一种保温混凝土用掺料及保温混凝土

摘要

本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种保温混凝土用掺料及保温混凝土。保温混凝土用掺料包括如下重量份的组分：聚苯乙烯泡沫颗粒：10～20份；增强陶粒：28～45份；所述增强陶粒由包含以下重量份的原料烧结制得：粉煤灰：8～11份；长石粉：6～9份；炭黑：2～3份；高岭土：4～7份；增强剂：1～3份；水：7～12份。本申请的保温混凝土不仅具有优异的保温性能，还具有较高的抗压强度。

说明书

技术领域

本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种保温混凝土用掺料及保温混凝土。

背景技术

建筑耗能约占全社会总能耗的30％，其中最主要的能耗来源于室内供暖与空调，占比20％。因此，如何改善建筑节能措施，减少建筑能耗，对社会经济的可持续发展具有十分积极的作用。保温混凝土是一种低导热系数的建材，其用于建筑墙体的施工中，能够有效减少室内与室外的热传导作用，保持室内温度的舒适性，从而减少建筑能耗。

申请号为CN201110074058.7的中国专利申请中公开了一种保温混凝土，1m

上述中的相关技术，其采用了具有低导热系数的聚苯乙烯泡沫颗粒，有效提高了混凝土的保温性能。然而，聚苯乙烯泡沫颗粒的强度较低，导致制得的保温混凝土的抗压强度较低。

申请内容

为了解决相关技术中聚苯乙烯泡沫颗粒保温混凝土抗压强度较低的问题，本申请提供一种保温混凝土用掺料及保温混凝土，采用该掺料制得的保温混凝土，具有较好的保温性能与抗压强度。

第一方面，本申请提供的一种保温混凝土用掺料，采用如下的技术方案：

一种保温混凝土用掺料，包括如下重量份的组分：

聚苯乙烯泡沫颗粒：10～20份；

增强陶粒：28～45份；

所述增强陶粒由包含以下重量份的原料烧结制得：

粉煤灰：8～11份；

长石粉：6～9份；

炭黑：2～3份；

高岭土：4～7份；

增强剂：1～3份；

水：7～12份。

采用上述原料烧结制得的增强陶粒为多孔结构,其表面形成有玻璃质的表层结构，内部形成有气孔，使得增强陶粒具有较低的导热系数。又由于增强陶粒烧结后具有较高的强度，因此，将其用于保温混凝土的制备，不仅能够显著提高保温混凝土的保温性能，还能够保障保温混凝土的抗压强度。

优选的，所述增强剂为二水石膏。

二水石膏在高温烧结时脱水形成无水石膏，且石膏的部分硫酸钙在高温下分解为氧化钙，有利于提高增强陶粒的强度，从而增强保温混凝土的抗压强度。

优选的，所述增强陶粒的制备方法包括如下步骤：

S101:将粉煤灰与长石粉混合，再加入水与炭黑，混合均匀后进行造粒，经筛选干燥制得含水率为3～6％的坯料；

S102:将坯料与高岭土、增强剂混合，进行滚动造粒，将高岭土包覆于坯料表面，形成原料颗粒；

S103:将原料颗粒在750℃～1100℃的高温下煅烧，冷却成型，制得增强填料。

通过采用上述技术方案，以粉煤灰、二水石膏和长石粉为原料，炭黑为造粒剂，得到增强陶粒的坯料，再将高岭土包裹于坯料表面，造粒得到原料颗粒。在高温煅烧条件下，原料颗粒表面的高岭土先转变化玻璃态，然后内部的坯料在更高的温度下成为流体，并释放出水汽和气体，水汽和气体被具有粘滞性的玻璃相包裹而无法逸出，从而在内部的流体中形成气孔，并使得原料颗粒发生膨胀。冷却后，原料颗粒表面的玻璃态物质固化形成玻璃质表层，而内部的坯料形成多孔结构，使得增强陶粒具有较高额气孔率，并具有一定强度，最终使保温混凝土具有优异的保温性能与较高的抗压强度。

优选的，步骤S103中，所述高温煅烧包括如下操作：

S201:将原料颗粒置于750℃～850℃的温度下煅烧10～15min，制得第一颗粒；

S202:将第一颗粒置于1000℃～1050℃的温度下煅烧15～25min，制得第二颗粒；

S203:将第二颗粒置于1050℃～1100℃的温度下煅烧10～15min，制得第三颗粒。

将原料颗粒置于750℃～850℃的温度下进行预热，使得原料颗粒表面的先受热的高岭土形成玻璃态相，以防止后续坯料中释放的水汽或气体逸出，有利于增强陶粒内气泡的形成。在1000℃～1050℃的温度下煅烧，使得坯料中的水分和气体充分释放，形成压力，从而使增强陶粒逐渐膨胀并在陶粒内部形成气泡、气孔。最后，在1050℃～1100℃的温度下煅烧，使得增强陶粒的原料颗粒间的间隙减小，接触面积增加，进而提高增强陶粒的机械强度，最终使得保温混凝土的抗压强度提高。

优选的，步骤S103中，所冷却成型包括如下操作：

S301:控制第三颗粒以110～130℃/h的速度匀速降温至450℃-500℃，制得第四颗粒；

S302:将5～10℃的冷水喷雾在第四颗粒表面，降至室温，干燥后制得增强陶粒。

冷却初期控制降温速率，降低颗粒因温度应力导致玻璃质表层产生裂缝，降低颗粒的保温性能；冷却后期，通过冷水的快速冷却，减少颗粒间相互粘连的现象，有利于提高颗粒的填充作用，最终提高混凝土的保温性能与抗压强度。

优选的，步骤S102中，制得的原料颗粒的粒径为3～5mm。

原料颗粒的粒径在该取值范围下，其填充性能与隔热性能较为平衡，保温混凝土保温性能提高的同时，还具有较高的抗压强度。

优选的，所述增强陶粒表面修饰有密封层，所述密封层通过将EVA乳液均匀的喷涂于增强陶粒表面制得，所述密封层的厚度为1～2mm。

由于部分增强陶粒表面在烧结后产生裂缝，或贯穿气孔，降低了增强填料的隔热保温作用。采用EVA乳液制成的密封层，一方面，能够填补裂缝或贯穿气孔，有利于提高增强陶粒的保温作用；另一方面，EVA乳液含有较多的极性基团，其能够与混凝土胶凝材料进行交联，有利于提高增强陶粒与混凝土骨架的连接强度，最终提高保温混凝土的抗压强度。

优选的，所述混凝土掺料还包括10～16份的改性脱硫再生胶粉，所述改性脱硫再生胶粉为按照如下方法制备得到：

S401:取脱硫再生胶粉置于浓度为7～10％的NaOH溶液中浸泡6-9h，用纯水冲洗，干燥制得碱处理脱硫再生胶粉；

S402:将碱处理脱硫再生胶粉于EVA乳液稀释液中浸泡20～40min，取出后过滤烘干，得到改性脱硫再生胶粉；

其中，EVA乳液稀释液由重量比为1:(1～3)的EVA乳液与水混合得到。

脱硫再生胶粉经NaOH溶液浸泡后，其表面被腐蚀形成微小孔隙，表面粗糙度增加，可有利于改善脱硫再生胶粉与混凝土基体的界面强度。将碱处理后的脱硫再生胶粉在EVA乳液稀释液中浸泡后，EVA乳液吸附与脱硫再生胶粉表面，利用，EVA乳液中含有的极性基团，进一步增强改性脱硫再生胶粉与混凝土基体的连接强度，最终，将改性脱硫再生胶粉填充于混凝土基体内，不仅能够提高其保温性能，还能够有效提高保温混凝土的强度。

第二方面，本申请提供一种保温混凝土，采用如下的技术方案：

一种保温混凝土，由包含如下重量份的原料制成：

水泥：300～330份；

粉煤灰：40～50份；

矿粉：70～80份；

天然砂：190～220份；

人工砂：540～570份；

碎石：960～1000份；

外加剂：8～10份；

保温混凝土用掺料：48～81份；

水：160～180份。

通过采用聚苯乙烯泡沫颗粒与增强陶粒的一同制得的保温混凝土，其不仅具有较低的导热系数，优异的保温性能；还具有较高的抗压强度，有利于增强建筑墙体的结构强度。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请采用内部带有多孔空腔结构的增强陶粒，在增强保温混凝土保温性能的前提下，可有效改善保温混凝土的抗压强度。

2、本申请中采用分段煅烧工艺，在增强增强陶粒隔热保温性能的同时，提高了增强陶粒的机械强度，最终提高了保温混凝土的保温性能与抗压强度。

3、本申请中通过采用EVA乳液对脱硫再生胶粉和增强陶粒进行表面改性，有利于提高保温混凝土的抗压强度。

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。

制备例

制备例1，一种改性脱硫再生胶粉,按照如下方法制备得到：

S401:取脱硫再生胶粉置于浓度为8％的NaOH溶液中浸泡7h，用纯水冲洗脱硫再生胶粉表面残留的NaOH溶液，干燥后制得碱处理脱硫再生胶粉；

S402:将碱处理脱硫再生胶粉于EVA乳液稀释液中浸泡30min，取出后过滤烘干，得到改性脱硫再生胶粉；

其中，EVA乳液稀释液由重量比为1:2的EVA乳液与水混合得到。

制备例2，一种改性脱硫再生胶粉,与制备例1的区别在于，仅进行步骤S401中的碱处理，不进行步骤S402。

制备例3，一种改性脱硫再生胶粉,与制备例1的区别在于，不进行步骤S401，直接进行步骤S402中。

制备例4，一种增强陶粒，各组分的选择如表1所示，且按照如下方法制备得到：

S101:将粉煤灰、增强剂与长石粉混合，再加入水与炭黑作为造粒剂，混合均匀后采用滚筒造粒机进行造粒，经筛选干燥制得含水率为5％的坯料；

S102:将坯料与高岭土混合，继续进行滚动造粒，将高岭土包覆于坯料表面，形成原料颗粒；

S103:将原料颗粒在高温下煅烧，冷却成型，制得增强填料；

其中，步骤S103中，高温煅烧的操作如下：

S201:将原料颗粒置于800℃的温度下煅烧15min，制得第一颗粒；

S202:将第一颗粒置于1000℃的温度下煅烧20min，制得第二颗粒；

S203:将第二颗粒置于1080℃的温度下煅烧10min，制得第三颗粒；

步骤S103中，冷却成型的操作如下：

S301:控制第三颗粒以120℃/h的速度匀速降温至480℃，制得第四颗粒；

S302:将温度为6±1℃的冷水喷雾在第四颗粒表面，降至室温(23℃)，干燥后制得增强陶粒；最后，将EVA乳液均匀的喷涂于增强陶粒表面，制得厚度为1mm的密封层。

制备例5～10，一种增强陶粒，与制备例4的区别在于，各组分的选择如表1所示。

表1制备例4～10中各组分的选择及其相应含量(㎏)

制备例11，一种增强陶粒，与制备例4的区别在于，高温煅烧操作中不进行步骤S201，直接进行步骤S202，且步骤S202的煅烧时间为30min。

制备例12，一种增强陶粒，与制备例4的区别在于，不进行步骤S202，且步骤S203的煅烧时间为30min。

制备例13，一种增强陶粒，与制备例4的区别在于，不进行步骤S203，且步骤S202的煅烧时间为30min。

制备例14，一种增强陶粒，与制备例4的区别在于，步骤S301中，控制降温速率为150℃/h。

制备例15，一种增强陶粒，与制备例4的区别在于，步骤S302中，不采用冷水喷雾进行降温，将第四颗粒置于室温环境(23℃)下降温。

制备例16，一种增强陶粒，与制备例4的区别在于，步骤S102中，制得的原料颗粒的粒径为2mm。

制备例17，一种增强陶粒，与制备例4的区别在于，步骤S102中，制得的原料颗粒的粒径为8mm。

保温混凝土用掺料实施例

实施例1～4，一种保温混凝土用掺料，各组分的选择及其相应含量如表2所示。

表2实施例1-5中保温混凝土用掺料的组分及其相应含量(㎏)

其中，表2中的增强陶粒均采用制备例4制得的增强陶粒，改性脱硫再生胶粉均采用制备例1制得的改性脱硫再生胶粉。

实施例5，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例2制得的改性脱硫再生胶粉替代制备例1制得的改性脱硫再生胶粉。

实施例6，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例3制得的改性脱硫再生胶粉替代制备例1制得的改性脱硫再生胶粉。

实施例7，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例5制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例8，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例6制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例9，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例7制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例10，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例8制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例11，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例9制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例12，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例10制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例13，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例11制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例14，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例12制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例15，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例13制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例16，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例14制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例17，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例15制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例18，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例16制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

实施例19，一种保温混凝土用掺料，与实施例1的区别在于，采用制备例17制得的增强陶粒替代制备例4制得的增强陶粒。

保温混凝土实施例

实施例20，一种保温混凝土，按照如下方法制备得到：

将313㎏水泥、48㎏粉煤灰、76㎏矿粉、200㎏天然砂、550㎏人工砂、970㎏碎石、9.6㎏外加剂加入搅拌机中，搅拌1min，然后加入实施例1中的保温混凝土用掺料，继续搅拌均匀，制得保温混凝土。

其中水泥采用PI42.5硅酸盐水泥。

实施例21，一种保温混凝土，与制备例20的区别在于，采用实施例2制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例22，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例3制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例23，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例4制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例24，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例5制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例25，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例6制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例26，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例7制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例27，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例8制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例28，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例9制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例29，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例10制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例30，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例11制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例31，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例12制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例32，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例13制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例33，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例14制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例34，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例15制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例35，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例16制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例36，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例17制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例37，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例18制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

实施例38，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，采用实施例19制得的保温混凝土用掺料替代实施例1制得的保温混凝土用掺料。

对比例1，一种保温混凝土，与实施例20的区别在于，保温混凝土用掺料的组分中采用等量的聚苯乙烯泡沫颗粒替代制备例4制得的增强陶粒。

对比例2，一种保温混凝土，按照如下方法制得：

将416㎏水泥、668㎏砂、751㎏石子、178㎏水、与5.2㎏减水剂混合搅拌均匀，再加入238㎏橡胶颗粒、13㎏废旧聚苯乙烯泡沫颗粒搅拌均匀，制得保温混凝土。

性能检测试验

试验1：保温混凝土保温性能测试

试验样品：将实施例20～38与对比例1～2中的保温混凝土制成尺寸为200mm×100mm×30mm的试样。

试验方法：依据GB/T 10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》,使用JTKD-1快速导热仪测量导热系数,导热系数越小，则保温混凝土的保温性能越好，测试结果如表3所示。

试验2，保温混凝土抗压强度测试试验对象：参照GB/T50081-2002，将实施例20～38与对比例1～2中的保温混凝土制成尺寸为100mm×100mm×100mm的试样。

试验方法：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的试验方法与试验设备进行抗压强度试验，测试结果如表3所示。

表3保温混凝土保温性能与抗压强度测试结果

试验结果分析：

(1)结合实施例20～38和对比例1～2并结合表3可以看出，采用本申请制备得到的增强陶粒，在提高保温混凝土保温性能的同时，可显著提高其抗压强度。其原因可能在于，本申请制备的得到的增强陶粒为具有多孔结构的颗粒，增其内部形成有气孔，表面为玻璃质的表层，其内部含有静止气体，使得其具有较高的隔热保温效果；同时，增强陶粒相比于聚苯乙烯泡沫颗粒具有较高的强度，有利于提高保温混凝土的抗压强度。

(2)结合实施例20和实施例23～25并结合表3可以看出，采用碱处理和EVA乳液包裹的改性再生脱硫胶粉能够改善保温混凝土的保温性能与抗压强度。其原因可能在于，脱硫再生胶粉的导热系数低，进而提高保温混凝土的保温性能。同时，脱硫再生胶粉可塑性强，其填充于混凝土基体中能够削弱混凝土固化过程中的尖端应力，抑制裂缝的产生换热扩展，进而增强保温混凝土的抗压强度。

其经过碱液浸泡处理后，表面产生较多的微孔，有助于粘附更多的EVA乳液。而EVA乳液中含有的极性基团，可与与保温混凝土的胶凝材料产生交联，提高脱硫再生胶粉与混凝土基体的连接强度。

(3)结合实施例20和实施例28～31并结合表3可以看出，采用粉煤灰、长石粉、二水石膏与高岭土烧结得到的增强陶粒，在改善保温混凝土保温性能的同时，能够有效增强保温混凝土的抗压强度，且缺少任一组分，均无法达到最好的效果。其原因可能粉煤灰与长石灰作为增强陶粒内部强度的主要成分，缺少两种组分的任一种，在煅烧过程中将导致陶粒强度的下降，进而导致保温混凝土的抗压强度下降；二水石膏在煅烧过程中有助于表面的玻璃相膨胀，形成较大的气泡，有助于提高增强陶粒的气孔率，进而提高保温混凝土的保温性能。高岭土在煅烧过程中先受热形成具有粘滞性的玻璃相，将气泡包裹在陶粒内部，以促进多孔结构的形成。

(4)结合实施例20和实施例32～34并结合表3可以看出，采用三段煅烧烧结得到的增强陶粒，制备得到的保温混凝土，其保温性能与抗压强度更为平衡。其原因可能在于，原料颗粒首先在750℃～850℃的温度下煅烧，能够使表层的高岭土预先受热，并形成具有粘滞性的玻璃相；然后在1000℃～1050℃的温度下煅烧，原料颗粒内部的坯料逐渐升温形成流体，并释放出水汽和气体，玻璃相的包裹使得气体难以逸出，内部的气压逐渐升高，使得颗粒发生膨胀，并在流体中产生气孔；最后在1050℃～1100℃的温度下煅烧，有助于原料颗粒间的间隙减小，接触面积增加，提高增强陶粒的机械强度，最终，使制得的保温混凝土的抗压强度提高。

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。