一种高强度的轻质混凝土及制备方法技术

本发明专利技术涉及新型混凝土的制备技术领域，提供了一种高强度的轻质混凝土及制备方法。所述轻质混凝土的组分包括水泥、陶粒、粉煤灰、生石灰、石膏、聚乙烯醇纤维、萘系减水剂、水、增强气凝胶复合体。所述增强气凝胶复合体是采用碳气凝胶纤维对二氧化硅气凝胶进行增强改性，提高了二氧化硅气凝胶的抗压强度，并且碳气凝胶纤维与二氧化硅气凝胶均是密度很低的气凝胶材料，克服了采用普通纤维增强气凝胶造成密度增大的缺陷，可获得兼具轻质和高强度性能的混凝土材料。土材料。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度的轻质混凝土及制备方法


[0001]本专利技术属于新型混凝土的制备
，提供了一种高强度的轻质混凝土及制备方法。

技术介绍

[0002]混凝土具有原料来源丰富、价格低廉、生产工艺简单等优点，在土木工程、机械工业、地热工程、海洋开发等领域得到广泛应用。其中，轻质混凝土的密度小，导热系数低，不仅可降低建筑物的自重，而且可提高隔热保温性能，具有良好的节能减排效果，因而在建筑领域的应用越来越广。通常，轻质混凝土是通过发泡剂的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，然后将泡沫与料浆混合均匀，通过现浇或模具成型，经自然养护而制得。这样的制备方法在混凝土内部形成大量泡沫气孔，在实现轻质化的同时，混凝土内部的气孔缺乏结构支撑，导致混凝土的抗压强度大幅下降，限制了轻质混凝土的应用。
[0003]二氧化硅气凝胶是一种孔隙率高、密度超低的新型材料，目前其在建筑领域的应用主要是制备气凝胶隔热涂料、气凝胶玻璃、气凝胶保温砂浆等。现有技术中有一些将二氧化硅气凝胶加入到混凝土配方中制备轻质混凝土的先例，实现了降低混凝土的密度及导热系数，但是，由于二氧化硅气凝胶本身具有强度低、脆性大的缺陷，将其加入混凝土中后，在应力作用下容易成为材料破坏的薄弱环节，所制得的轻质混凝土的抗压强度仍然很低。
[0004]为提高二氧化硅气凝胶的抗压强度，现有技术常采用纤维对二氧化硅气凝胶进行增强改性，比如使用陶瓷纤维、石英纤维、玻璃纤维、碳纤维等无机纤维，或是使用聚丙烯纤维、芳纶纤维、聚氨酯纤维等有机纤维。通过添加纤维在二氧化硅气凝胶内部形成结构支撑，虽然能够提高气凝胶的强度，但是，由于纤维本身具有比二氧化硅气凝胶大得多的密度，当纤维含量较高时不利于获得轻质的混凝土材料。也就是说，通过添加纤维增强二氧化硅气凝胶，难以使混凝土同时满足轻质和高强度的性能。

技术实现思路

[0005]可见，现有技术通过添加纤维增强二氧化硅气凝胶，难以使混凝土同时满足轻质和高强度的性能。针对这种情况，本专利技术提出一种高强度的轻质混凝土及制备方法，通过制备由碳气凝胶纤维和二氧化硅气凝胶组成的增强气凝胶复合体，将其加入混凝土配方中，制得了兼具质轻和高强度性能的混凝土材料。
[0006]为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：本专利技术提供了一种高强度的轻质混凝土，所述轻质混凝土的组分包括水泥、陶粒、粉煤灰、生石灰、石膏、聚乙烯醇纤维、萘系减水剂、水、增强气凝胶复合体。所述轻质混凝土中，水泥、陶粒、粉煤灰、生石灰、石膏、聚乙烯醇纤维、萘系减水剂、水、增强气凝胶复合体的质量比为25~30：15~20：7~12：5~8：3~4：5~8：0.3~0.4：20~25：60~70。
[0007]所述水泥根据最终混凝土产品性能需求进行选择；所述陶粒的表观密度为500~800kg/m3，粒径为8~15mm；所述聚乙烯醇纤维的直径为10~20μm，长度为5~20mm。
[0008]一方面，现有技术通过在混凝土中加入二氧化硅气凝胶降低混凝土密度，获得轻质混凝土，但所得轻质混凝土的抗压强度很低，另一方面，现有技术通过在二氧化硅气凝胶内部添加纤维形成结构支撑，虽提高了抗压强度，但又增加了密度，因而难以获得同时兼具轻质和高强度性能的混凝土。本专利技术创造性地制备了增强气凝胶复合体，将其加入到混凝土配方中，可在保持混凝土低密度的同时提高其抗压强度。该增强气凝胶复合体是由碳气凝胶纤维和二氧化硅气凝胶组成，二者均是密度很低的气凝胶材料，可克服采用普通纤维增强二氧化硅气凝胶造成密度增大的缺陷。
[0009]所述增强气凝胶复合体的制备过程为：（1）将间苯二酚、甲醛、碳酸钠加入去离子水中，搅拌均匀，并调节pH值至6左右，在60~70℃下保温40~50h，再室温陈化20~24h，得到湿凝胶；（2）先将湿凝胶依次采用乙醇、丙酮进行溶剂置换，然后进行凝胶纺丝，从喷丝头细孔中挤出的凝胶状丝条直接进入超临界CO2气氛中，在干燥的同时对丝条进行拉伸，得到酚醛气凝胶纤维；（3）将酚醛气凝胶纤维切至5~10mm长度，然后置于炭化炉中，在氮气保护下进行高温碳化，得到碳气凝胶纤维；（4）将碳气凝胶纤维置于丙酮与硝酸的混合水溶液中，处理60~80min，经洗涤、干燥，得到表面改性碳气凝胶纤维；（5）将正硅酸乙酯、草酸、乙醇、去离子水混合，在50~60℃下水解10~12h，得到硅溶胶，然后将表面改性碳气凝胶纤维加入硅溶胶中，以20~30r/min的速度缓慢搅拌，同时滴加氨水，直至形成硅凝胶，然后依次采用乙醇、正己烷进行溶剂置换，再在80~90℃下干燥15~20h，得到增强气凝胶复合体。
[0010]首先，以间苯二酚、甲醛为原料制备酚醛湿凝胶，然后对凝胶进行纺丝，挤出的凝胶状丝条直接进行超临界干燥，并且在干燥过程中进行拉伸，得到酚醛气凝胶纤维。通过拉伸使凝胶的交联结构形成一定取向，可使后续步骤得到的碳气凝胶纤维的网络结构沿纤维长度方向具有一定取向，可提高碳气凝胶纤维对二氧化硅气凝胶的增强改性效果。
[0011]优选的，步骤（1）中，间苯二酚、甲醛、碳酸钠、去离子水的质量比为35~38：18~20：0.1~0.12：100。
[0012]优选的，步骤（2）中，凝胶纺丝的喷丝头孔径为0.2~0.3mm，纺丝速度为10~12m/s。
[0013]优选的，步骤（2）中，拉伸倍数为5~8倍。
[0014]然后，将酚醛气凝胶纤维切短后进行高温碳化，得到碳气凝胶纤维。优选的，步骤（3）中，高温碳化采用3~5℃/min的升温速度，升至850℃后保温2h。
[0015]进一步，通过液相氧化对碳气凝胶纤维进行表面改性，增加碳气凝胶纤维表面的粗糙度以及极性基团含量，有利于后续步骤中碳气凝胶纤维在硅溶胶中形成均匀分散，并与生成的二氧化硅气凝胶具有良好的界面结合。并且，液相氧化的处理效果缓和，有利于维持碳气凝胶纤维良好的力学性能。
[0016]优选的，步骤（4）中，碳气凝胶纤维、丙酮、硝酸、水的质量比为0.8~1.2：1.5~2：65~68：32~35。
[0017]最后，以正硅酸乙酯为硅源，通过溶胶凝胶法制备二氧化硅气凝胶，在水解形成硅溶胶后，将表面改性碳气凝胶纤维分散在硅溶胶中，经凝胶化转变、溶剂置换、干燥，即可制
得由碳气凝胶纤维和二氧化硅气凝胶组成的增强气凝胶复合体。
[0018]优选的，步骤（5）中，正硅酸乙酯、草酸、乙醇、去离子水、表面改性碳气凝胶纤维的质量比为20~22：2~2.5：20~25：25~30：4~5。
[0019]优选的，步骤（5）中，氨水的浓度为10wt%，滴加速度为8~10滴/min。
[0020]上述制得的增强气凝胶复合体需先破碎为粒径10
±
2mm的颗粒，再用于制备混凝土材料。
[0021]上述所涉及的溶剂置换过程采用的溶剂体积至少为湿凝胶体积的5倍，温度为50~55℃，时间为12~15h，每种溶剂需重复置换至少三次。
[0022]本专利技术还提供了一种高强度的轻质混凝土的制备方法，所述轻质混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度的轻质混凝土，所述轻质混凝土的组分包括水泥、陶粒、粉煤灰、生石灰、石膏、聚乙烯醇纤维、萘系减水剂、水，其特征在于：所述轻质混凝土的组分还包括增强气凝胶复合体；所述增强气凝胶复合体由碳气凝胶纤维和二氧化硅气凝胶组成；所述增强气凝胶复合体的制备过程为：（1）将间苯二酚、甲醛、碳酸钠加入去离子水中，搅拌均匀，并调节pH值至6左右，在60~70℃下保温40~50h，再室温陈化20~24h，得到湿凝胶；（2）先将湿凝胶依次采用乙醇、丙酮进行溶剂置换，然后进行凝胶纺丝，从喷丝头细孔中挤出的凝胶状丝条直接进入超临界CO2气氛中，在干燥的同时对丝条进行拉伸，得到酚醛气凝胶纤维；（3）将酚醛气凝胶纤维切至5~10mm长度，然后置于炭化炉中，在氮气保护下进行高温碳化，得到碳气凝胶纤维；（4）将碳气凝胶纤维置于丙酮与硝酸的混合水溶液中，处理60~80min，经洗涤、干燥，得到表面改性碳气凝胶纤维；（5）将正硅酸乙酯、草酸、乙醇、去离子水混合，在50~60℃下水解10~12h，得到硅溶胶，然后将表面改性碳气凝胶纤维加入硅溶胶中，以20~30r/min的速度缓慢搅拌，同时滴加氨水，直至形成硅凝胶，然后依次采用乙醇、正己烷进行溶剂置换，再在80~90℃下干燥15~20h，得到增强气凝胶复合体。2.根据权利要求1所述一种高强度的轻质混凝土，其特征在于：所述轻质混凝土中，水泥、陶粒、粉煤灰、生石灰、石膏、聚乙烯醇纤维、萘系减水剂、水、增强气凝胶复合体的质量比为25~30：15~20：7~12：5~8：3~4：5~8：0.3~0.4：20~25：60~70。3.根据权利要求1所述一种高强度的轻质混凝土，其特征在于：增强气凝胶复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长国，
申请(专利权)人：陈长国，
类型：发明
国别省市：