轻质高强混凝土材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土制备技术领域，尤其涉及一种轻质高强混凝土材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着科学技术水平的提高及经济社会发展的要求，普通混凝土自重占建筑物总荷载比重过大的弊端凸显，工程领域对轻质高强材料的需求愈加明显。轻质高强混凝土是当前混凝土技术是当前混凝土技术的热门发展方向之一，它具有强度高、质量轻、耐久性好、体积稳定性好、保温性能好等优点，在超高层建筑、大跨径结构、桥梁工程、海洋工程等领域中具有非广阔的应用前景。
3.目前，传统轻骨料的质量普遍偏低，用以生产的轻质高强混凝土的强度或容重受限。当需要配置出容重更低的轻质高强材料时，其强度降低明显，难以满足要求。因此，如何协调强度与低容重之间的平衡，在降低更多容重的同时，保障足够的强度是轻质高强材料的当务之急。
4.公开号为cn115557801a的专利提供了一种轻质高强低收缩混凝土及其制备方法，通过使用玻璃微珠、粗轻骨料和废弃硬质塑料颗粒来制备轻质混凝土，同时利用紧密堆积理论制备水泥、矿物掺合料、石英砂、玻璃微珠的高强混凝土体系，使用优化后的施工工艺制备得到一种轻质高强低收缩的混凝土。然而，该方法制备的混凝土为了保证较高的强度，容重相对较高，导致其应用受限，如果在保证高强度的同时使其具有较低的容重，仍是当前亟待解决的问题。
5.有鉴于此，有必要设计一种改进的轻质高强混凝土材料及其制备方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种容重低、强度高的轻质高强混凝土材料及其制备方法。本发明通过将特定粒径的空心玻璃微珠、粉煤灰漂珠、粉煤灰粗灰按照特定比例配合使用，在降低浆体容重同时保证浆体的强度，并与陶粒共同作用提升混凝土的匀质性，同时加入由天然石材切割打磨的固废物锯泥进行填充，提高混凝土结构的密实性，从而使制得的轻质高强混凝土材料实现了水泥基材料轻质与高强度的统一。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种轻质高强混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：
8.s1、按照预设的重量份数称取水泥、硅灰、锯泥、粉煤灰漂珠、空心玻璃微珠、粉煤灰粗灰、陶粒后将其混合，再加入预定量的水，充分混匀后得到原料混合物；
9.s2、向步骤s1得到的所述原料混合物中加入剩余的水和预定量的减水剂，搅拌均匀后得到混凝土浆体；
10.s3、将步骤s2得到的所述混凝土浆体成型、养护后，得到轻质高强混凝土材料。
11.作为本发明的进一步改进，所述轻质高强混凝土材料中，各原料的重量份数如下：
12.水泥，15～25份；
13.硅灰，5～10份；
14.锯泥，5～8份；
15.粉煤灰漂珠，5～10份；
16.空心玻璃微珠，2～4份；
17.粉煤灰粗灰，8～12份；
18.陶粒，30～40份；
19.减水剂，1～2份；
20.水，6～10份。
21.作为本发明的进一步改进，所述空心玻璃微珠的表观密度为350～450kg/m3，粒径为150～200μm；所述粉煤灰粗灰中粒径大于45μm的颗粒占70％，表观密度为1800～2000kg/m3；所述粉煤灰漂珠为电厂粉煤灰分选轻质漂珠，其粒径为20～40目，表观密度为500～520kg/m3。
22.作为本发明的进一步改进，所述陶粒为页岩陶粒，表观密度为1300～1400kg/m3。
23.作为本发明的进一步改进，所述锯泥为花岗岩切割产生的原状湿锯泥，含水率为10％～30％，所述锯泥烘干后比表面积为620～700m2/kg。
24.作为本发明的进一步改进，所述水泥为强度≥52.5mpa的普通硅酸盐水泥。
25.作为本发明的进一步改进，所述硅灰的比表面积≥15000m2/kg，所述硅灰中sio2含量大于92％～95％。
26.作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，加入的水占总水量的70％～85％；所述减水剂为聚羧酸类减水剂粉体，减水率为35％～40％。
27.作为本发明的进一步改进，在步骤s3中，所述养护的方式为在标准条件下养护28天或者在70℃水中养护5天。
28.为实现上述目的，本发明还提供了一种轻质高强混凝土材料，该轻质高强混凝土材料根据上述技术方案中任一方案所述的方法制备得到。
29.所述轻质高强混凝土的容重为1250～1400kg/m3，抗压强度为55～70mpa。
30.本发明的有益效果是：
31.1、本发明提供的轻质高强混凝土材料的制备方法，通过采用空心玻璃微珠作为高强轻质粉体，在大幅度降低浆体的容重的同时保证浆体的强度，在此基础上再采用粉煤灰漂珠和粗粉煤灰共同作为轻质混凝土细骨料，不仅能够弥补传统轻质骨料强度低吸水量高的缺点，还能够进一步在降低混凝土浆体容重的前提下达到更高的强度，并在水泥水化产生氢氧化钙的作用下激发其火山灰效应，增强胶凝材料基体与骨料之间的界面粘结强度，充分提高混凝土的力学性能。同时，本发明通过将特定粒径及配比的空心玻璃微珠、粉煤灰漂珠以及粉煤灰粗灰进行配合使用，能够将混凝土浆体的湿密度降低至与轻质粗骨料陶粒的密度相当且略低于陶粒密度的程度，此时掺入陶粒后，可以杜绝陶粒在振动条件下的上浮现象，从而大大提升了轻质混凝土的整体匀质性，有利于其强度的提高。此外，粉煤灰粗灰作为大宗固废，将其应用在轻质高强混凝土中，还能够提高其应用附加值，具有重要的经济效益和环境效益。
32.2、本发明提供的轻质高强混凝土材料的制备方法，引入了含水率高的原状锯泥作为混凝土的制备原料，能够利用锯泥中的超细粉体充分填充水泥和硅灰之间的空隙，有效增强了轻质高强混凝土结构的密实性，提高了制得的轻质混凝土的强度。同时，锯泥粉体主要成分为硅质材料，在高强混凝土中可以进一步水化，生成水化硅酸钙，进一步提高混凝土的强度。并且，这类原状锯泥是天然石材在切割打磨过程中产生的固废，由于其含水率高、质地黏，常规处理具有较大的难度，本发明将其应用在轻质高强混凝土的制备过程中，也提高锯泥的可应用性，对于锯泥的资源化利用具有重要的指导意义。
33.3、本发明提供的轻质高强混凝土材料的制备方法，通过对各原料的组成、粒径及其用量进行调控，能够以低密度的原料降低最终制得的混凝土的容重，同时利用各原料之间的颗粒级配提高其堆积密度，使混凝土具有较高的密实性，并利用各原料间的协同作用提高混凝土的匀质性及力学性能，最终制得的轻质高强混凝土的容重范围为1250～1400kg/m3，抗压强度为58～70mpa，同时具有了较低的容重和较高的强度，实现了水泥基材料轻质与高强度的统一。且该轻质高强混凝土材料的原料可现场加水直接拌合，流动性良好，可达到自密实效果，特别适合用于装配式现浇轻质楼板或者轻质现浇墙体承重结构材料，具有较好的应用前景。
附图说明
34.图1为实施例1制备的轻质高强混凝土材料的内部结构图。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
36.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
37.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
38.本发明提供了一种轻质高强混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：
39.s1、按照预设的重量份数称取水泥、硅灰、锯泥、粉煤灰漂珠、空心玻璃微珠、粉煤灰粗灰、陶粒后将其混合，再加入预定量的水，充分混匀后得到原料混合物；
40.s2、向步骤s1得到的所述原料混合物中加入剩余的水和预定量的减水剂，搅拌均匀后得到混凝土浆体；
41.s3、将步骤s2得到的所述混凝土浆体成型、养护后，得到轻质高强混凝土材料。
42.所述轻质高强混凝土材料中，各原料的重量份数如下：
43.水泥，15～25份；
44.硅灰，5～10份；
45.锯泥，5～8份；
46.粉煤灰漂珠，5～10份；
47.空心玻璃微珠，2～4份；
48.粉煤灰粗灰，8～12份；
49.陶粒，30～40份；
50.减水剂，1～2份；
51.水，6～10份。
52.所述空心玻璃微珠的表观密度为350～450kg/m3，粒径为150～200μm；所述粉煤灰粗灰中粒径大于45μm的颗粒占70％，表观密度为1800～2000kg/m3；所述粉煤灰漂珠为电厂粉煤灰分选轻质漂珠，其粒径为20～40目，表观密度为500～520kg/m3。如此设置，空心玻璃微珠作为高强轻质粉体，在大幅度降低浆体的容重的同时能够保证浆体的强度，在此基础上再采用粉煤灰漂珠和粗粉煤灰共同作为轻质混凝土细骨料，不仅能够弥补传统轻质骨料强度低吸水量高的缺点，还能够进一步在降低混凝土浆体容重的前提下达到更高的强度，并在水泥水化产生氢氧化钙的作用下激发其火山灰效应，增强胶凝材料基体与骨料之间的界面粘结强度，充分提高混凝土的力学性能。并且，基于空心玻璃微珠、粉煤灰粗灰和粉煤灰漂珠三者的协同作用，可以有效降低成本较高的空心玻璃微珠的添加量，在降低成本的同时实现低容重和高强度的统一。
53.所述陶粒为页岩陶粒，表观密度为1300～1400kg/m3。本发明通过将特定粒径及配比的空心玻璃微珠、粉煤灰漂珠以及粉煤灰粗灰配合使用，能够将混凝土浆体的湿密度降低至与作为轻质粗骨料陶粒的密度相当且略低于骨料密度的程度，如此设置，在掺入陶粒后，可以杜绝陶粒在振动条件下的上浮现象，有效解决了传统轻质骨料容易分层的问题，大大提升了轻质混凝土的整体匀质性，有利于其强度的提高。
54.所述水泥为强度≥52.5mpa的普通硅酸盐水泥；所述硅灰的比表面积≥15000m2/kg，所述硅灰中sio2含量大于92％～95％；所述锯泥为花岗岩切割产生的原状湿锯泥，含水率为10％～30％，所述锯泥烘干后比表面积为620～700m2/kg。如此设置，能够利用锯泥中的超细粉体充分填充水泥和硅灰之间的空隙，有效增强了轻质高强混凝土结构的密实性，提高了制得的轻质混凝土的强度。同时，锯泥粉体主要成分为硅质材料，在高强混凝土中可以进一步水化，生成水化硅酸钙，进一步提高混凝土的强度。
55.在步骤s1中，加入的水占总水量的70％～85％；所述减水剂为聚羧酸类减水剂粉体，减水率为35％～40％。
56.在步骤s3中，所述养护的方式为在标准条件下养护28天或者在70℃水中养护5天。
57.本发明还提供了一种轻质高强混凝土材料，该轻质高强混凝土材料根据上述技术方案中任一方案所述的方法制备得到；所述轻质高强混凝土的容重为1250～1400kg/m3，抗压强度为58～70mpa。
58.下面结合具体的实施例及对比例对本发明提供的轻质高强混凝土材料及其制备方法进行具体说明。
59.实施例1
60.本实施例提供了一种轻质高强混凝土材料，按照重量份数包括如下组分：
61.水泥，21份；
62.硅灰，7.5份；
63.锯泥，6份；
64.粉煤灰漂珠，7.5份；
65.空心玻璃微珠，2.5份；
66.粉煤灰粗灰，10份；
67.陶粒，36份；
68.减水剂，1.5份；
69.水，8份。
70.其中，各原料的来源及性能参数如下：
71.水泥采用武汉华新水泥有限公司生产的p.o 52.5型硅酸盐水泥，表观密度3140kg/m3；硅灰采用半加密硅灰，表观密度为2200kg/m3，sio2含量94％，比表面积18000m2/kg；锯泥为麻城花岗岩切割尾料，含水率19.3％，烘干后粒径小于45μm的粉体占88％，比表面积(45μm以下粉体)660m2/kg，表观密度为2620kg/m3，粉体流动度比为102％；粉煤灰漂珠的细度为20～40目，表观密度为510kg/m3；空心玻璃微珠的表观密度为400kg/m3，粒径为150～200μm；粉煤灰原灰为阳逻电厂生产，粉煤灰粗灰中粒径大于45μm的颗粒占70％，表观密度1900kg/m3，28d活性指数为60％；陶粒为市售轻骨料页岩陶粒，表观密度为1350kg/m3；减水剂为聚羧酸减水剂，为白色粉体，减水率40％，表观密度为1060kg/m3。
72.本实施例还提供了上述轻质高强混凝土的制备方法，包括如下步骤：
73.s1、按上述重量份数称取水泥、硅灰、锯泥、粉煤灰漂珠、空心玻璃微珠、粉煤灰粗灰和陶粒后将其混合，再加入占总加水量80％的水，搅拌2min混合均匀，得到原料混合物；
74.s2、向步骤s1得到的原料混合物加入占总加水量20％的水和按照重量份数称取的聚羧酸减水剂，继续搅拌5min，搅拌均匀后得到流动性良好的混凝土浆体(测得该浆体的坍落度为260mm，扩展度为710mm)；
75.s3、将步骤s2得到的所述混凝土浆体倒入模具中，振捣去除气泡后静置成型，然后在标准条件下养护28天，得到轻质高强混凝土材料。
76.对本实施例得到的轻质高强混凝土性能进行检测，试验参照jgj/t70-2009《建筑混凝土基本性能试验方法标准》测得轻质高强混凝土的湿容重和抗压强度，其结果如表1所示：
77.表1实施例1制备的轻质高强混凝土材料的性能参数
78.容重(kg/m3)抗压强度(mpa)132462.1
79.由上表可以看出，本实施例制备的轻质高强混凝土同时具有了较低的容重和较高的强度，实现了水泥基材料轻质与高强度的统一。
80.本实施例制备的轻质高强混凝土剖切后的截面图如图1所示，由图1可以看出，该混凝土具有较好的密实性和匀质性。
81.实施例2～11及对比例1～6
82.实施例2～11及对比例1～6分别提供了一种轻质高强混凝土材料的制备方法，与实施例1相比，不同之处仅在于改变了原料的重量份数，各实施例及对比例对应的原料配比如表2所示，其余步骤及参数均与实施例1一致，在此不再赘述。
83.表2实施例2～13及对比例1～6的原料配比(单位：重量份)
[0084][0085]
对上述各实施例及对比例制备的轻质高强混凝土材料的容重及其28d抗压强度进行测试，结果如表3所示。
[0086]
表3实施例2～11及对比例1～6的性能数据
[0087]
实施例/对比例容重(kg/m3)抗压强度(mpa)实施例2131860.6实施例3133761.4实施例4136967.7实施例5127758.3实施例6135463.5实施例7129058.1实施例8131559.3实施例9133260.3实施例10131963.4
实施例11132760.7对比例1129554.3对比例2153663.9对比例3141060.8对比例4128252.5对比例5132957.6对比例6133451.9
[0088]
由表3可以看出，原料组成的改变对于制得的混凝土的容重及抗压强度具有重要影响。
[0089]
更具体地，对比实施例1～3及对比例1可以看出，锯泥的用量对混凝土强度的影响相对较大，且过多或过少都会导致制得的混凝土的强度降低，主要是因为本发明中的锯泥主要起填充作用，其用量过少难以达到有效的填充效果，将导致水泥与硅灰之间存在较多空隙，导致强度降低；但锯泥本身的活性不够高，若锯泥添加过多，则会导致活性较高的水泥及硅灰的占比相对降低，进而导致强度降低。因此，通过将锯泥的用量调控至特定比例，能够使其达到最佳的强度。
[0090]
对比实施例1、实施例4～9及对比例2～4可以看出，粉煤灰漂珠和空心玻璃微珠的增加有利于有效降低容重，但会导致强度降低，而粉煤灰粗灰的用量变化对容重的影响不大，且过多或过少的粉煤灰粗灰都会导致混凝土的强度降低。但如果完全不添加粉煤灰漂珠、空心玻璃微珠、粉煤灰粗灰中的任意一种，不仅会因为原料密度的变化影响最终的容重，还会因为影响颗粒级配效果以及混凝土的匀质性导致混凝土强度的下降。因此，粉煤灰漂珠、空心玻璃微珠、粉煤灰粗灰缺一不可，且各原料的用量需要控制在特定范围内。
[0091]
对比实施例1、实施例10～11及对比例5～6可以看出，陶粒的用量变化对于容重的影响不大，主要是因为本发明通过对其他原料的配比进行调控，使混凝土浆体具有与陶粒相近的密度，在此基础上对陶粒的用量进行调整，基本不影响制得的混凝土的容重，主要影响混凝土的强度，且陶粒的用量过多或过少都不利于混凝土强度的提高。
[0092]
因此，本发明通过将各原料的用量控制在特定范围内，能够保证制得的混凝土的容重在1250～1400kg/m3的同时，其抗压强度仍能够达到58～70mpa，同时具有较低的容重和较高的强度，以实现水泥基材料轻质与高强度的统一。
[0093]
对比例7～8
[0094]
对比例7～8分别提供了一种轻质高强混凝土材料的制备方法。与实施例1相比，对比例7改变了使用的空心玻璃微珠的规格，选择表观密度为500kg/m3，粒径范围为50～100μm的空心玻璃微珠；对比例8则是将粉煤灰粗灰和粉煤灰漂珠等量替换为常规的粉煤灰(表观密度为2700kg/m3，粒径＜45μm)，其余原料及其重量份数均与实施例1一致，在此不再赘述。
[0095]
对上述对比例制备的轻质高强混凝土材料的容重及其28d抗压强度进行测试，结果如表4所示。
[0096]
表4对比例7～8的性能数据
[0097]
[0098][0099]
由表4可以看出，原料的粒径对于制得的轻质高强混凝土的容重及其抗压强度均具有重要的影响。即便在组成相同的条件下，原料的粒径改变也会影响整体的密度以及各原料之间的级配效果，进而影响轻质高强混凝土的容重和抗压强度。本发明通过选择特定尺寸的空心玻璃微珠、粉煤灰粗灰和粉煤灰漂珠，能够在降低容重的同时改善整体的级配效果，从而同时具有较低的容重和较高的强度，以实现水泥基材料轻质与高强度的统一。
[0100]
综上所述，本发明提供了一种轻质高强混凝土材料及其制备方法。本发明通过按照预设的重量份数称取水泥、硅灰、锯泥、粉煤灰漂珠、空心玻璃微珠、粉煤灰粗灰、陶粒后将其混合，再加入预定量的水，充分混匀后得到原料混合物；向原料混合物中加入剩余的水和预定量的减水剂，搅拌均匀后得到混凝土浆体；将混凝土浆体成型、养护后，得到轻质高强混凝土材料。通过上述方式，本发明不仅能够弥补传统轻质骨料强度低吸水量高且容易分层的缺点，还能够充分提高混凝土的密实性、匀质性及其力学性能，在降低混凝土容重的前提下可以达到更高的强度，使制得的轻质高强混凝土材料同时具有了较低的容重和较高的强度，实现了水泥基材料轻质与高强度的统一。
[0101]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种轻质高强混凝土材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤s1、按照预设的重量份数称取水泥、硅灰、锯泥、粉煤灰漂珠、空心玻璃微珠、粉煤灰粗灰、陶粒后将其混合，再加入预定量的水，充分混匀后得到原料混合物；s2、向步骤s1得到的所述原料混合物中加入剩余的水和预定量的减水剂，搅拌均匀后得到混凝土浆体；s3、将步骤s2得到的所述混凝土浆体成型、养护后，得到轻质高强混凝土材料。2.根据权利要求1所述的轻质高强混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述轻质高强混凝土材料中，各原料的重量份数如下：水泥，15～25份；硅灰，5～10份；锯泥，5～8份；粉煤灰漂珠，5～10份；空心玻璃微珠，2～4份；粉煤灰粗灰，8～12份；陶粒，30～40份；减水剂，1～2份；水，6～10份。3.根据权利要求1所述的轻质高强混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述空心玻璃微珠的表观密度为350～450kg/m3，粒径为150～200μm；所述粉煤灰粗灰中粒径大于45μm的颗粒占70％，表观密度为1800～2000kg/m3；所述粉煤灰漂珠为电厂粉煤灰分选轻质漂珠，其粒径为20～40目，表观密度为500～520kg/m3。4.根据权利要求1所述的轻质高强混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述陶粒为页岩陶粒，表观密度为1300～1400kg/m3。5.根据权利要求1所述的轻质高强混凝土材料的制备方法，所述锯泥为花岗岩切割产生的原状湿锯泥，含水率为10％～30％，所述锯泥烘干后比表面积为620～700m2/kg。6.根据权利要求1所述的轻质高强混凝土材料的制备方法，所述水泥为强度≥52.5mpa的普通硅酸盐水泥。7.根据权利要求1所述的轻质高强混凝土材料的制备方法，所述硅灰的比表面积≥15000m2/kg，sio2含量大于92％～95％。8.根据权利要求1所述的轻质高强混凝土材料的制备方法，在步骤s1中，加入的水占总水量的70％～85％；所述减水剂为聚羧酸类减水剂粉体，减水率为35％～40％。9.根据权利要求1所述的轻质高强混凝土材料的制备方法，在步骤s3中，所述养护的方式为在标准条件下养护28天或者在70℃水中养护5天。10.一种轻质高强混凝土材料，其特征在于，采用权利要求1～9中任一权利要求所述的制备方法制备得到。

技术总结
本发明提供了一种轻质高强混凝土材料及其制备方法。本发明通过按照预设的重量份数称取水泥、硅灰、锯泥、粉煤灰漂珠、空心玻璃微珠、粉煤灰粗灰、陶粒后将其混合，再加入预定量的水，充分混匀后得到原料混合物；向原料混合物中加入剩余的水和预定量的减水剂，搅拌均匀后得到混凝土浆体；将混凝土浆体成型、养护后，得到轻质高强混凝土材料。通过上述方式，本发明不仅能够弥补传统轻质骨料强度低吸水量高且容易分层的缺点，还能够充分提高混凝土的密实性、匀质性及其力学性能，在降低混凝土容重的前提下可以达到更高的强度，使制得的轻质高强混凝土材料同时具有了较低的容重和较高的强度，实现了水泥基材料轻质与高强度的统一。实现了水泥基材料轻质与高强度的统一。实现了水泥基材料轻质与高强度的统一。


技术研发人员：凌刚 胡亮 钱雕 王明焱
受保护的技术使用者：武汉楚天名扬建材有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/31