早强剂。

对比例2：

本发明的对比例2同实施例3，不同点在于，早强剂中不包括介孔二氧化硅纳米球。

对比例3：

本发明的对比例3同实施例3，不同点在于，早强剂中不包括纳米碳酸钙。

对比例4：

本发明的对比例4同实施例3，不同点在于，早强剂中不包括介孔二氧化硅纳米球和纳米碳酸钙。

对比例5：

本发明的对比例5同实施例3，不同点在于，将介孔二氧化硅纳米球更换成介孔二氧化硅MCM-41，所述介孔二氧化硅购于南京先丰纳米材料科技有限公司。

对比例6：

本发明的对比例6同实施例3，不同点在于，不加入聚羧酸类减水剂。

对比例7：

本发明的对比例7同实施例3，不同点在于，将聚羧酸类减水剂的制备原料中，不加入乙烯基吡啶。

对比例8：

本发明的对比例8同实施例3，不同点在于，将聚羧酸类减水剂的制备原料中，不加入乙烯基磺酸钠。

对比例9：

本发明的对比例9同实施例3，不同点在于，将聚羧酸类减水剂的制备原料中，不加入4-乙烯基苄-15-冠醚-5。

对比例10：

本发明的对比例10同实施例3，不同点在于，将聚羧酸类减水剂的制备原料中，不加入改性粉煤灰。

对比例11：

本发明的对比例11同实施例3，不同点在于，将聚羧酸类减水剂的制备原料中，将改性粉煤灰更换成粉煤灰。

对比例12：

本发明的对比例12同实施例3，不同点在于，将聚羧酸类减水剂的制备原料中，将改性粉煤灰更换成乙烯基三甲氧基硅烷。

对比例13：

本发明的对比例13同实施例3，不同点在于，将乙烯基三甲氧基硅烷改性粉煤灰更换成乙烯基三甲氧基硅烷和粉煤灰直接物理混合。

性能测试：

1、抗压强度测试，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2011)进行抗压强度测试，其中测试条件为：30℃，101KPa，湿度为100％。

2、根据GB/T50082-2009普通混凝土长期性和耐久性试验方法标准，试块成型28d后，用石蜡密封后放入混凝土渗透测定仪中，测试抗渗等级。

表1性能测试结果

此外，本发明的新型水泥混凝土，尤其是实施例3还具有非常好的耐化学腐蚀性能，其使用寿命长达80年。

上述的实例仅是说明性的，用于解释本发明的特征的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制，而且在科技上的进步将形成由于语言表达的不准确的原因而未被目前考虑的可能的等同物或子替换，且这些变化也应在可能的情况下被解释为被所附的权利要求覆盖。