一种凝胶颗粒、高强多孔混凝土及其制备方法和应用

本发明属于建筑材料，具体涉及一种凝胶颗粒、高强多孔混凝土及其制备方法和应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、在高强混凝土中引入轻质骨料、发泡体系、加气反应或成孔材料，在水泥基体内部形成孔隙结构，成为高强多孔混凝土，能够在保持一定抗压强度的基础上，降低材料的表观密度和导热系数，并赋予其保温、吸声降噪和构件轻量化等功能。水泥基体内部的孔隙结构能够利用水凝胶实现，吸水膨胀的水凝胶在水泥固化阶段支撑起空腔空间，并在后期释水收缩形成空腔。

3、现有水凝胶类内养护材料多以聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺等合成高分子材料为主要原料。然而水泥基材料内部为高碱度和高离子浓度的环境，其中ca²+等多价离子会影响这些种类水凝胶的吸液、保液和释液性能，使其实际吸液倍率下降，释水过程难以稳定调控，影响其稳定成孔和持续内养护效果。最终对高强多孔混凝土的力学性能产生不利影响。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种凝胶颗粒、高强多孔混凝土及其制备方法和应用，凝胶颗粒主要成分为奇亚籽皮多糖和聚乙烯醇，能够在水泥基材料内部环境中稳定释水，凝胶颗粒中含有的硅酸钠能够起到内养护效果，增强空腔壁区域的力学性能，从而保证高强多孔混凝土的性能。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、第一方面，一种凝胶颗粒，包括水凝胶芯材和水凝胶芯材外部包覆的纳米二氧化硅层，所述水凝胶芯材的制备原料包括质量比为（6~8）：（2~4）的奇亚籽皮多糖和聚乙烯醇，所述水凝胶芯材中吸附有硅酸钠水溶液。

4、第二方面，上述凝胶颗粒的制备方法，包括步骤：

5、将设定质量比例的奇亚籽皮多糖和聚乙烯醇混合为混合液后冻融循环获得水凝胶，经过第一干燥、破碎和筛分获得聚合物颗粒；

6、将纳米二氧化硅分散液浸润聚合物颗粒表面，之后进行第二干燥，获得外部包覆的纳米二氧化硅层的第二聚合物颗粒；

7、将第二聚合物颗粒置于硅酸钠水溶液中吸液，获得所述凝胶颗粒。

8、第三方面，一种高强多孔混凝土，包括以下质量份的组分：

9、水泥570~670份、粉煤灰90~150份、硅灰90~120份、石英砂550~650份、辉绿岩细骨料620~680份、水155~195份、聚羧酸减水剂12~18份、上述凝胶颗粒3.0~4.5份。

10、第四方面，上述高强多孔混凝土的制备方法，包括以下步骤：

11、将水泥、粉煤灰、硅灰混合，得到第一混合物；

12、将第一混合物、石英砂、辉绿岩细骨料和总水量65~75%的水混合，得到第二混合物；

13、将所述第二混合物、所述凝胶颗粒、剩余的水和聚羧酸减水剂混合，得到高强多孔混凝土拌合物；

14、将所述高强多孔混凝土拌合物浇筑、养护、脱模和后养护，得到所述高强多孔混凝土。

15、第五方面，上述高强多孔混凝土在建筑节能材料、建筑声学材料和交通降噪材料中的应用。

16、本发明的有益效果为：

17、发明提供了一种凝胶颗粒，使用奇亚籽皮多糖和聚乙烯醇制备具有稳定的三维网络结构的聚合物凝胶，奇亚籽皮多糖所含的丰富羟基（-oh）能够提高纳米二氧化硅的结合能力，而纳米二氧化硅所提供的反应位点能够与水泥基材料内部环境中的ca2+反应，延缓ca2+进入颗粒内部的时机；待ca2+逐步进入凝胶颗粒后，破坏奇亚籽皮多糖形成的三维网络结构，使凝胶颗粒收缩并释放内部储存的水和硅源，在空腔壁区域继续进行水化反应，生成c-s-h类水化产物，增强空腔壁区域的力学性能，兼顾内养护、孔壁增强和力学性能保持的作用。

1.一种凝胶颗粒，其特征在于包括水凝胶芯材和水凝胶芯材外部包覆的纳米二氧化硅层，所述水凝胶芯材的制备原料包括干质量比为（6~8）：（2~4）的奇亚籽皮多糖和聚乙烯醇，所述水凝胶芯材中吸附有硅酸钠水溶液。

2. 如权利要求1所述的凝胶颗粒，其特征在于，所述硅酸钠水溶液的浓度为2~5 wt%，所述硅酸钠水溶液占水凝胶芯材质量的60～90 wt%；所述凝胶颗粒的粒径为0.4～3.2 mm，所述纳米二氧化硅层的厚度为0.1～1.0 μm。

3.一种如权利要求1-2任一所述的凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，将设定质量比例的奇亚籽皮多糖和聚乙烯醇混合为混合液后冻融循环获得水凝胶，经过干燥、破碎和筛分获得聚合物颗粒；

4. 如权利要求3所述的凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，冻融循环的方法包括：将混合液在-20~-10 ℃下冻结8~12 h，之后在20~30 ℃下解冻4~8 h，重复以上冻融处理2~3次。

5.如权利要求3所述的凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，所述浸润方法包括：将纳米二氧化硅分散液喷洒至翻滚状态的聚合物颗粒表面，保持翻滚状态，待无游离液体后，继续喷洒纳米二氧化硅分散液，重复喷洒6~10次；聚合物颗粒与消耗的全部纳米二氧化硅分散液的固液比为1:0.8~0.85。

6. 如权利要求5所述的凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅分散液中的分散剂为体积浓度75~85 vol%的乙醇水溶液，纳米二氧化硅分散液中纳米二氧化硅的质量浓度为5~8 wt%，纳米二氧化硅的粒径为10~50 nm。

7. 如权利要求3所述的凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠水溶液的浓度为2~5 wt%，吸液时间为10~60 min，吸液量为第二聚合物颗粒自由吸液倍率的30~50%。

8.一种高强多孔混凝土，其特征在于，包括以下质量份的组分：

9.一种权利要求8所述的高强多孔混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种如权利要求8所述的高强多孔混凝土在建筑节能材料、建筑声学材料或交通降噪材料中的应用。