墙体用多孔混凝土复合材料

墙体用多孔混凝土复合材料

技术领域

本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种墙体用多孔混凝土复合材料。

背景技术

多孔混凝土具有质量轻、保温隔热、吸音隔音及法防火不燃等特性，是一种广泛应用于现代建筑的节能保温材料，但现有的混凝土大都具有较高的孔隙率，表面自由能较大，而且易吸水，混凝土吸水后容易导致干燥收缩率上升，与抹面砂浆结合力下降，将这种混凝土用于建筑墙体，容易发生墙体空鼓、发霉、开裂及大面积脱落等严重影响墙体美观和使用寿命的情况；而且混凝土大量吸水还会导致强度和保温性能降低，抗冻融和耐久性能变差。

因此，为了更好地满足使用要求，需要对普通混凝土的配方进行优化，设计出一种能够浇筑出具有优异抗渗性、抗裂性、耐久性和抗压强度高的墙体的多孔混凝土复合材料。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种墙体用多孔混凝土复合材料，该混凝土复合材料可以浇筑出具有优异抗渗性、抗裂性、耐久性和抗压强度高的墙体建筑。

本发明提供的墙体用多孔混凝土复合材料，按重量份计，包括如下原料组分：水泥100～150份、碎石300～350份、改性坡缕石粉50～100份、石英砂60～120份、增强颗粒35～50份、聚丙烯纤维1～2份、橡胶粉3～5份、含油微胶囊3～5份、纳米二氧化硅1.5～2份、羧基壳寡糖1～2份、硬脂酸钠0.5～1份、十二烷基磺酸钠0.5～1份、减水剂0.3～0.5份、聚氧化乙烯0.5～0.7份、可再分散乳胶粉0.2～0.5份、水60～100份。

进一步，按重量份计，包括如下原料组分：水泥120份、碎石320份、改性坡缕石粉70份、石英砂100份、增强颗粒40份、聚丙烯纤维2份、橡胶粉4份、含油微胶囊4份、纳米二氧化硅1.5份、羧基壳寡糖1份、硬脂酸钠0.5份、十二烷基磺酸钠1份、减水剂0.3份、聚氧化乙烯0.5份、可再分散乳胶粉0.3份、水90份。

进一步，所述改性坡缕石粉的制备方法，包括如下步骤：

按质量体积比为1～2g:0.5L取坡缕石粉置于N,N-二甲基甲酰胺中，经超声分散处理10～15min，形成悬浮液，然后按坡缕石与酒石酸质量比为10:2～3，向悬浮液中加入酒石酸溶液，经超声充分分散后，将所得悬浮液置于60℃的恒温振荡器中，反应4h，再置于80℃的旋转蒸发仪中反应2h，之后，将反应所得物料过滤，收集并将过滤所得固体清洗至中性，最后，将清洗后的固体真空干燥，粉碎，即为制得的改性坡缕石粉。

进一步，所述增强颗粒为致密化石墨烯增强碳化硅复合材料，所述增强颗粒的粒径为3～5mm；

所述增强颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)按氧化石墨烯与抗坏血酸的质量比为1:3向浓度为2mg/mL的100mL氧化石墨烯水溶液中加入抗坏血酸，超声30min，使抗坏血酸在氧化石墨烯水溶液中充分分散，之后将所得混合物料置于100℃的反应釜中放置8h，然后依次进行透析处理、真空冷冻干燥处理，制得氧化石墨烯气凝胶，最后在1000℃进行热处理还原，即可制得石墨烯多孔预制体，备用；

(2)将石墨烯多孔预制体真空浸渍于聚碳硅烷质量百分比为60％的聚碳硅烷有机溶液中，然后150℃烘干固化成含有聚碳硅烷的石墨烯多孔预制体，再将所得含有聚碳硅烷的石墨烯多孔预制体进行高温裂解处理，这之后继续对裂解所得的物料进行聚碳硅烷有机溶液真空浸渍和高温裂解处理，循环6次，即可制得致密化石墨烯增强碳化硅复合材料；其中，高温裂解的具体工艺步骤如下：

a、将物料置于高温炉内，洗气，并将炉内抽真空至3kPa，然后以流量为80mL/min通入惰性Ar作为保护气体，使炉内处于微正压状态；

b、以10℃/min的升温速度将炉温升温至1600℃，保持高温处理30min后，使物料自然冷却至室温，然后停止通入Ar；

其中，聚碳硅烷有机溶液为聚碳硅烷的二甲苯溶液或聚碳硅烷的N-甲基吡咯烷酮溶液，采用的氧化石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、聚碳硅烷均为分析纯，Ar纯度大于99.999％。

进一步，所述含油微胶囊的壳体为二氧化硅空心微球，囊芯为异丁基三乙氧基硅烷。具体制备方法为：将干燥的二氧化硅空心微球在压力为103Pa的条件下浸泡于异丁基三乙氧基硅烷中进行真空浸渍处理12h，之后进行过滤、洗涤、干燥，即可得到含油微胶囊；其中，二氧化硅空心微球的平均粒径为50μm，二氧化硅空心微球的壳体厚度为1～2μm；在所得的含油微胶囊中，异丁基三乙氧基硅烷的质量分数为30～60％。

进一步，所述羧基壳寡糖的制备方法，包括如下步骤：按质量比为10:1:5向壳寡糖水溶液中加入TEMPO和NaBr，充分混合后，置于10℃的低温浴槽中，之后向其中滴加质量分数为30％的次氯酸钠溶液，按次氯酸钠与壳寡糖的摩尔比为1:1进行滴加，控制反应体系的pH在10～10.5之间，反应2h；反应结束后，向反应液中加入适量饱和亚硫酸钠溶液终止反应，将所得混合溶液加入到乙醇中沉淀，过滤，洗涤沉淀物至中性，将所得沉淀物干燥处理，即为羧基壳寡糖。

进一步，所述碎石的粒径为10～20mm，其中粒径在10～15mm部分不少于30％。

进一步，所述聚丙烯纤维的长度为10～15mm；所述橡胶粉为三元乙丙橡胶粉；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述石英砂的粒径不超过0.5mm。

本发明的有益效果：

本发明的多孔混凝土的原料包括特定质量配比的水泥、碎石、改性坡缕石粉、石英砂、增强颗粒、聚丙烯纤维、橡胶粉、含油微胶囊、纳米二氧化硅、羧基壳寡糖、硬脂酸钠、十二烷基磺酸钠、减水剂、聚氧化乙烯、可再分散乳胶粉和水，通过将这些原料混合后，利用各原料组分之间的协同配合能够浇筑出结构致密且具有优异抗渗性、抗裂性、耐久性和较高抗压强度的墙体建筑。

本发明中采用的改性坡缕石粉通过对坡缕石粉进行改性处理，在坡缕石粉上接枝酒石酸，能够适当延缓水泥水化硬化，为其他的活性成分的扩散、渗透提供了更多的时间，同时坡缕石粉中富含的活性氧化硅、活性氧化镁和活性氧化铝，能够与水泥发生反应，增加混凝土的密实度；采用具有高强度和优异断裂韧性的致密化石墨烯增强碳化硅复合材料作为增强颗粒，能够提高混凝土基体的整体强度；硬脂酸钠能够与混凝土基体孔隙中的钙离子反应，在生成沉淀的同时，产生少量的氢氧化钠，这些氢氧化钠通过混凝土其他孔隙会继续流动，到未水化的熟料处时，可与未水化的熟料反应，得到硅酸根和偏铝酸根，而这些硅酸根和偏铝酸根在接触到孔隙内流动的羧基壳寡糖和十二烷基磺酸钠螯合钙离子所形成的可溶性络合物后，能够与之反应，形成硅酸钙和铝酸钙矿物，封堵该混凝土孔隙；纳米二氧化硅能够用于填充到混凝土孔隙中，提高混凝土的密实度；而随着水泥硬化，水泥中分散的含油微胶囊会逐渐因挤压而破裂，胶囊中的异丁基三乙氧基硅烷会被挤到混凝土基体中，与基体中的水分子发生反应，形成深层防水层，抑制水分的吸收；橡胶粉可以吸收混凝土内部的收缩应力；聚氧化乙烯、可再分散乳胶粉等可以提高混凝土的粘聚性，聚氧化乙烯还有助于辅助其它原料实现更好地分散；聚丙烯纤维可以起到连接增韧的作用。

本发明通过各组分的协同配合，能够确保浇筑的混凝土基体充分反应，减少微观裂缝的发展和发生，能够减少混凝土的孔隙，大大增加混凝土的密实度，确保浇筑所得的基体结构致密且具有优异抗渗性、抗裂性、耐久性和较高抗压强度。

具体实施方式

以下为具体实施例：

实施例一

本实施例提供的墙体用多孔混凝土复合材料，按重量份计，包括如下原料组分：硅酸盐水泥100份、碎石300份、改性坡缕石粉50份、石英砂60份、增强颗粒35份、聚丙烯纤维1份、橡胶粉3份、含油微胶囊3份、纳米二氧化硅1.5份、羧基壳寡糖1份、硬脂酸钠0.5份、十二烷基磺酸钠1份、减水剂0.5份、聚氧化乙烯0.5份、可再分散乳胶粉0.2份、水60份。

本实施例中，所述改性坡缕石粉的制备方法，包括如下步骤：

按质量体积比为1g:0.5L取坡缕石粉置于N,N-二甲基甲酰胺中，经超声分散处理10min，形成悬浮液，然后按坡缕石与酒石酸质量比为10:2，向悬浮液中加入酒石酸溶液，经超声充分分散后，将所得悬浮液置于60℃的恒温振荡器中，反应4h，再置于80℃的旋转蒸发仪中反应2h，之后，将反应所得物料过滤，收集并将过滤所得固体清洗至中性，最后，将清洗后的固体真空干燥，粉碎，即为制得的改性坡缕石粉。

本实施例中，所述增强颗粒为致密化石墨烯增强碳化硅复合材料，所述增强颗粒的粒径为3～5mm；

所述增强颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)按氧化石墨烯与抗坏血酸的质量比为1:3向浓度为2mg/mL的100mL氧化石墨烯水溶液中加入抗坏血酸，超声30min，使抗坏血酸在氧化石墨烯水溶液中充分分散，之后将所得混合物料置于100℃的反应釜中放置8h，然后依次进行透析处理、真空冷冻干燥处理，制得氧化石墨烯气凝胶，最后在1000℃进行热处理还原，即可制得石墨烯多孔预制体，备用；

(2)将石墨烯多孔预制体真空浸渍于聚碳硅烷质量百分比为60％的聚碳硅烷有机溶液中，然后150℃烘干固化成含有聚碳硅烷的石墨烯多孔预制体，再将所得含有聚碳硅烷的石墨烯多孔预制体进行高温裂解处理，这之后继续对裂解所得的物料进行聚碳硅烷有机溶液真空浸渍和高温裂解处理，循环6次，即可制得致密化石墨烯增强碳化硅复合材料；其中，高温裂解的具体工艺步骤如下：

a、将物料置于高温炉内，洗气，并将炉内抽真空至3kPa，然后以流量为80mL/min通入惰性Ar作为保护气体，使炉内处于微正压状态；

b、以10℃/min的升温速度将炉温升温至1600℃，保持高温处理30min后，使物料自然冷却至室温，然后停止通入Ar；

其中，聚碳硅烷有机溶液为聚碳硅烷的二甲苯溶液或聚碳硅烷的N-甲基吡咯烷酮溶液，采用的氧化石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、聚碳硅烷均为分析纯，Ar纯度大于99.999％。

本实施例中，所述含油微胶囊的壳体为二氧化硅空心微球，囊芯为异丁基三乙氧基硅烷。具体制备方法为：将干燥的二氧化硅空心微球在压力为103Pa的条件下浸泡于异丁基三乙氧基硅烷中进行真空浸渍处理12h，之后进行过滤、酒精冲洗、干燥，即可得到含油微胶囊；其中，二氧化硅空心微球的平均粒径为50μm，二氧化硅空心微球的壳体厚度为1～2μm；在所得的含油微胶囊中，异丁基三乙氧基硅烷的质量分数为30～60％。

本实施例中，所述羧基壳寡糖的制备方法，包括如下步骤：按质量比为10:1:5向壳寡糖水溶液中加入TEMPO和NaBr，充分混合后，置于10℃的低温浴槽中，之后向其中滴加质量分数为30％的次氯酸钠溶液，按次氯酸钠与壳寡糖的摩尔比为1:1进行滴加，控制反应体系的pH在10-10.5之间(通过加入氢氧化钠来进行pH调节)，反应2h。反应结束后，向反应液中加入适量饱和亚硫酸钠溶液终止反应，将所得混合溶液加入到乙醇中沉淀，过滤，洗涤沉淀物至中性，将所得沉淀物干燥处理，即为羧基壳寡糖。

本实施例中，所述碎石的粒径为10～20mm，其中粒径在10～15mm部分不少于30％。

本实施例中，所述聚丙烯纤维的长度为10～15mm；所述橡胶粉为三元乙丙橡胶粉；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述石英砂的粒径不超过0.5mm。

本实施例中，所述纳米二氧化硅采用硅烷偶联剂进行处理改性。

本实施例中的其他原料组分均可通过市场购买获取。

实施例二

本实施例提供的墙体用多孔混凝土复合材料，按重量份计，包括如下原料组分：硅酸盐水泥120份、碎石320份、改性坡缕石粉70份、石英砂100份、增强颗粒40份、聚丙烯纤维2份、橡胶粉4份、含油微胶囊4份、纳米二氧化硅1.5份、羧基壳寡糖1份、硬脂酸钠0.5份、十二烷基磺酸钠1份、减水剂0.3份、聚氧化乙烯0.5份、可再分散乳胶粉0.3份、水90份。

本实施例中采用的各组分均同实施例一，仅改变了组分的用量关系。

实施例三

本实施例提供的墙体用多孔混凝土复合材料，按重量份计，包括如下原料组分：

硅酸盐水泥150份、碎石350份、改性坡缕石粉100份、石英砂120份、增强颗粒50份、聚丙烯纤维2份、橡胶粉5份、含油微胶囊5份、纳米二氧化硅2份、羧基壳寡糖2份、硬脂酸钠1份、十二烷基磺酸钠0.5份、减水剂0.3份、聚氧化乙烯0.7份、可再分散乳胶粉0.5份、水100份。

本实施例中采用的各组分均同实施例一，仅改变了组分的用量关系。

采用实施例一～实施例三的混凝土复合材料浇筑出混凝土试件后，按常规养护方式进行养护，之后测试试件的抗压强度和抗水渗透性能，其中参照的标准有GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》、GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法标准》、JGJT193-2009《混凝土耐久性检验评定标准》，

结果见下表：

测试项目 实施例一 实施例二 实施例三 28d抗压强度/MPa 78.6 82.1 79.5 渗水高度/mm 6.9 6.2 6.7 早期抗裂等级 Ⅴ Ⅴ Ⅴ

由上表可知，本发明提供的混凝土可以浇筑出具有较高抗压强度、优异抗渗性和抗裂性的试件。

最后说明的是，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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。