一種高強度保溫混凝土及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強度保溫混凝土及其制備方法，以質量份數(shù)計，其原料包括：普通硅酸鹽水泥300～400份、礦粉100～200份、粉煤灰100～200份、砂子400～600份、石子900～1100份、空心玻璃微珠40～70份、玻化微珠40～70份、SiO2氣凝膠10～20份、鉀水玻璃5～9份、減水劑5～15份、水110～180份。其既具有普通混凝土的物理力學性能，同時又具有保溫性能，符合綠色環(huán)保的建筑材料。
【專利說明】
-種高強度保溫混凝±及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及±木工程的混凝±技術領域，更具體地說，它設及一種高強度保溫混 凝±及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前，國內外的建筑結構93% W上為鋼筋混凝±結構，并且運些建筑結構中所使 用的混凝±為普通混凝±。普通混凝±具有較好的抗壓性能，其保溫性能很差，普通混凝± 的導熱系數(shù)較高，保溫性能很差，導熱系數(shù)達到1.8W/m . k左右，因此為使建筑滿足人們和 設備對室溫的需求，外圍結構都做內/外保溫層等有效措施來減少室內外熱交換，W達到保 溫的效果。
[0003] 為改善普通混凝±的保溫性能差的不足，建筑內/外圍結構需要增設保溫層。傳統(tǒng) 保溫材料為有機保溫材料，其制作時對環(huán)境污染嚴重，并且易燃、易老化、耐久性差，各地保 溫建筑工程屢屢發(fā)生火災事故，有機保溫材料在火災時很快就會烙化，煙霧大、毒性大，很 難撲救，危害嚴重。不解決墻體保溫材料的防火安全問題，我國的建筑節(jié)能工程將具有重大 火災隱患，運使得無機保溫材料取代有機保溫材料成為歷史發(fā)展及科技進步的必然。2009 年9月20日公安部和住建部聯(lián)合頒布公通字[2009]46號文《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝 飾防火暫行規(guī)定》，對民用建筑墻體保溫材料燃燒性能級別及防火構造提出了具體要求。根 據(jù)規(guī)定，民用建筑的整體外墻必須采用A級不燃保溫材料，市場迫切需要既節(jié)能、又具有阻 燃等高性能的建筑圍護結構材料、制品及其系統(tǒng)。
[0004] 泡沫混凝±作為新型的無機防火保溫材料，普遍存在密度大，強度低W及保溫性 不及有機材料等缺陷，但是綜合相比，它仍然是有機易燃材料的最佳取代品。目前，泡沫混 凝±在各個領域的應用并沒有被廣泛推廣使用，主要是由于干密度和抗壓強度問題。因為 泡沫混凝±的干密度和抗壓強度指標是相互對立的，是矛盾的統(tǒng)一體。而國內主要的研究 是重點解決在降低泡沫混凝±干密度的前提條件下，如何提高其抗壓強度，W及平衡泡沫 混凝±的其他性能。
[0005] 因此，從系統(tǒng)科學的方法與原理出發(fā)，研究開發(fā)一種既具有普通混凝±的物理力 學性能，同時又具有保溫性能，符合綠色環(huán)保的建筑材料十分必要。

【發(fā)明內容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高強度保溫混凝±，其既 具有普通混凝±的物理力學性能，同時又具有保溫性能，符合綠色環(huán)保的建筑材料。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案： 一種高強度保溫混凝±，W質量份數(shù)計，其原料包括:普通娃酸鹽水泥300~400份、礦 粉100~200份、粉煤灰100~200份、砂子400~600份、石子900~1100份、空屯、玻璃微珠40~ 70份、玻化微珠40~70份、Si02氣凝膠10~20份、鐘水玻璃5~9份、減水劑5~15份、水110~ 180 份。
[000引本發(fā)明較優(yōu)選地，所述空屯、玻璃微珠的粒度為350~450目、壁厚為直徑的8%~ 10%、堆積密度為200Kg · πΓ3。
[0009] 本發(fā)明較優(yōu)選地，所述?；⒅榈拿芏葹?0~lOOKg · πΓ3、吸水率25%~35%、筒 壓強度小于35%。
[0010] 本發(fā)明較優(yōu)選地，所述Si化氣凝膠的孔隙率為80%~99%、比表面積為600~ 1000m2 · g-i、表觀密度為0.003~0.35g · m-3、孔徑為10~40皿。
[00川本發(fā)明較優(yōu)選地，所述鐘水玻璃為鐘水玻璃1(20*115102，其中摩數(shù)11為2.6~2.8。
[0012] 本發(fā)明較優(yōu)選地，所述普通娃酸鹽水泥的強度等級為P.042.5;所述礦粉為S95級 礦粉;所述粉煤灰為II級粉煤灰;所述砂子為II區(qū)中砂;所述石子的平均粒徑為10~15mm。
[0013] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述所述的高強度保溫混凝±的制備方法。
[0014] -種如上述所述的高強度保溫混凝±的制備方法，包括W下步驟： 步驟(1):將所述比例的普通娃酸鹽水泥、礦粉、粉煤灰、砂子、石子、外加劑和水投入攬 拌機中，攬拌均勻； 步驟(2):將Si化氣凝膠和鐘水玻璃投入步驟（1)中的攬拌機中進行混合均勻;再加入 空屯、玻璃微珠和玻化微珠混合均勻，即可得到高強度保溫混凝±。
[0015] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了如下技術方案： 一種如上述所述的高強度保溫混凝±的制備方法，包括W下步驟： 步驟(1):首先將所述比例的Si化氣凝膠、鐘水玻璃和1/10的水投入攬拌機中進行混合 均勻;再加入所述比例的空屯、玻璃微珠和?；⒅榛旌暇鶆颍?步驟(2):將所述比例的普通娃酸鹽水泥、礦粉、粉煤灰、砂子、石子、外加劑和剩余量的 水投入另一攬拌機中，攬拌均勻； 步驟(3):將步驟(1)所得的混合物加入到步驟(2)中的攬拌機中，攬拌均勻，即可得到 高強度保溫混凝上。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果： (1)本發(fā)明高強度保溫混凝±整體誘筑而成的結構比常用粘、掛、抹等方式施工建造的 保溫結構在整體上更加安全可靠，能夠有效避免其它保溫節(jié)能系統(tǒng)極易出現(xiàn)防護層開裂和 飾面層脫落的情況，同時還能防止保溫系統(tǒng)被大風刮掉W及雨水滲至外墻內表面。
[0017] (2)本發(fā)明高強度保溫混凝±的導熱系數(shù)低，加之本發(fā)明高強度保溫混凝±誘筑 而成的結構體系整體性較好，在建筑物外圍護結構采用本發(fā)明高強度保溫混凝±誘筑保溫 節(jié)能構件，可W實現(xiàn)墻、柱、梁板的一體化施工，形成一個整體，能夠避免其它保溫節(jié)能體系 造成的熱、冷橋現(xiàn)象，導致建筑物的熱量損耗流失。
[0018] (3)本發(fā)明高強度混凝±既具有普通混凝±的物理力學性能，同時又具有保溫性 能，符合綠色環(huán)保的建筑材料。?；⒅楹涂胀汀⒉Ａ⒅橄嗷ゴ龠M共同提升了本發(fā)明的保 溫性能和物理力學性能;鐘水玻璃改善了?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠的憎水性，使得兩者在 水相中具有良好的分散性;Si〇2氣凝膠加入使得本發(fā)明的保溫性能進一步提升，而對本發(fā) 明的物理力學性能沒有影響。
【具體實施方式】
[0019] 本具體實施例僅僅是對本發(fā)明的解釋，其并不是對本發(fā)明的限制，本領域技術人 員在閱讀完本說明書后可w根據(jù)需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻的修改，但只要在本 發(fā)明的權利要求范圍內都受到專利法的保護。
[0020] 本發(fā)明實施例中所設及的所有物質均為市售，其中減水劑采用聚簇酸減水劑。
[0021] 表1實施例1~6具體組成表
其中，實施例1~3按照如下步驟進行制備： 步驟(1):將所述比例的普通娃酸鹽水泥、礦粉、粉煤灰、砂子、石子、外加劑和水投入攬 拌機中，攬拌均勻； 步驟(2):將Si化氣凝膠和鐘水玻璃投入步驟（1)中的攬拌機中進行混合均勻;再加入 空屯、玻璃微珠和?；⒅榛旌暇鶆?，即可得到高強度保溫混凝±。
[0022] 實施例4~6按照如下步驟進行制備： 步驟(1):首先將所述比例的Si化氣凝膠、鐘水玻璃和1/10的水投入攬拌機中進行混合 均勻;再加入所述比例的空屯、玻璃微珠和?；⒅榛旌暇鶆?； 步驟(2):將所述比例的普通娃酸鹽水泥、礦粉、粉煤灰、砂子、石子、外加劑和剩余量的 水投入另一攬拌機中，攬拌均勻； 步驟(3):將步驟(1)所得的混合物加入到步驟(2)中的攬拌機中，攬拌均勻，即可得到 高強度保溫混凝上。
[0023] 對比例1:采用授權公告號為CN103553484B的對比文件"?；⒅楸鼗炷兰笆?工工藝"中的實施例1作為對比例1。
[0024] 對比例1具體實施例為:包括如下重量分配比的原料:鋼纖維10份，?；⒅?0份， 水泥500份，石子1150份，砂560份，水170份，外加劑6份，外滲料50份;按照如下步驟制備:首 先將所述比例的?；⒅楹偷乃度霐埌铏C中，拌合30秒后，再加入所述比例的外滲 料，攬拌充分均勻后，最后將所述比例的水泥、石子、砂、鋼纖維、外加劑和剩余水均勻投入 攬拌機中，攬拌3.5分鐘即得到鋼纖維保溫混凝±。其中，鋼纖維的有效長度為10~60mm，直 徑或等效直徑>0.08mm;玻化微珠的粒徑為0.1~2mm，導熱系數(shù)為0.03~0.05W/m · K，吸水 率<40%，烙融溫度1200°C ;外加劑為高性能聚簇酸減水劑，外滲料為粉煤灰。
[0025] 對比例2:與實施例4相比，去除Si化氣凝膠。
[00%] 對比例3:與實施例4相比，去除鐘水玻璃。
[0027] 對比例4:與實施例4相比，去除?；⒅?。
[0028] 對比例5:與實施例4相比，去除空屯、玻璃微珠。
[0029] 對比例6:與實施例4相比，同時去除?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠。
[0030] 將對比例2~6按照如下步驟進行制備： 步驟(1):首先將所述比例的Si化氣凝膠、鐘水玻璃和1/10的水投入攬拌機中進行混合 均勻;再加入所述比例的空屯、玻璃微珠和?；⒅榛旌暇鶆?； 步驟(2):將所述比例的普通娃酸鹽水泥、礦粉、粉煤灰、砂子、石子、外加劑和剩余量的 水投入另一攬拌機中，攬拌均勻； 步驟(3):將步驟(1)所得的混合物加入到步驟(2)中的攬拌機中，攬拌均勻，即可得到 高強度保溫混凝上。
[0031 ] 1、混凝±導熱系數(shù)試驗 1.1實驗原理 根據(jù)化urier熱傳遞方程(一維傳熱），厚度δ為無限大的混凝±板在單位時間內通過的 熱量與混凝±板的厚度成反比，與上下表面層的溫度梯度成正比，與上下表面的面積成正 比，且與材料本身的導熱系數(shù)相關。通過板的熱量為
式中，Φ-通過混凝±板的熱流量，W; S-壁面積，m2; δ-壁厚，m; At-壁兩側表面的溫差， Γ;λ-導熱系數(shù)，W/(m-k)。
[0032] 由上式可得導熱系數(shù)的表達式為
1.2制備試驗 試件不平整產(chǎn)生的接觸熱阻會給測量數(shù)據(jù)帶來相當大的誤差，因此，制作了?？诘脑?模試驗測試的2個平面用鋼模，充分保證了平整度。試件尺寸為30cmX30cmX5cm，每一實施 例1~6和對比例1~6的混凝±成型3塊，成型后于溫度20±2°C，濕度為95% W上的標準護 室養(yǎng)護28d。
[0033] 1.3試驗方法 混凝±導熱系數(shù)按照GB/T10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關特性的測定防護熱板 法》測定。試驗溫度25°C，環(huán)境保持干燥狀態(tài)避免濕度對混凝±導熱系數(shù)的影響，冷板溫度 設置為25°C，熱板溫度設置為35°C，冷熱板溫度梯度為10k。
[0034] 表2混凝±導熱系數(shù)試驗記錄表

'^通過表2可W看出，實施例1~6均^有較小的導熱系數(shù)和良好的保溫性能，但是實施例1 1~3和實施例4~6相比較，實施例1~3整體導熱系數(shù)要大于實施例4~6整體的導熱系數(shù)， 因而實施例4~6整體的保溫性能要優(yōu)于實施例1~3的保溫性能，而實施例1~3和實施例4 ~6最直接的差別在于制備方法不同，因此實施例4~6的制備方法能制備出具有較優(yōu)異保 溫性能的高強度保溫混凝±。
[0035] 實施例1~6和對比例1相比較，實施例1~6的導熱系數(shù)要遠遠小于對比例1的導熱 系數(shù)，因而實施例1~6的保溫性能遠遠優(yōu)于對比例1的保溫性能。
[0036] 實施例4和對比例4~6的導熱系數(shù)作比較，實施例4的導熱系數(shù)要小于對比例4~6 的導熱系數(shù)，而對比例4~6相較于實施例4而言，區(qū)別點分別為未添加?；⒅?、未添加空 屯、玻璃微珠、同時未添加?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠，可見玻化微珠和空屯、玻璃微珠均可W 提升本發(fā)明的保溫性能。但是同時未添加玻化微珠和空屯、玻璃微珠的對比例6的保溫性能 遠遠差于實施例4和實施例5的保溫性能，可見玻化微珠和空屯、玻璃微珠發(fā)揮了協(xié)同作用共 同提升了本發(fā)明的保溫性能。
[0037] 實施例4和對比例2相比較，加入Si化氣凝膠同樣可W提升本發(fā)明的保溫性能，但 是相較于發(fā)揮協(xié)同作用的?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠而言，對本發(fā)明中的保溫性能提升較 小。
[003引實施例4和對比例3相比較，去除鐘水玻璃后對本發(fā)明的保溫性能影響較大，運可 能是由于鐘水玻璃對玻化微珠和空屯、玻璃微珠具有影響。因為?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠具 有親油性和憎水性，而?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠的憎水性能夠直接影響到玻化微珠和空屯、 玻璃微珠在本發(fā)明中的分散性，而鐘水玻璃的加入恰恰能夠解決運一問題，使得?；⒅?和空屯、玻璃微珠在水相中具有良好的分散性。
[0039] 2、混凝±強度檢驗 根據(jù)GB/T50081-2002《普通混凝±力學性能試驗方法標準》對實施例1~6和對比例1~ 6進行檢測并記錄。
[0040] 表3混凝±強度檢測記錄表

通過表3可W看出，實施例1~6均具有較好的抗壓強度和抗折性能，但是實施例1~3和 實施例4~6相比較，實施例4~6整體的抗壓強度和抗折性能要優(yōu)于實施例1~3的保溫性 能，而實施例1~3和實施例4~6最直接的差別在于制備方法不同，因此實施例4~6的制備 方法能制備出具有較優(yōu)異力學性能的高強度保溫混凝±。
[0041] 且從實施例1~6和對比例1對比可W看出，實施例1~6的抗壓強度和抗折性能要 優(yōu)于對比例1的抗壓強度和抗折性能。
[0042] 實施例4和對比例4~6的抗壓強度和抗折性能作比較，實施例4的抗壓強度和抗折 性能要大于對比例4~6的抗壓強度和抗折性能，而對比例4~6相較于實施例4而言，區(qū)別點 分別為未添加?；⒅椤⑽刺砑涌胀?、玻璃微珠、同時未添加?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠，可見 ?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠均可W提升本發(fā)明的抗壓強度和抗折性能。但是同時未添加玻化 微珠和空屯、玻璃微珠的對比例6的抗壓強度和抗折性能遠遠差于實施例4和實施例5的抗壓 強度和抗折性能，可見玻化微珠和空屯、玻璃微珠發(fā)揮了協(xié)同作用共同提升了本發(fā)明的抗壓 強度和抗折性能。
[0043] 實施例4和對比例3相比較，去除鐘水玻璃后對本發(fā)明的抗壓強度和抗折性能有影 響，運可能是由于鐘水玻璃對?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠具有影響。因為?；⒅楹涂胀?、玻 璃微珠具有親油性和憎水性，而?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠的憎水性能夠直接影響到?；?珠和空屯、玻璃微珠在本發(fā)明中的分散性，而鐘水玻璃的加入恰恰能夠解決運一問題，使得 ?；⒅楹涂胀?、玻璃微珠在水相中具有良好的分散性。
[0044] 實施例4和對比例2相比較，加入Si化氣凝膠和未加入Si化氣凝膠對本發(fā)明的抗壓 強度和抗折性能沒有影響。
[0045] 綜上所述，本發(fā)明高強度混凝±既具有普通混凝±的物理力學性能，同時又具有 保溫性能，符合綠色環(huán)保的建筑材料。玻化微珠和空屯、玻璃微珠相互促進共同提升了本發(fā) 明的保溫性能和物理力學性能;鐘水玻璃改善了玻化微珠和空屯、玻璃微珠的憎水性，使得 兩者在水相中具有良好的分散性;Si〇2氣凝膠加入使得本發(fā)明的保溫性能進一步提升，而 對本發(fā)明的物理力學性能沒有影響。
【主權項】
1. 一種高強度保溫混凝土，其特征在于，以質量份數(shù)計，其原料包括:普通硅酸鹽水泥 300~400份、礦粉100~200份、粉煤灰100~200份、砂子400~600份、石子900~1100份、空 心玻璃微珠40~70份、?；⒅?0~70份、Si02氣凝膠10~20份、鉀水玻璃5~9份、減水劑5 ~15份、水110~180份。2. 根據(jù)權利要求1所述的高強度保溫混凝土，其特征在于，所述空心玻璃微珠的粒度為 350~450目、壁厚為直徑的8%~10%、堆積密度為200Kg · πΓ3。3. 根據(jù)權利要求1所述的高強度保溫混凝土，其特征在于，所述?；⒅榈拿芏葹?0~ 100敁.111-3、吸水率25%~35%、筒壓強度小于35%。4. 根據(jù)權利要求1所述的高強度保溫混凝土，其特征在于，所述Si02氣凝膠的孔隙率為 80%~99%、比表面積為600~1000m 2 · g-1、表觀密度為0.003~0.35g · m-3、孔徑為10~ 40nm〇5. 根據(jù)權利要求1所述的高強度保溫混凝土，其特征在于，所述鉀水玻璃為鉀水玻璃 1(2〇.1^1〇2，其中摩數(shù)11為2.6~2.8。6. 根據(jù)權利要求1所述的高強度保溫混凝土，其特征在于，所述普通硅酸鹽水泥的強度 等級為P. 042.5;所述礦粉為S95級礦粉;所述粉煤灰為II級粉煤灰;所述砂子為II區(qū)中砂； 所述石子的平均粒徑為10~15_。7. -種如權利要求1至6中任意一項所述的高強度保溫混凝土的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟： 步驟（1):將所述比例的普通硅酸鹽水泥、礦粉、粉煤灰、砂子、石子、外加劑和水投入攪 拌機中，攪拌均勻； 步驟(2):將Si02氣凝膠和鉀水玻璃投入步驟(1)中的攪拌機中進行混合均勻;再加入空 心玻璃微珠和?；⒅榛旌暇鶆?，即可得到高強度保溫混凝土。8. -種如權利要求1至6中任意一項所述的高強度保溫混凝土的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟： 步驟（1):首先將所述比例的Si02氣凝膠、鉀水玻璃和1/10的水投入攪拌機中進行混合 均勻;再加入所述比例的空心玻璃微珠和?；⒅榛旌暇鶆颍? 步驟(2):將所述比例的普通硅酸鹽水泥、礦粉、粉煤灰、砂子、石子、外加劑和剩余量的 水投入另一攪拌機中，攪拌均勻； 步驟(3):將步驟（1)所得的混合物加入到步驟(2)中的攪拌機中，攪拌均勻，即可得到 高強度保溫混凝土。
【文檔編號】C04B28/04GK106082882SQ201610500486
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】徐寶華, 楊杰, 羅亞磊, 杜浩洋, 萬文虎
【申請人】北京住總商品混凝土中心