一种轻质环保型混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种轻质环保型混凝土及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，人们对生活品质、生活环境的要求逐渐提高，但随之而来出现了一系列问题，例如：大量装饰材料的使用导致房屋内甲醛含量、苯系物含量超标等。如何去除甲醛等有害物质，对人们造成了一定的困扰。传统的去除甲醛的方法通常采用种植绿植、使用相对环保的装修材料、开窗通风等。但是由于房屋内装修材料、家具含有的甲醛往往需要5～10年才能挥发完全，需要长时间缓释。

硅藻泥的主要原材料是生活在海洋、湖泊中的藻类历经亿万年沉积而成的天然矿物--硅藻土，主要成分为蛋白石，富含多种有益矿物质，质地轻软。电子显微镜显示其粒子表面具有无数微小的孔穴，孔隙率达90％以上，比表面积高达65m

为实现室内有害物质的快速、高效吸附，透水混凝土因其具有丰富的孔道结构和较高的孔隙率等特点，可设计用于解决上述技术问题。然而透水混凝土具有强度较低、使用年限较短等不足，且透水混凝土搅拌物中的水泥浆粘稠度比较大，用量较少，容易导致搅拌配制过程时间较长等问题；此外，引入的硅藻泥基吸附材料会进一步影响透水混凝土搅拌过程中气孔结构的均匀性以及所得混凝土制品的强度和耐久性，且单一硅藻泥对于甲醛等有害气体的吸附效率较低，因此进一步探索和优化可有效吸附室内有害物质的工程材料，具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种轻质环保型混凝土，在保证混凝土基本使用性能的基础上，利用硅藻土、氧化石墨烯、活性炭等多孔性材料进行微胶囊化，并将其引入混凝土中，在混凝土表面及内部形成机械性能良好的胶囊结构，促进混凝土形成多孔性结构，有利于胶囊与外界空气的接触，以实现对室内甲醛等污染物的长效吸附效果；同时该微胶囊可与其他组分配合作用，使所得混凝土制品可有效兼顾良好的轻质、高强和稳定性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种轻质环保型混凝土，各组分及其含量包括：硅酸盐水泥120～140kg/m

上述方案中，所述硅藻泥微胶囊的制备方法包括如下步骤：

1)在一定温度下，将明胶溶液加入氧化石墨烯分散液中，然后加入硅藻土和活性炭颗粒，在加入硅藻土和活性炭颗粒的同时，通过鼓泡机向反应液中不断吹入气泡，使其充分混合均匀，得混合液；

2)向所得混合液中加入引发剂、交联和乳化剂，然后进行搅拌反应，形成稳定的乳浊液；

3)将所得乳浊液进行过滤、洗涤、鼓风干燥，过筛(分别过10mm、5mm方孔筛，取5～10mm的颗粒)，即得所述硅藻泥微胶囊。

上述方案中，步骤3)中所述鼓风干燥工艺参数包括：鼓风风速3～5m/s，流量10～20L/min，温度40～60℃，时间2～4h。

上述方案中，步骤1)采用的温度为40～60℃。

上述方案中，步骤2)中所述搅拌反应温度为40～60℃，时间为2～4h。

上述方案中，所述硅藻土、氧化石墨烯、活性炭、明胶的质量比为1:(0.8～2.0):(0.5～1.0):(0.2～1.0)。

上述方案中，所述明胶溶液(水)的浓度为10～15wt％；氧化石墨烯分散液(水)的浓度为3～10wt％。

优选的，所述引发剂为过硫酸铵；交联剂为偶氮二异丁腈；乳化剂为辛苯昔醇。

上述方案中，所述明胶、引发剂、交联剂、乳化剂的质量比为乳化剂1:(0.08～0.12):(0.15～0.25):(0.3～0.45)。

上述方案中，所述硅酸盐水泥为P·II 42.5、P·O 42.5、P·O 42.5R或P·O 52.5水泥。

上述方案中，所述粉煤灰为II级粉煤灰。

上述方案中，所述矿粉为S75级矿粉、S95级矿粉或S105级矿粉。

上述方案中，所述陶粒为页岩陶粒，筒压强度7～10MPa，24h吸水率4.0～6.2％，容重1350～1500kg/m

上述方案中，所述砂采用Ⅱ区中砂，细度模数2.3～3.0，含泥量1.0～2.0wt％，泥块含量0.2～0.8wt％。

上述方案中，所述G

上述一种轻质环保型混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各组分及其含量包括：硅酸盐水泥120～140kg/m

2)分别将称取的硅藻泥微胶囊和陶粒进行饱水预处理，按顺序称取卵石、砂、饱水硅藻泥微胶囊、饱水陶粒、水泥、粉煤灰、矿粉，依次加入混凝土强制式搅拌机，加盖搅拌30～60s；称量水和外加剂，将外加剂溶解于水中后加入混凝土搅拌机，搅拌60～90s，然后进行成型、养护，即得所述轻质环保型混凝土。

上述方案中，所述硅藻泥微胶囊的饱水处理步骤为浸在水中12～24h；陶粒的饱水处理步骤为浸在水中5～10h；具体步骤包括：准备两个大小合适的塑料桶(其他材质的桶也可)并注入水，注水高度约为桶高度的60～80％，然后将硅藻泥微胶囊和陶粒分别置于两个塑料桶里进行吸水处理；硅藻泥微胶囊吸水10h后，需每隔1h进行称量一次，直至质量增加率小于0.2％；陶粒吸水3h后需每隔1h进行称量一次，直至质量增加率小于0.2％。

根据上述方案所得硅藻泥微胶囊混凝土在浇筑完成后，随着时间的推移混凝土逐渐硬化，多孔硅藻泥微胶囊混凝土的气孔会逐渐显现出来，吸收空气中的有害气体，改善室内空气质量；且容重低、抗弯拉强度不小于5MPa，可用作室内隔墙并可进一步制成异性构件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明以硅藻土、氧化石墨烯、活性炭为主要原料，并对其进行微胶囊化，采用的微胶囊化工艺简单且环保，反应条件温和；采用氧化石墨烯、活性炭颗粒密实较大的空隙并保留较小的孔道，同时利用氧化石墨烯增加混凝土拌制的匀质性，在常规透水混凝土的基础上适当增加混凝土的密实程度，并增加骨料与骨料间的传力和受力面积，有助于提升混凝土的强度以及耐久性；采用明胶增加胶囊的整体性(不易松散破裂)，同时粘附在微胶囊表面的硅藻泥、活性炭颗粒可加强混凝土吸附甲醛等有害气体的效率；

2)采用陶粒部分替代骨料，并进一步结合硅藻泥微胶囊，在显著降低所得混凝土制品的容重的同时，可有效兼顾良好的抗压强度和抗弯性能，便于混凝土浇筑和施工；并可根据模具的不同，浇筑不同形状的构件，兼顾房屋内结构部件和装饰性需求；

3)硅藻泥微胶囊混凝土中各组分协同作用，可高效吸附甲醛、苯系物等有害气体的吸附；在满足基本建筑需求的同时，有效降低室内甲醛含量，净化室内空气；此外，微胶囊中结合硅藻土、氧化石墨烯、活性炭材料，可提升混凝土构件的耐火性，当温度达到1300℃时，不会散发有毒有害的气体；且由于硅藻土、活性炭都具有多孔结构和较大的比表面积，可发挥吸音降噪功能，减少噪音对人身的危害；氧化石墨烯自身导热导电能力强，与硅藻土、活性炭相结合能提升保温隔热性能且不沾灰尘，便于清洁(不产生静电，浮尘不易附着)，使构件永久清新；所得混凝土构件反射光线自然柔和，不容易视觉疲劳。

具体实施方式

下面申请人将结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。但以下内容不应理解为是对本发明的权利要求书请求保护范围的限制。

以下实施例中，采用的水泥为新疆吉木萨尔水泥厂生产的P·II 42.5水泥；粉煤灰为新疆乌鲁木齐红雁池二电厂生产的II级粉煤灰；矿粉为新疆乌鲁木齐宝新盛源建材有限公司生产的S75级矿粉；陶粒为新疆五彩湾生产的页岩陶粒，筒压强度7.5MPa，24h吸水率4.2％，容重1400kg/m

采用的卵石、砂均来源于新疆和砼源建材有限公司，其中砂采用II区中砂，细度模数2.6，含泥量1.5wt％，泥块含量0.3wt％；G

以下实施例中，所得混凝土的性能按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》及GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试。

以下实施例中，采用的外加剂是新疆西部卓越建材有限公司提供的ZJ-1004型聚羧酸高性能减水剂。

实施例1

一种轻质环保型混凝土，其制备方法包括如下步骤：

1)藻泥微胶囊的制备：按配比称取各原料，各原料及其用量见表1-1；

表1-1硅藻泥微胶囊原料表

将称取的500g浓度为5wt％的氧化石墨烯分散液(采用机械搅拌机将25g氧化石墨烯粉末均匀分散在475mL蒸馏水中，机械搅拌时间控制在30～60min)置于三口烧瓶中，恒温水浴加热至40℃，继续搅拌分散30min；配制10wt％的明胶溶液，并加入氧化石墨烯分散液中；然后加入称取的硅藻土和活性炭颗粒，再加入引发剂、交联剂和乳化剂；将混所得合液继续机械搅拌一定时间(2h左右)，形成稳定的乳浊液；将乳浊液过滤洗涤，并将过滤颗粒物置于鼓风干燥箱烘干，其中控制鼓风风速3～5m/s，流量10～20L/min，温度40～60℃，时间2～4h；然后过筛(取5～10mm的颗粒)，即得到多孔性的硅藻泥微胶囊颗粒；

2)按表1-2所述配合比称取混凝土中的各组分；将称取的藻泥微胶囊和陶粒进行饱水预处理，按顺序称取卵石、砂、饱水硅藻泥微胶囊、饱水陶粒、水泥、粉煤灰、矿粉，依次加入混凝土强制式搅拌机，加盖搅拌60s；称量水和外加剂，将外加剂溶解于水中后加入混凝土搅拌机，搅拌60s，即可完成硅藻泥微胶囊混凝土的拌制；混凝土出机后用铁锹上下翻动拌合混凝土30s，将混凝土拌合物装入试模，在温度20±2℃，湿度50％的环境下静置24h，即得所述轻质环保型混凝土。

表1-2混凝土配合比设计

以C20常规混凝土为测试考察对象，测试混凝土拌合物的流动性能、力学性能及耐久性能，结果分别见表1-3和1-4。

由表1-3可以看出，掺入硅藻泥微胶囊的混凝土(实施例1)与未掺入硅藻泥微胶囊的混凝土(空白组)的流动性能均表现良好，但掺入硅藻泥微胶囊的混凝土比起未掺入硅藻泥微胶囊的混凝土抗弯拉强度有了明显提升(可增强浆体与骨料间的握裹力)。此外，引入本实施例所述多孔性微胶囊后，可明显降低混凝土容重，便于施工。

由表1-4可以看出，掺入微胶囊的混凝土抗硫酸盐侵蚀能力、疲劳荷载能力变强，且对甲醛的吸附效率明显优于未掺入微胶囊的混凝土。

表1-3混凝土流动性及力学性能测试结果

表1-4混凝土耐久性能和吸附性能测试结果

实施例2

一种轻质环保型混凝土，其制备方法包括如下步骤：

1)藻泥微胶囊的制备：按配比称取各原料，各原料及其用量见表2-1；

表2-1硅藻泥微胶囊原料表

将称取的600g浓度为5wt％的氧化石墨烯分散液(采用机械搅拌机将30g氧化石墨烯粉末均匀分散在570mL蒸馏水中，机械搅拌时间控制在30～60min)置于三口烧瓶中，恒温水浴加热至50℃，继续搅拌分散30min；配制10wt％的明胶溶液，并加入氧化石墨烯分散液中；然后加入称取的硅藻土和活性炭颗粒，再加入引发剂、交联剂和乳化剂；将混所得合液继续机械搅拌一定时间(2h左右)，形成稳定的乳浊液；将乳浊液过滤洗涤，并将过滤颗粒物置于鼓风干燥箱烘干，控制鼓风风速3～5m/s，流量10～20L/min，温度40～60℃，时间2～4h；即得到硅藻泥微胶囊颗粒；

2)按表2-2所述配合比称取混凝土中的各组分，将称取的藻泥微胶囊和陶粒进行饱水预处理，按顺序称取卵石、砂、饱水硅藻泥微胶囊、饱水陶粒、水泥、粉煤灰、矿粉，依次加入混凝土强制式搅拌机，加盖搅拌60s；称量水和外加剂，将外加剂溶解于水中后加入混凝土搅拌机，搅拌90s，即可完成硅藻泥微胶囊混凝土的拌制；混凝土出机后用铁锹上下翻动拌合混凝土30s，将混凝土拌合物装入试模，在温度20±2℃，湿度50％的环境下静置24h，即完成混凝土的成型。

表2-2混凝土配合比设计

以C25常规混凝土为测试考察对象，测试混凝土拌合物的流动性能、力学性能及耐久性能，结果分别见表2-3和2-4。

由表2-3可以看出，掺入硅藻泥微胶囊的混凝土与未掺入硅藻泥微胶囊的流动性能均表现良好，但掺入硅藻泥微胶囊的混凝土比未掺入硅藻泥微胶囊的混凝土抗弯拉强度有了明显提升(可增强浆体与骨料间的握裹力)；此外，引入本实施例所述多孔性微胶囊后，可明显降低混凝土容重，便于施工。

由表2-4可以看出，掺入微胶囊的混凝土抗硫酸盐侵蚀能力、疲劳荷载能力变强，且对甲醛的吸附效率明显优于未掺入微胶囊的混凝土。

表2-3混凝土流动性和力学性能测试结果

表2-4混凝土耐久和吸附性能测试结果

实施例3

一种硅藻泥微胶囊混凝土，其制备方法包括如下步骤：

1)藻泥微胶囊的制备：按配比称取各原料，各原料及其用量见表3-1；

表3-1硅藻泥微胶囊制备原料表

将称取的700g浓度为5％的氧化石墨烯分散液(采用机械搅拌机将35g氧化石墨烯粉末均匀分散在665mL蒸馏水中，机械搅拌时间控制在30～60min)置于三口烧瓶中，恒温水浴加热至60℃，继续搅拌分散30min；配制10％的明胶溶液，并加入氧化石墨烯分散液中；然后加入称取的硅藻土和活性炭颗粒，再加入引发剂、交联剂和乳化剂；将混所得合液继续机械搅拌一定时间(2h左右)，形成稳定的乳浊液；将乳浊液过滤洗涤，并将过滤颗粒物置于鼓风干燥箱烘干，控制鼓风风速3～5m/s，流量10～20L/min，温度40～60℃，时间2～4h；即得到硅藻泥微胶囊颗粒；

2)按表3-2所述配合比称取混凝土中的各组分；将称取的藻泥微胶囊和陶粒进行饱水预处理，按顺序称取卵石、砂、饱水硅藻泥微胶囊、饱水陶粒、水泥、粉煤灰、矿粉，依次加入混凝土强制式搅拌机，加盖搅拌60s；称量水和外加剂，将外加剂溶解于水中后加入混凝土搅拌机，搅拌90s，即可完成硅藻泥微胶囊混凝土的拌制。混凝土出机后用铁锹上下翻动拌合混凝土30s，将混凝土拌合物装入试模，在温度20±2℃，湿度50％的环境下静置24h，即完成混凝土的成型。

表3-2混凝土配合比设计

以C30常规混凝土为测试考察对象，测试混凝土拌合物的流动性能、力学性能及耐久性能，结果分别见表3-3和3-4。

由表3-3可以看出，掺入硅藻泥微胶囊的混凝土与未掺入硅藻泥微胶囊的流动性能均表现良好，但掺入硅藻泥微胶囊的混凝土比起未掺入硅藻泥微胶囊的混凝土抗弯拉强度有了明显提升(可增强浆体与骨料间的握裹力)；此外，引入本实施例所述多孔性微胶囊后，可明显降低混凝土容重，便于施工。

由表3-4可以看出，掺入微胶囊的混凝土抗硫酸盐侵蚀能力、疲劳荷载能力变强，且对甲醛的吸附效率明显优于未掺入微胶囊的混凝土。

表3-3混凝土流动性和力学性能测试结果

表3-4混凝土耐久性和吸附性能测试结果

上述结果表明，本发明所得硅藻泥微胶囊与普通混凝土相容性良好，对混凝土流动性能影响不大，但能显著改善混凝土抗弯拉强度以及抗硫酸盐侵蚀能力，并能有效降低混凝土容重，降低构筑物自重，且对甲醛有着良好的吸附效果。

对比例1～3

对比例1～3所述混凝土的制备方法与实施例1～3大致相同，不同之处在于采用的微胶囊配料和混凝土配合比分别见表4-1和表4-2.

表4-1微胶囊制备原料表

注：过硫酸铵1.2g，偶氮二异丁腈2.5g，辛苯昔醇4.5g，反应温度40～60℃

表4-2混凝土配合比设计

表4-3混凝土流动性和力学性能测试结果

表4-4混凝土耐久性和吸附性能测试结果

对比例1～3所述混凝土流动性能测试及力学性能测试如表4-3所示，结果表明采用本发明所述微胶囊配方体系和工艺条件可有效兼顾所得混凝土拌合物流动性能、力学性能及对甲醛等有害物质的吸附效率。

上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。