[发明专利]一种高强度的轻质混凝土及制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

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，本发明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。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

本发明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。

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。

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。本发明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。

所述增强气凝胶复合体的制备过程为：