一种可泵送轻质保温混凝土及其制备方法与流程

1.本技术涉及混凝土制备的领域，更具体地说，它涉及一种可泵送轻质保温混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.随着物质生活水平的提高，人们对住宅舒适度的要求也在逐渐提高。而建筑能耗呈现快速增长趋势，我国已经超过欧美大国。能耗的增大及资源的枯竭是人类面临的严峻挑战，也是经济发展的需要。建筑结构包括门窗和墙体，其中墙体占主要部分。但由于墙体的密闭性能差，保温性不好，造成了建筑能耗的浪费。为了降低建筑能耗，实现建筑节能，必须对墙体进行改善，尤其是墙体的热工性能。
3.建筑节能是实现节能减排的重要方式，保温材料是节能的基础。保温材料中轻质混凝土应用较多。传统的聚苯乙烯轻质混凝土是常用的轻质混凝土之一，近几年发展迅速。常见的聚苯乙烯泡沫颗粒混凝土虽然能提高保温性能，但是牺牲了一定的防火安全性。即存在保温性能和防火性能之间的矛盾，要使导热系数有效降低，必须增加聚苯乙烯泡沫颗粒的使用量，如此将引起防火等级的下降。
4.鉴于上述问题，现在需要一种混凝土，不但具有普通泡沫混凝土的防火、保温、隔热、隔声、轻质、环保、经济等各种优点，还具有a级防火性能，降低材料的导热系数，以便克服泡沫混凝土保温性能较差的缺点，能很好地应用在建筑工程中。


技术实现要素：

5.为了提高混凝土防火等级的同时降低混凝土的导热系数，本技术提供一种可泵送轻质保温混凝土及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种可泵送轻质保温混凝土，采用如下的技术方案：一种可泵送轻质保温混凝土，包括以下重量份数的原料，水泥40-60份，粉煤灰15-25份，矿粉8-10份，胶凝剂1-5份，改性聚苯乙烯泡沫颗粒20-35份，粗骨料20-40份，其中改性聚苯乙烯泡沫颗粒是以聚苯乙烯泡沫颗粒为原料，在聚苯乙烯泡沫颗粒的表面依次包裹有混合粉末、增强纤维，其中混合粉末为重质碳酸钙与阻燃剂，重质碳酸钙与阻燃剂的重量比为1：(0.8-1.2)。
7.优选的，一种可泵送轻质保温混凝土包括以下重量份数的原料，水泥45-55份，粉煤灰20-25份，矿粉8-10份，胶凝剂2-4份，改性聚苯乙烯泡沫颗粒25-35份，粗骨料25-35份。
8.通过采用上述技术方案，将聚苯乙烯泡沫颗粒加入混凝土中，能够增加混凝土的保温性能，降低混凝土的整体重量。为了有效地降低导热系数，不断增加聚苯乙烯泡沫颗粒的数量，但同时会降低混凝土的防火等级，增加不稳定因素。另外，由于聚苯乙烯泡沫颗粒的密度较小，在混合搅拌时，容易漂浮于混凝土的表面上，无法发挥聚苯乙烯泡沫颗粒的作用，更加不利于泵送，直接影响混凝土的性能及工作效率。
9.在本技术中，将聚苯乙烯泡沫颗粒进行改性。首先，将聚苯乙烯泡沫颗粒在粘结剂
中浸泡，将粘结剂完全包裹于聚苯乙烯泡沫颗粒的表面，且将部分粘结剂渗透到聚苯乙烯泡沫颗粒的内部，增加强度。在本技术中的粘接剂是指具有一定粘结性且与聚苯乙烯泡沫颗粒不发生反应，或者对聚苯乙烯泡沫颗粒没有损伤。在聚苯乙烯泡沫颗粒表面包裹粘接剂后，喷涂一层混合粉末，然后再喷涂一层粘结剂，再喷涂一层混合粉末，重复上述步骤，使混合粉末在聚苯乙烯泡沫颗粒上具有不同层数，得到不同烘干后制备成半成品颗粒；再将聚氨酯胶黏剂喷涂在半成品颗粒表面，最后将增强纤维粘结在半成品颗粒表面，制备成改性聚苯乙烯泡沫颗粒。
10.混合粉末包括重质碳酸钙与阻燃剂，优选重质碳酸钙与阻燃剂的重量比为1：1。在本技术中，重质碳酸钙粉末经过粘结剂的粘结，在聚苯乙烯泡沫颗粒表面形成一层硬壳，对聚苯乙烯泡沫颗粒表面进行包裹。一方面可以增加聚苯乙烯泡沫颗粒一定的强度；另一方面可以提高聚苯乙烯泡沫颗粒的密度，使聚苯乙烯泡沫颗粒在制备混凝土过程中，不易上浮，易于泵送。
11.阻燃剂的作用就是提高聚苯乙烯泡沫颗粒的耐火性，使混凝土的防火等级达到a级。阻燃剂还能降低聚苯乙烯泡沫颗粒的导热系数，提高密度。阻燃剂优选为氢氧化镁粉末、氢氧化铝粉末、十溴联苯醚、十溴二苯基乙烷中的一种。
12.在本技术中，混合粉末的层数优选为两层，可以根据不同需求，增加混合粉末的层数，可以为三层及以上。
13.在喷涂最后一层混合粉末后，对聚苯乙烯泡沫颗粒进行烘干，得到不同尺寸的球体或近似球体的半成品颗粒。再将聚氨酯胶黏剂喷涂在半成品颗粒表面，将增强纤维粘结在半成品颗粒表面，制备成改性聚苯乙烯泡沫颗粒。聚氨酯胶黏剂能够对最外混合粉末层进行包裹，进一步增加聚苯乙烯泡沫颗粒的强度。聚氨酯胶黏剂将半成品颗粒与增强纤维进行粘结，使增强纤维粘结在半成品颗粒的表面上，增强纤维排列可以规则或不规则。将改性聚苯乙烯泡沫颗粒加入混凝土中，再通过水泥将改性聚苯乙烯泡沫颗粒与粉煤灰、矿粉、粗骨料等进行粘结，增强纤维作为一个桥梁或纽带，使改性聚苯乙烯泡沫颗粒与其他原料进行连接，能够增加混凝土的强度，降低混凝土的导热系数。
14.在一个具体的实施方案中，一种可泵送轻质保温混凝土包括水泥50份，粉煤灰22份，矿粉9份，胶凝剂3份，改性聚苯乙烯泡沫颗粒30份，粗骨料30份。在此比例范围下，改性聚苯乙烯泡沫颗粒与其余原料进行配合，防火等级较高，导热系数较低，同时还具备保温、隔热、隔声、轻质、环保、经济等优点。改性聚苯乙烯泡沫颗粒的密度为7-10kg/m3。
15.优选的，所述混合粉末利用粘结剂固定在聚苯乙烯泡沫颗粒的表面，粘结剂由硅丙乳液与羟乙基纤维素组成，硅丙乳液与羟乙基纤维素的重量比为(6-10)：(0.1-0.3)。
16.优选的，所述硅丙乳液与羟乙基纤维素的重量比为8：0.2。
17.通过采用上述技术方案，本技术中的粘接剂是由硅丙乳液与羟乙基纤维素组成，具有一定的粘结性外，可以在聚苯乙烯泡沫颗粒形成一层保护膜，能够提高聚苯乙烯泡沫颗粒的耐高温、耐候性能，还具有一定的拒水性。当硅丙乳液与羟乙基纤维素的重量比为8：0.2时，改性聚苯乙烯泡沫颗粒不吸水，生产工艺稳定，配制的混凝土流动性好，匀质性好，容易泵送，混凝土质量可控性高。
18.优选的，所述胶凝剂为明胶、卡拉胶、黄原胶中的一种。
19.通过采用上述技术方案，在本技术中加入胶凝剂，可以提高混凝土的抗冻性。胶凝
剂与改性聚苯乙烯泡沫颗粒相互配合，能提高混凝土的耐温性能。优选胶凝剂为黄原胶。
20.优选的，所述混合粉末的厚度为1-2mm。
21.通过采用上述技术方案，一般的，聚苯乙烯泡沫颗粒的平均粒径为3-5mm。本技术中，在聚苯乙烯泡沫颗粒的表面上粘结混合粉末，混合粉末的厚度为1-2mm。混合粉末的层数不同时，就会获得平均粒径不同的改性聚苯乙烯泡沫颗粒。粉煤灰与矿粉的平均粒径为5-10mm、粗骨料的平均粒径为15-20mm。
22.在一个具体的实施方案中，聚苯乙烯泡沫颗粒的平均粒径为4mm，混合粉末的厚度为1.5mm，混合粉末的层数为两层；粉煤灰与矿粉的平均粒径为8mm；粗骨料的平均粒径为18mm。混凝土具有较高的抗压强度，较低的导热系数。
23.优选的，所述增强纤维为钢纤维、聚丙烯纤维与聚酯纤维中的一种。
24.通过采用上述技术方案，在本技术中，增强纤维的作用是将改性聚苯乙烯泡沫颗粒与其他原料进行连接，增加混凝土的强度。混凝土中水分蒸发、水泥水化和碳化后，会有一定的收缩，对改性聚苯乙烯泡沫颗粒施加拉力，破坏改性聚苯乙烯泡沫颗粒结构。但在增强纤维的作用下，提高改性聚苯乙烯泡沫颗粒的抵抗力，增加改性聚苯乙烯泡沫颗粒一定的强度与刚度。在本技术中，增强纤维优选钢纤维，更优选的钢纤维的长度为5-10mm。
25.优选的，所述混凝土中水灰比为0.3-0.52。
26.通过采用上述技术方案，在制备混凝土过程中，通过调整水泥与水的比例，控制水灰比为0.3-0.52。本技术中轻质保温混凝土的强度与水灰比密切相关，抗压强度随着水灰比的增大而先增大后减小。当水灰比增大时，在水泥用量不变的条件下，用水量越多，就会形成更多的削弱混凝土强度的细小孔洞；同时，容易使轻质保温混凝土拌合物出现分层离析的现象，造成混凝土的不均匀性，降低强度。在一个具体的实施方案中，所述水灰比为0.37，经检测，轻质保温混凝土的抗压强度为8.69mpa。
27.第二方面，本技术提供一种可泵送轻质保温混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种可泵送轻质保温混凝土的制备方法，将水泥、粉煤灰、矿粉、胶凝剂、改性聚苯乙烯泡沫颗粒、粗骨料在搅拌机中进行干拌，充分混合后加入水。
28.通过采用上述技术方案，首先将聚苯乙烯泡沫颗粒进行改性，制备得到改性聚苯乙烯泡沫颗粒。再将改性聚苯乙烯泡沫颗粒、水泥、粉煤灰、矿粉、胶凝剂与粗骨料加入搅拌机中，充分混合后，最后加入水。
29.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用改性聚苯乙烯泡沫颗粒，提高轻质保温混凝土防火等级的同时降低轻质保温混凝土的导热系数；2、本技术中轻质保温混凝土的防火等级达到a级，28d抗压强度在5.33mpa以上，导热系数0.062w/(m
·
k)以下；3、本技术的方法较为简单，易于控制，且应用的原料易于获取，更容易实现批量化生产。
具体实施方式
30.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
31.原料
本技术中使用的原料均来自于市售，无特殊要求。
32.制备例制备例1将平均粒径为4mm的聚苯乙烯泡沫颗粒投入粘结剂中，浸泡15min后取出，喷涂一层混合粉末，混合粉末的厚度为1.5mm，然后再喷涂一层粘结剂，再喷涂一层混合粉末，混合粉末的厚度为1.5mm，在35℃下进行烘干，制备成半成品颗粒。再将聚氨酯胶黏剂喷涂在半成品颗粒表面上，最后将8mm长的钢纤维粘结在半成品颗粒表面，制备得到改性聚苯乙烯泡沫颗粒。
33.其中半成品颗粒、聚氨酯胶黏剂、钢纤维的重量比为1:0.8:0.5。
34.其中混合粉末为重质碳酸钙与阻燃剂，重量比为1:1，其中，阻燃剂为氢氧化镁。
35.其中粘结剂为淀粉粘合剂，包括以下原料，水74wt％、生淀粉15wt％、熟淀粉5wt％、苛性钠2.5wt％、硼砂3.5wt％。
36.制备例2制备例2与制备例1的区别在于，制备例2中粘结剂由硅丙乳液与羟乙基纤维素组成，硅丙乳液与羟乙基纤维素的重量比为8:0.2。
37.制备例3制备例3与制备例1的区别在于，制备例3中粘结剂由硅丙乳液与羟乙基纤维素组成，硅丙乳液与羟乙基纤维素的重量比为10:0.1。
38.制备例4制备例4与制备例1的区别在于，制备例4中粘结剂由硅丙乳液与羟乙基纤维素组成，硅丙乳液与羟乙基纤维素的重量比为6:0.3。
39.制备例5制备例5与制备例2的区别在于，制备例5中将平均粒径为4mm的聚苯乙烯泡沫颗粒投入粘结剂中，浸泡15min后取出，喷涂一层混合粉末，混合粉末的厚度为1.5mm，然后再喷涂一层粘结剂，再喷涂一层混合粉末，混合粉末的厚度为1.5mm，然后再喷涂一层粘结剂，再喷涂一层混合粉末，混合粉末的厚度为1.5mm，在35℃下进行烘干，制备成半成品颗粒。
40.制备例6制备例6与制备例2的区别在于，制备例8中不包括阻燃剂。实施例
41.可泵送轻质保温混凝土的制备方法是将水泥、粉煤灰、矿粉、胶凝剂、改性聚苯乙烯泡沫颗粒、粗骨料在搅拌机中进行干拌，充分混合后加入水，加入聚羧酸减水剂，聚羧酸减水剂为混凝土的0.25wt％。
42.水泥为p.o 42.5普通的硅酸盐水泥，粉煤灰与矿粉的平均粒径为8mm，粗骨料为碎石，平均粒径为18mm。各原料的具体用量如表1所示。
43.表1实施例1-11中各原料的具体用量(单位：kg)
对比例对比例1-3与实施例4的区别在于表2所示。
44.表2对比例1-3中各原料的具体用量(单位：kg)对比例4对比例4与实施例4的区别在于，对比例4中将改性聚苯乙烯泡沫颗粒更换为聚苯乙烯泡沫颗粒。
45.对比例5对比例5与实施例4的区别在于，对比例5中，将水泥、粉煤灰、矿粉、胶凝剂、阻燃剂(氢氧化镁)、改性聚苯乙烯泡沫颗粒、粗骨料在搅拌机中进行干拌，其中改性聚苯乙烯泡沫颗粒中不包含阻燃剂(氢氧化镁)。
46.性能检测试验将实施例1-11与对比例1-5按照相应的比例进行复配，分别浇筑在同样尺寸的模具内，制备成试样，进行编号处理，分别对试样进行抗压强度、防火等级、导热系数及抗冻实验的检测。检测结果如表3所示。
47.28d抗压强度按照gb/t 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》进行检测。
48.抗冻实验按照gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行检测。
49.导热系数按照gb/t10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行检测。
50.防火等级按照gb8624-2019《建筑材料及制品燃烧性能分级》进行检测。
51.表3检测结果类别28d抗压强度/mpa导热系数/w/(m
·
k)防火等级抗冻实验/次实施例15.330.055a76
实施例25.490.059a79实施例36.320.049a83实施例48.690.043a100实施例58.030.047a88实施例68.170.051a90实施例78.710.042a95实施例88.440.062a103实施例95.390.037a81实施例107.120.052a92实施例115.430.039a84对比例18.750.040a45对比例24.240.056a106对比例38.660.045b99对比例45.540.171b91对比例58.310.057b87结合实施例1-11并结合表3可以看出，实施例1-11制备的可泵送轻质保温混凝土，抗压强度在5.33mpa以上，导热系数0.062w/(m
·
k)以下，防火等级达到a级以上。
52.结合实施例4和对比例4并结合表3可以看出，在实施例4中混凝土中加入改性聚苯乙烯泡沫颗粒能够在提高防火等级的同时降低导热系数。另外，对比例4中加入未改性的聚苯乙烯泡沫颗粒，聚苯乙烯泡沫颗粒与其他原料复配后，聚苯乙烯泡沫颗粒的重量较轻，混凝土不易泵送。
53.结合实施例4和对比例5并结合表3可以看出，对比例5中改性聚苯乙烯泡沫颗粒中的阻燃剂直接与其他原料混合，虽然28d抗压强度符合要求，但是防火等级较低。
54.结合实施例4和实施例3并结合表3可以看出，实施例4中应用丙乳液与羟乙基纤维素作为粘结剂，能够提高混凝土的抗压强度、抗冻性能，同时降低混凝土的导热系数。
55.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，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，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。