專利名稱：一種eps輕集料混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多孔的砂漿、混凝土、人造石或陶瓷制品及其制造方法領(lǐng)域，具體講涉及一種EPS輕集料混凝土及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國墻 體改革事業(yè)的不斷推進，以及節(jié)能新標準的頒布，粘土磚因其固有的缺陷將逐漸被取締。隨著保護環(huán)境意識的加強，各國都很重視將垃圾廢料作為建筑材料這方面的研究，也發(fā)展了許多回收技術(shù)，有的已制定出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。而廢棄的聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)的化學性能穩(wěn)定、不易腐蝕，對環(huán)境是一種污染；但是，它又是一種保溫性能非常好的輕質(zhì)材料。所以，用打碎機將聚苯乙烯泡沫塑料打碎成顆粒，并用這種顆粒作為骨料制成的輕集料混凝土，具有造價低，取材容易，輕質(zhì)、節(jié)能、利廢，的優(yōu)點；是一種環(huán)保、保溫型建筑材料。用該混凝土做成的建筑產(chǎn)品具有保溫性能好、整體性好、施工簡單、快捷、節(jié)能、利廢、環(huán)保等特點。從以上分析我們可以看出用EPS輕集料混凝土制成的保溫砌塊是代替粘土磚的一種優(yōu)秀的產(chǎn)品；它的廣泛應(yīng)用必將大大推動我國墻改工作的進行及建筑業(yè)的發(fā)展，并具有非常重要的工程實用價值和社會效益。EPS顆粒是一種保溫性能非常好的材料，但是這種材料特殊性能也會給混凝土帶來一些問題一是EPS顆粒的密度比粉煤灰水泥砂漿小得多，在攪拌成型工藝過程中容易出現(xiàn)EPS顆粒上浮，物料分層現(xiàn)象；二是EPS顆粒的粒徑如果太大，可能引起水泥漿體相對不足，造成EPS輕集料混凝土的孔洞較多。這兩個方面的因素嚴重降低了 EPS輕集料混凝土的均勻密實程度。三是EPS顆粒是一種有機材料，其表面具有親油性，而水泥是一種無機材料，以離子型化合物為主，因而其表面基團具有強烈的吸水性。這兩種材料截然不同的表面性質(zhì)導(dǎo)致了其表面難以及結(jié)合。因此，為了提高聚苯乙烯輕集料混凝土的性能，包括力學性能、熱工性能和耐久性能，對聚苯乙烯輕集料混凝土的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，有必要從聚苯乙烯輕集料混凝土的原料配比和制備工藝上進行改進，使得混凝土在宏觀上結(jié)構(gòu)均勻密實；在微觀上，EPS顆粒和水泥砂漿之間的界面粘結(jié)性能較好，并且混凝土的立方體抗壓強度能到達一定等級。這對輕集料混凝土的廣泛應(yīng)用具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種EPS輕集料混凝土及其制備方法，有效的解決了混凝土在結(jié)構(gòu)方面輕質(zhì)、均勻和密實的要求，同時具有優(yōu)異的綜合性能；EPS輕集料混凝土容重大于650kg/m3，立方體抗壓強度可達到I. 6MPa，強度滿足使用要求，且輕集料混凝土具有良好的熱工性能和耐久性能；混凝土在抗壓試驗中，變形破壞前有較大變形，韌性提高。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種EPS輕集料混凝土，其改進之處在于所述輕集料混凝土包含以下重量份原料
原料重量份
水泥350份
粉煤灰90-120份 硅灰30-70份
河砂120-140份
水190-210 份
EPS顆粒15-21份
珍珠巖40-60份
減水劑2-6份。本發(fā)明的另一優(yōu)選技術(shù)方案為所述輕集料混凝土包含以下重量份原料
原料重量份
水泥350份
粉煤灰90-115份
硅灰30-70份
河砂126-140份
水198-210 份
EPS顆粒15-21份
珍珠巖46-60份
減水劑3-6份。本發(fā)明的又一優(yōu)選技術(shù)方案為所述輕集料混凝土包含以下重量份原料
原料重量份
水泥350份
粉煤灰95-115份
硅灰30-60份
河砂126-130份
水198-200 份
EPS顆粒15-21份
珍珠巖40-50份
減水劑3-5份。
本發(fā)明的再一優(yōu)選技術(shù)方案為所述輕集料混凝土包含以下重量份原料
原料重量份
水泥350份
粉煤灰95-115份
硅灰30-50份
河砂126份
水198份
EPS顆粒15-21份
珍珠巖46份
減水劑3-4份。其中所述減水劑為UNF-5非引氣型高效減水劑。其中水泥為普通硅酸鹽水泥； 其中所述硅灰的粒度O. 14 111-0.2 4 111，密度2.0-2.48/0113，堆積密度 200-3501^/m3，比表面積 15000-25000m2/kg ；所述河砂選用中砂，砂率按體積計為20-25%，堆積密度為1225-1325kg/m3，吸水率為 O. 95-1. 05% ；所述EPS顆粒的密度為10 20kg/m3 ； 所述珍珠巖為膨脹珍珠巖。一種制備如權(quán)利要求1-4任意所述的輕集料混凝土方法，其改進之處在于所述方法包括如下步驟I)攪拌工藝將水泥、粉煤灰、硅灰、珍珠巖、減水劑、河砂與20-30%的水經(jīng)攪拌機攪拌得到低水灰比凈漿；其中攪拌時間為5-15s ；將剩余的水和EPS顆粒加入到凈漿中進行攪拌得到拌合料；其中攪拌時間為5-15s ；2)成型工藝將拌合料轉(zhuǎn)移到放置于振動臺上的模具中，在模具上表面用平板覆蓋并對平板施加壓力，控制振動臺使得平板和模具同時振動3-30s，振動結(jié)束后，將平板沿物料平面水平抽出；其中振動頻率為2860次/min，振幅為O. 3-0. 6mm ；3)養(yǎng)護工藝帶模養(yǎng)護2-5天；其中帶模養(yǎng)護溫度為25_30°C，養(yǎng)護濕度為60-100% ；脫模，將混凝土澆水后貼膜，進行自然養(yǎng)護14-30天；其中貼膜養(yǎng)護溫度為25_30°C，養(yǎng)護濕度為60-100% ；
養(yǎng)護結(jié)束后，成品混凝土的容重為650-750Kg/m3，含水量為35_48Kg/m3。本發(fā)明的再一優(yōu)選技術(shù)方案為所述養(yǎng)護工藝中，帶模養(yǎng)護濕度為70-100%，所述貼膜養(yǎng)護濕度為70-100%。由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括I)輕集料混凝土在結(jié)構(gòu)上滿足了輕質(zhì)、均勻和密實的要求按照本發(fā)明的配比和制備工藝得到的輕集料混凝土，在微觀組織照片中，沒有發(fā)現(xiàn)大孔和連通孔，EPS顆粒和水泥混合砂漿的界面粘接狀況良好，EPS輕集料混凝土的容重大于500kg/m3,混凝土的孔結(jié)構(gòu)分布均勻；2)輕集料混凝土的力學性能、熱工性能和耐久性能匹配良好由于輕集料混凝土在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)良好，所以也對應(yīng)優(yōu)異的綜合性能，其立方體抗 壓試驗中，抗壓強度達到了 I. 3MPa，抗折強度達到了 O. 45MPa ;另外其導(dǎo)熱系數(shù)大于O. Iff/(m. k)，保溫性能良好；3)本發(fā)明的輕集料混凝土的制備工藝流程簡單，養(yǎng)護工藝簡單易實施，降低了對工作人員的要求；4)本發(fā)明是一種環(huán)保技術(shù)方案，有利于廢棄材料的利于和能源的節(jié)約，且產(chǎn)品性能優(yōu)異，具有較大的經(jīng)濟價值。此外,本發(fā)明的優(yōu)點還包括EPS顆粒是一種有機材料，其表面具有親油性，而水泥是一種無機材料，以離子型化合物為主，因而其表面積團具有強烈的吸水性，這兩種截然不同材料的表面性質(zhì)導(dǎo)致了其表面難以結(jié)合；采用本專利提出的解決界面粘結(jié)性的措施，可以解決EPS顆粒與水泥砂漿粘接不好的難題，進而改善了這種混凝土的力學性能。由于EPS顆粒容重很小，在混凝土攪拌成型過程中容易上浮，發(fā)生分層離析，難以形成均勻密實的混凝土。針對這一問題，本專利采用低水灰比加壓振動成型工藝，通過控制振動的時間和頻率來使EPS顆粒均勻分布在EPS輕集料混凝土中，同時摻入膨脹珍珠巖可使EPS顆粒的分層度進一步降低。EPS顆粒的摻量和粒徑是決定EPS輕集料混凝土熱工性能的關(guān)鍵參數(shù)，隨著EPS顆粒的摻量增多和粒徑的增大，可能引起水泥漿體相對不足，造成EPS輕集料混凝土的孔洞較多，容易導(dǎo)致其保溫性能變差，力學性能降低。針對這一問題本專利給出了 EPS顆粒的摻量和粒徑兩個參量的范圍，減小EPS輕集料混凝土的氣孔尺寸同時增大EPS輕集料混凝土的孔隙率，從而使得該混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)變小，并具有良好的力學性能。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明圖I是EPS輕集料混凝土制備工藝； 圖2是EPS輕集料混凝土立方體抗壓破壞試件的裂縫；圖3是硅灰的摻量對EPS輕集料混凝土抗壓強度影響示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實例對本發(fā)明進行詳細的說明。
聚苯乙烯輕集料混凝土是一種新型的輕骨料混凝土，它具有優(yōu)越的熱工性能和顯著的經(jīng)濟效益越來越受到工程界的重視，本發(fā)明根據(jù)聚苯乙烯輕集料混凝土結(jié)構(gòu)上的要求和組成材料的特點確定了該混凝土的基本配比和施工工藝。輕集料混凝土的原料包括凝膠材料、骨架材料、水、熱工材料和外加劑；膠凝材料包括硅酸鹽水泥、粉煤灰和硅灰，河砂是骨架材料，水為該混凝土的拌和材料，EPS顆粒和珍珠巖是保溫材料，即熱工材料，外加劑是減水劑。其中混凝土中各原料的特性及作用如下 凝膠材料普通硅酸鹽水泥EPS輕集料混凝土所用的膠凝材料主要是普通硅酸鹽水泥。普通硅酸鹽水泥是EPS輕集料混凝土最主要的膠凝材料，對其力學性能起主要的作用。普通硅酸鹽水泥標號越高，摻量越多，EPS輕集料混凝土的立方體抗壓強度越高。本次試驗采用天津水泥廠生產(chǎn)的駱馬它牌低堿普通娃酸鹽水泥，標號42. 5。粉煤灰粉煤灰摻入EPS輕集料混凝土后，會對EPS輕集料混凝土的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在三個基本方面第一，形態(tài)效應(yīng)粉煤灰中含有大量的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑因此能明顯地改善EPS輕集料混凝土的和易性；且密度均小于水泥顆粒，能使EPS輕集料混凝土中漿體的體積增加，因此粉煤灰可以明顯地改善EPS輕集料混凝土的和易性。第二，活性效應(yīng)粉煤灰中的SiO2, Al2O3等硅酸鹽玻璃體，與水泥、拌和水后產(chǎn)生堿性激發(fā)劑Ca(OH)2發(fā)生化學反應(yīng)，生成水化硅酸鈣等凝膠，對砂漿起到增強作用。第三，微集料效應(yīng)粉煤灰微粒在水泥漿體中分散狀態(tài)良好，有助于新拌EPS輕集料混凝土和硬化EPS輕集料混凝土均勻性的改善，粉煤灰微集料填充性的作用，也有助于EPS輕集料混凝土中孔隙和毛細孔的充填和細化。在配置EPS輕集料混凝土時，加入粉煤灰的目的主要利用粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)，即在不增加EPS輕集料混凝土的容重的情況下，使EPS輕集料混凝土中漿體的體積增加，填充到EPS輕集料混凝土的孔隙中去；從而有利于EPS輕集料混凝土形成密實的結(jié)構(gòu)。硅灰硅灰是一種非常細的粉末，主要成分是顆粒極細(O. I μ m O. 2 μ m)的無定形二氧化娃。它的平均粒徑比水泥小100倍。娃灰顏色在淺灰色與深灰色之間,密度2. 2g/cm3左右，比水泥(31g/cm3)要輕，與粉煤灰相似，堆積密度一般在200 350kg/m3。硅灰比表面積介于15000 25000m2/kg。硅灰物理性質(zhì)，決定了硅灰的微小顆粒具有高度的分散性，可以充分地填充在水化水泥顆粒之間，提高漿體硬化后的密實度。硅灰在EPS輕集料混凝土中的作用主要有三個方面第一，火山灰效應(yīng)娃灰的火山灰效應(yīng)能將對強度不利的氫氧化鈣轉(zhuǎn)化成C-S-H凝膠，并填充在水泥水化產(chǎn)物之間，有力地促進了 EPS輕集料混凝土強度增長。同時，硅灰與C-H反應(yīng)，C-H不斷被消耗會加快水泥的水化速率，提高EPS輕集料混凝土的早期強度。硅灰中的SiO2可以和石灰及高堿度的水化硅酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng)，生成強度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿度水化硅酸鈣。第二，界面效應(yīng)在EPS顆粒和水泥砂漿界面過濾區(qū)形成的氫氧化鈣(C -H)要多于其它區(qū)域，填充于水泥漿體中微小硅灰顆?？梢猿蔀镃-H的“晶種”，使C-H晶體的尺寸更小，取向更隨機；另外，由于硅灰的火山灰效應(yīng)可以在EPS顆粒和水泥砂漿界面過濾區(qū)生成更多和品質(zhì)更優(yōu)的C-S-H凝膠這使得EPS輕集料混凝土中水泥凈漿與EPS顆粒的界面粘結(jié)強度提高。第三，填充效應(yīng)在EPS輕集料混凝土中小于水泥顆粒直徑100倍的硅灰，填充于水泥漿體的孔隙間，其效果如同水泥顆粒填充在骨料空隙之間和細骨料填充在粗骨料空隙之間一樣，從微觀尺度上增加了 EPS輕集料混凝土的密實度。從以上分析中我們可以看出由于硅灰含有95%以上的活性化學成分SiO2，在EPS輕集料混凝土可生成更多和品質(zhì)更優(yōu)的C-S-H凝膠；既改善了 EPS輕集料混凝土的力學性能，又提高了 EPS輕集料混凝土中水泥凈漿與EPS顆粒的界面粘結(jié)強度。此外，由于硅灰顆粒極細，可以填充和阻塞EPS輕集料混凝土的孔道。所以，我們在EPS輕集料混凝土應(yīng)用硅灰的目的為改善EPS輕集料混凝土的力學性能、界面結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)。EPS顆粒與水泥砂漿的界面過渡區(qū)顯著的結(jié)構(gòu)特征是C_H晶體(Ca(OH)2)富集并 產(chǎn)生取向性，晶體的平均尺寸較大，即界面存在著大量有缺陷的疏松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此要增強EPS顆粒與水泥砂漿界面區(qū)，減少界面層和基體之間的差異，必須減少C-H晶體含量、打亂其取向性，降低其孔隙率。本專利選用優(yōu)質(zhì)硅灰作為活性礦物摻料加入到EPS輕集料混凝土中，使硅灰中的SiO2和石灰及高堿度的水化硅酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng)，生成強度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿度水化硅酸鈣(C-S-H);這樣就減少了對水泥砂漿和EPS顆粒界面粘接起不利作用的C-H晶體，增加了對水泥砂漿和EPS顆粒界面粘接界面粘接起決定性作用的C-S-H凝膠體(水化硅酸鈣)的含量和品質(zhì)。另外，加入活性礦物摻加料后，隨著混凝土齡期的增長，新生的水化物不斷的填充界面區(qū)孔隙，不僅使總孔隙率降低，而且使界面區(qū)的有害大孔減少了。圖3反映了加入硅灰后EPS輕集料混凝土立方體抗壓強度增長的情況(圖中0、A和B代表硅灰的摻量分別為水泥質(zhì)量的和10% )。從圖中可以看出當硅灰的摻量為水泥質(zhì)量的5%時，抗壓強度可以提高15%左右；而當硅灰的摻量為水泥質(zhì)量的10%時抗壓強度可以提高20%左右。這是由于EPS輕集料混凝土摻入硅灰后，改善了水泥砂漿和EPS顆粒之間的界面結(jié)構(gòu)，從而提高了 EPS輕集料混凝土力學性能。骨架材料河砂是構(gòu)成EPS輕集料混凝土彈性骨架最重要的材料，它和硅酸鹽水泥共同對EPS輕集料混凝土的力學性能起重要的作用。本次試驗用砂是潔凈圓形顆粒的天然河砂。此河砂的堆積密度為1225-13251^/1113，吸水率為0.95-1.05%。砂的粗細與顆粒級配如下面表所示。所以此砂屬于中砂。砂率是一項非常重要的試驗參數(shù)。因為砂子是本試驗容重最大的材料，砂率的選擇直接影響到EPS輕集料混凝土的密度和其力學性能。在剛開始探索EPS輕集料混凝土的試驗配方時，砂率是根據(jù)EPS顆粒所形成空隙來確定的，把EPS顆粒按等徑球體最緊密堆積模型計算，其空隙率為26%，盡管EPS顆粒不可能成為最緊密堆積，而且砂漿應(yīng)在整個體系中形成連續(xù)相，但考慮到除了砂子以外，粉煤灰等其它材料也填充在空隙中，所以砂率選擇在按體積計在20 25%之間。河砂的物理性能河砂是構(gòu)成EPS輕集料混凝土彈性骨架最重要的材料，它和硅酸鹽水泥共同對對EPS輕集料混凝土的力學性能起重要的作用。本專利所使用的砂是潔凈圓形顆粒的天然河砂。此河砂的堆積密度為1274kg/m3，吸水率為I %。砂的粗細與顆粒級配如下面表所示表I砂樣分析結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種EPS輕集料混凝土，其特征在于所述輕集料混凝土包括以下重量份原料原料重量份水泥350份粉煤灰90-120份 硅灰30-70份河砂120-140份水190-210 份EPS顆粒15-21份 珍珠巖40-60份 減水劑2-6份。
2.如權(quán)利要求I所述的一種EPS輕集料混凝土，其特征在于所述輕集料混凝土包括以下重量份原料原料重量份水泥350份 粉煤灰90-115份 硅灰30-70份河砂126-140份水198-210 份EPS顆粒15-21份 珍珠巖46-60份 減水劑3-6份。
3.如權(quán)利要求2所述的一種EPS輕集料混凝土，其特征在于所述輕集料混凝土包括以下重量份原料原料重量份水泥350份 粉煤灰95-115份 硅灰30-60份 河砂126-130份 水198-200 份EPS顆粒15-21份珍珠巖40-50份減水劑3-5份。
4.如權(quán)利要求3所述的一種EPS輕集料混凝土，其特征在于所述輕集料混凝土包括以下重量份原料原料重量份水泥350份粉煤灰95-115份硅灰30-50份河砂126份水198份EPS顆粒15-21份 珍珠巖46份減水劑3-4份。
5.如權(quán)利要求1-4任意所述的一種EPS輕集料混凝土，其特征在于所述減水劑為UNF-5非引氣型高效減水劑。
6.如權(quán)利要求1-4任意所述的一種EPS輕集料混凝土，其特征在于所述硅灰的粒度.O.I μ m-o. 2 μ m，密度 2. 0-2. 4g/cm3，堆積密度 200_350kg/m3，比表面積 15000_25000m2/kg。
7.如權(quán)利要求1-4任意所述的一種EPS輕集料混凝土，其特征在于所述河砂選用中砂，砂率按體積計為20-25%，堆積密度為1225-1325kg/m3，吸水率為O. 95-1. 05%。
8.如權(quán)利要求1-4任意所述的一種EPS輕集料混凝土，其特征在于所述EPS顆粒的堆密度為10 20kg/m3。
9.如權(quán)利要求1-4任意所述的一種EPS輕集料混凝土，其特征在于所述珍珠巖為膨脹珍珠巖。
10.一種制備如權(quán)利要求1-4任意所述的輕集料混凝土方法，其特征在于所述方法包括如下步驟 1)攪拌工藝 將水泥、粉煤灰、硅灰、珍珠巖、減水劑、河砂與20-30 %的水經(jīng)攪拌機攪拌得低水灰比凈漿； 其中攪拌時間為5-15s ； 將剩余的水和EPS顆粒加入到凈漿中進行攪拌得拌合料； 其中攪拌時間為5-15s ； 2)成型工藝 將拌合料轉(zhuǎn)移到放置于振動臺上的模具中，在模具上表面用平板覆蓋并對平板施加壓力，控制振動臺使得平板和模具共振3-30s，振動結(jié)束后，將平板沿物料平面水平抽出； 其中振動頻率為2860次/min，振幅為O. 3-0. 6mm ； 3)養(yǎng)護工藝 帶模養(yǎng)護2-5天； 其中帶模養(yǎng)護溫度為25-30°C，養(yǎng)護濕度為60-100% ； 脫模，將混凝土澆水后貼膜，進行自然養(yǎng)護14-30天；其中貼膜養(yǎng)護溫度為25-30°C，養(yǎng)護濕度為60-100%。 養(yǎng)護結(jié)束后，成品混凝土的容重為650-750Kg/m3，含水量為35_48kg/m3。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種EPS輕集料混凝土及其制備方法，有效的解決了混凝土在結(jié)構(gòu)方面輕質(zhì)、均勻和密實的要求，同時具有優(yōu)異的綜合性能；EPS輕集料混凝土容重可達550kg/m3，立方體抗壓強度可達到1.3MPa，強度滿足使用要求，且輕集料混凝土具有良好的熱工性能和耐久性能；混凝土在抗壓試驗中，變形破壞前有較大變形，韌性提高。所述輕集料混凝土原料包括水泥350份、粉煤灰90-120份，硅灰30-70份，河砂120-140份，水190-210份，EPS顆粒15-21份，珍珠巖40-60份和減水劑2-6份。由本發(fā)明的配比和制備方法得到的輕集料混凝土，結(jié)構(gòu)上均勻密實，各項性能制備滿足設(shè)計要求，具有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號B28B11/24GK102875181SQ20121009881
公開日2013年1月16日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者張雪松 申請人:中國電力科學研究院