一种轻质高强骨料及利用其制备的轻骨料混凝土的制作方法

本发明属于建筑材料，具体涉及一种轻质高强骨料及利用其制备的轻骨料混凝土。

背景技术：

1、轻骨料混凝土是指采用轻骨料的混凝土，其表观密度不大于1950kg/m3，是目前使用较为广泛的一种轻质建筑材料，与普通混凝土相比可实现同强度等级下减重20％～40％，且能用于建筑中承重部位或关键部位。轻骨料混凝土具有轻质、高强、保温和耐火等特点，但由于轻骨料弹性模量低，难以有效抑制水分蒸发过程中水泥浆的收缩，其收缩值远高于普通混凝土，易发生收缩开裂问题。

2、轻骨料混凝土具备诸多优势，但目前使用的轻质骨料通常表面粗糙多孔，在搅拌过程中会吸附大量的水泥浆导致混凝土流动性显著降低；此外，在浇筑振捣过程中轻骨料与水泥浆密度差异过大易离析分层，轻骨料混凝土较差的工作性能导致的施工和质量控制等问题较为突出。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种浇注式轻质高强骨料，其制备方法简单，强度高，且可以自由调节形貌和级配；将其应用于制备轻骨料混凝土，所得混凝土的流动性高且不易离析分层，兼顾良好的强度和体积稳定性，适合推广应用。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种轻质高强骨料，各原材料及其所占的重量份数包括：水泥20～30份，矿物掺合料65～75份，增稠剂1～2份，纤维1～2份，水100～120份。

4、上述方案中，所述水泥为p·o42.5以上强度等级的普通硅酸盐水泥。

5、上述方案中，所述矿物掺合料可选用粉煤灰、矿粉、偏高岭土等中的一种以上，比表面积不低于350m2/kg，活性指数不低于70％。

6、上述方案中，所述增稠剂优选淀粉类或纤维素类等多糖类增稠剂，1％固含量(常温)增稠能力2～20pa·s，触变指数1.5～4.5。

7、上述方案中，所述纤维优选为玻璃纤维，长度6～12mm，长径比100～200，抗拉强度不低于200mpa。

8、上述方案中，所述水温10～40℃。

9、上述方案中，所述浇注式轻质高强骨料的棱角系数为0.1～0.2，含水率90～100％，筒压强度5～8mpa，绝干堆积密度300～400kg/m3。

10、上述一种浇注式轻质高强骨料的制备方法，包括如下制备步骤：

11、(1)将按配比称取的水泥、矿物掺合料、增稠剂、纤维、水混合均匀，进行搅拌处理；

12、(2)在搅拌条件下，将步骤(1)所得浆料进行加热，保温；

13、(3)将保温后的料浆浇筑到模具中，进行一次养护至硬化，脱模，得骨料颗粒；

14、(4)将所得骨料颗粒进行二次养护，得到轻质高强骨料成品。

15、上述方案中，步骤(1)所述搅拌处理采用的搅拌速率为60～90r/min，搅拌时间为10～20min。

16、上述方案中，步骤(2)中采用的搅拌速率为30～60r/min。

17、上述方案中，步骤(2)中，所述加热步骤为：以5～15℃/min的速率升温(加热方式不限，具体可采用高温蒸汽加热或电加热等方式)至90～100℃；保温时间为5～10min。

18、上述方案中，步骤(2)中保温后的所得料浆的水固比为1.1～1.4。

19、上述方案中，所述一次养护采用的温度为80～100℃，相对湿度为90～100％，养护时间为1～2h。

20、上述方案中，所述二次养护采用的温度为25～100℃，相对湿度为90～100％，时间为1～28d。

21、优选的，所述二次养护采用的温度为90～100℃，相对湿度为95～100％，时间为1～2d。

22、本发明还提供了一种利用浇注式轻质高强骨料制备的轻骨料混凝土，各原材料及其所占的重量份数包括：水泥16～20份，轻质高强骨料30～35份，砂40～45份，水6～10份，高效减水剂0.1～0.2份；其制备方法包括如下步骤：将称量好的各原材料搅拌均匀(5～10min)后浇筑成型，自然养护14～28d得到轻骨料混凝土成品。

23、上述方案中，所述水泥优选p·o42.5及以上等级普通硅酸盐水泥。

24、上述方案中，所述浇注式轻质高强骨料采用5～15mm连续级配。

25、上述方案中，所述砂采用河砂或机制砂，细度模数2.4～2.8，压碎值低于30％，表观密度2500～2800kg/m3。

26、上述方案中，所述高效减水剂的减水率为30～40％，优选为聚羧酸减水剂。

27、上述方案中，所述搅拌速率为90～120r/min。

28、上述方案中，所述自然养护温度为20～35℃，相对湿度80～100％。

29、本发明所述轻质高强骨料及其制备的轻骨料混凝土性能优化机制包括：

30、1)轻质高强骨料成型时采用较大的水固比，内部含有大量保水状态的毛细孔，减小了骨料与水泥砂浆之间密度差异，有效解决了搅拌及浇筑过程中轻骨料上浮导致的分层问题。

31、2)多糖类增稠剂在加热、保温的高温糊化过程中，分子之间会互相联结、缠绕，形成一个网状的含水胶体；进而促进所得轻质高强骨料内部毛细孔为含水胶体填充状态，可有效改善传统骨料吸收混凝土中的水分进而降低流动性等问题，并可向周围缓慢释放水分保证水泥水化反应充分进行；此外，可促进实现轻质高强骨料表面平整、无裂纹裂缝等，有效改善传统轻质骨料易吸附混凝土中水泥浆的问题，有效保证所得混凝土较高的流动性，减少由于流动性不足导致的成型缺陷。

32、3)混凝土中硬化过程中，部分水会进行水化反应或向环境中蒸发，引起较为显著的体积收缩；本发明所得轻质高强骨料内部毛细孔中的水可向外缓慢扩散，持续补充硬化水泥浆中的水分，能有效减少混凝土收缩值。

33、4)传统粗骨料表面通常会存在大量水泥水化产物氢氧化钙，形成较为薄弱的界面过渡区；本发明所得轻质高强骨料含有未反应完全的矿物掺合料，会与水泥水化产物氢氧化钙进行反应生成c-s-h凝胶和钙矾石等产物，有效改善了界面过渡区，从而提高强度。

34、5)本发明进一步引入纤维能有效改善轻质高强骨料的脆性，减少轻质骨料孔隙处的应力集中，延缓裂缝扩展，从而提高轻骨料混凝土强度。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、1)在增稠剂的调节作用下，促进实现超高水固比条件下的有效成型，不会发生泌水分层现象，以水分形成的大量毛细孔调节骨料的容重；形成的毛细孔在骨料中分布均匀，且孔径较小，在荷载作用下可有效降低应力集中现象，得到轻质高强的骨料；此外，粒型及粒度分布可通过浇筑成型时的模具控制，有助于提高混凝土和易性和强度。

37、2)所述轻质高强骨料毛细孔中存在大量含水胶体，无需传统骨料预湿工艺，可直接用于生产轻骨料混凝土，并保证良好的工作性能等。

38、3)所得浇筑式轻质高强骨料采用常温或蒸汽养护，无需高温烧结工艺，制备过程中涉及的碳排放量和能耗远低于陶粒等传统烧结轻质骨料；生产工序简单，并可有效保证所得轻质高强骨料的性能稳定。