本发明属于环保建筑材料的技术领域，提供了一种轻质、保温的环保混凝土及制备方法。
背景技术：
近年来，核桃的需求量以每年10%以上的速度递增。云南是我国的第一大核桃生产区，按出仁率50%计算，仅云南省每年就产生7万多吨核桃壳。目前，核桃壳主要是当作燃料烧掉，不仅产生环境污染，而且利用价值低。核桃种类按壳厚薄分为厚皮核桃、薄皮核桃、纸皮核桃，其中厚皮核桃的壳厚，而且强度较高，其利用价值尤其需要进一步开发。
在建筑领域，发展绿色节能建筑材料是必然趋势，各种隔热保温的建材备受重视。将农业领域的废弃物用于建筑材料的制备中，得到使用性能达标的建筑材料，具有积极的经济效益及环保意义。因此，如何将核桃壳应用于建筑材料中，变废为宝，成为一个有价值的研究课题。
技术实现要素：
本发明提出了一种轻质、保温的环保混凝土及制备方法，通过在混凝土配方中加入厚皮核桃壳，减少了骨料用量，得到的混凝土具有轻质、保温的特点。通过采用聚乙烯熔体浸泡核桃壳，并在核桃壳表面原位聚合形成聚丙烯酸树脂层，克服了核桃壳易吸潮的缺陷，提高了所得混凝土的耐久性。
为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：
本发明首先给出了一种轻质、保温的环保混凝土的制备方法，所述混凝土制备的具体步骤如下：
（1）将破碎的核桃壳洗净，加入聚乙烯熔体中浸泡30~60min，取出后加入反应设备中，再加水进行快速搅拌，保证核桃壳不沉降、不聚集；
（2）将丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯混合均匀，加入反应设备中，同时通入氮气排出空气，并提高搅拌速度，20~40min后，开启加热装置；
（3）待温度升至75~80℃后，加入引发剂，保持温度不变，反应16~20h后停止加热和搅拌，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到聚合物包覆核桃壳；
（4）将聚合物包覆核桃壳、粗骨料、细骨料、粉煤灰、水泥、水、减水剂混合，得到轻质、保温的环保混凝土。
本发明将厚皮核桃壳作为填料加入混凝土中，可减少骨料的用量，由于核桃壳内部具有较多孔隙，密度明显低于砂、石，因此以核桃壳代替部分骨料后，混凝土表现出更小的密度和更低的导热系数，具有轻质、保温的特点。进一步的，为得到综合性能（包括抗压强度、密度、导热系数）良好的混凝土，本发明对混凝土配方进行了优化，尤其是骨料级配的优化，提出了10~20mm、20~40mm的粗骨料、5~10mm的核桃壳、2~4mm的细骨料形成的骨料体系。
但是，当核桃壳直接用作混凝土填料时，由于核桃壳内的孔隙较多，一方面壳体本身的强度有待提高，另一方面，核桃壳的吸湿性较强，吸水后的核桃壳易发霉，长期潮湿环境中核桃壳逐渐降解，导致混凝土强度降低，影响耐久性。为解决这一问题，本发明主要采用了两个技术措施：一、在包覆之前，采用聚乙烯熔体对核桃壳进行浸泡，使聚乙烯浸入核桃壳的表面孔隙中，聚乙烯凝固后可起到降低吸湿性及提高壳体本身强度的双重作用。二、采用原位聚合生成聚丙烯酸树脂层对核桃壳进行包覆。由于核桃壳主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，含有丰富的酚羟基，当丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯在引发剂下发生聚合反应，得到的聚丙烯酸树脂层包覆于核桃壳表面，其中丙烯酸、甲基丙烯酸中的-cooh与核桃壳中的-oh可形成酯基，使聚丙烯酸树脂层与核桃壳表面结合牢固，利用聚丙烯酸树脂层防止水分浸入核桃壳内部，防止因核桃壳发霉或降解导致混凝土强度降低，从而提高混凝土的耐久性。
优选的，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。
优选的，所述核桃壳为厚皮核桃的外壳，经破碎后筛选尺寸5~10mm的待用。
优选的，所述粗骨料为碎石或卵石，粒径10~20mm及20~40mm各占一半体积。
优选的，所述细骨料为河砂或海砂，粒径分布在2~4mm。
优选的，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
优选的，所述聚合物包覆核桃壳的制备过程中，核桃壳、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、引发剂的质量比为100：6~10：3~5：10~15：5~8：0.02~0.04。
优选的，所述混凝土的制备过程中，聚合物包覆核桃壳、粗骨料、细骨料、粉煤灰、水泥、水、减水剂的质量比为20~25：30~40：15~20：16~20：20~22：16~20：0.8~1.5。
本发明还给出了上述制备方法制备得到的一种轻质、保温的环保混凝土。该混凝土中含有破碎的厚皮核桃壳，该核桃壳经过聚乙烯熔体浸泡及聚丙烯酸树脂层包覆。
本发明提供了一种轻质、保温的环保混凝土及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明的制备方法，将核桃壳作为填料加入混凝土中，减少骨料的用量，不仅起到废物利用作用，而且得到的混凝土具有轻质、保温的特点。
2.采用聚乙烯熔体对核桃壳进行浸泡，起到降低核桃壳吸湿性及提高壳体本身强度的双重作用。
3.采用聚丙烯酸树脂层对核桃壳进行包覆，通过形成酯基使聚丙烯酸树脂层与核桃壳表面结合牢固，利用聚丙烯酸树脂层防止水分浸入核桃壳内部，防止因核桃壳发霉或降解导致混凝土强度降低，从而提高混凝土的耐久性。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）将尺寸为5~10mm的破碎核桃壳洗净，加入聚乙烯熔体中浸泡30min，取出后加入反应设备中，再加水进行快速搅拌，保证核桃壳不沉降、不聚集；搅拌速度为150rpm；
（2）将丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯混合均匀，加入反应设备中，同时通入氮气排出空气，并提高搅拌速度，20min后，开启加热装置；
（3）待温度升至80℃后，加入引发剂，保持温度不变，反应16h后停止加热和搅拌，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到聚合物包覆核桃壳；引发剂为过硫酸钠；核桃壳、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、引发剂的质量比为100：7：4：13：7：0.03；
（4）将聚合物包覆核桃壳、粗骨料、细骨料、粉煤灰、水泥、水、减水剂按质量比23：33：17：16：21：17：1混合，得到轻质、保温的环保混凝土；粗骨料为碎石，粒径10~20mm及20~40mm各占一半体积；细骨料为海砂，粒径分布在2~4mm；减水剂为聚羧酸类减水剂。
实施例2
（1）将尺寸为5~10mm的破碎核桃壳洗净，加入聚乙烯熔体中浸泡60min，取出后加入反应设备中，再加水进行快速搅拌，保证核桃壳不沉降、不聚集；搅拌速度为100rpm；
（2）将丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯混合均匀，加入反应设备中，同时通入氮气排出空气，并提高搅拌速度，30min后，开启加热装置；
（3）待温度升至75℃后，加入引发剂，保持温度不变，反应20h后停止加热和搅拌，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到聚合物包覆核桃壳；引发剂为过硫酸铵；核桃壳、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、引发剂的质量比为100：9：4：10：8：0.04；
（4）将聚合物包覆核桃壳、粗骨料、细骨料、粉煤灰、水泥、水、减水剂按质量比20：40：15：16：20：16：1.5混合，得到轻质、保温的环保混凝土；粗骨料为卵石，粒径10~20mm及20~40mm各占一半体积；细骨料为河砂，粒径分布在2~4mm；减水剂为聚羧酸类减水剂。
实施例3
（1）将尺寸为5~10mm的破碎核桃壳洗净，加入聚乙烯熔体中浸泡40min，取出后加入反应设备中，再加水进行快速搅拌，保证核桃壳不沉降、不聚集；搅拌速度为130rpm；
（2）将丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯混合均匀，加入反应设备中，同时通入氮气排出空气，并提高搅拌速度，25min后，开启加热装置；
（3）待温度升至78℃后，加入引发剂，保持温度不变，反应18h后停止加热和搅拌，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到聚合物包覆核桃壳；引发剂为过硫酸钾；核桃壳、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、引发剂的质量比为100：6：3：15：8：0.02；
（4）将聚合物包覆核桃壳、粗骨料、细骨料、粉煤灰、水泥、水、减水剂按质量比21：37：19：17：20：20：0.8混合，得到轻质、保温的环保混凝土；粗骨料为卵石，粒径10~20mm及20~40mm各占一半体积；细骨料为河砂，粒径分布在2~4mm；减水剂为聚羧酸类减水剂。
实施例4
（1）将尺寸为5~10mm的破碎核桃壳洗净，加入聚乙烯熔体中浸泡50min，取出后加入反应设备中，再加水进行快速搅拌，保证核桃壳不沉降、不聚集；搅拌速度为110rpm；
（2）将丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯混合均匀，加入反应设备中，同时通入氮气排出空气，并提高搅拌速度，22min后，开启加热装置；
（3）待温度升至76℃后，加入引发剂，保持温度不变，反应17h后停止加热和搅拌，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到聚合物包覆核桃壳；引发剂为过硫酸钠；核桃壳、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、引发剂的质量比为100：8：4：13：6：0.03；
（4）将聚合物包覆核桃壳、粗骨料、细骨料、粉煤灰、水泥、水、减水剂按质量比25：30：20：16：20：18：1.2混合，得到轻质、保温的环保混凝土；粗骨料为碎石，粒径10~20mm及20~40mm各占一半体积；细骨料为海砂，粒径分布在2~4mm；减水剂为聚羧酸类减水剂。
实施例5
（1）将尺寸为5~10mm的破碎核桃壳洗净，加入聚乙烯熔体中浸泡40min，取出后加入反应设备中，再加水进行快速搅拌，保证核桃壳不沉降、不聚集；搅拌速度为130rpm；
（2）将丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯混合均匀，加入反应设备中，同时通入氮气排出空气，并提高搅拌速度，28min后，开启加热装置；
（3）待温度升至78℃后，加入引发剂，保持温度不变，反应17h后停止加热和搅拌，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到聚合物包覆核桃壳；引发剂为过硫酸铵；核桃壳、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、引发剂的质量比为100：6：5：12：5：0.04；
（4）将聚合物包覆核桃壳、粗骨料、细骨料、粉煤灰、水泥、水、减水剂按质量比22：32：16：18：21：19：1混合，得到轻质、保温的环保混凝土；粗骨料为卵石，粒径10~20mm及20~40mm各占一半体积；细骨料为河砂，粒径分布在2~4mm；减水剂为聚羧酸类减水剂。
对比例1
制备过程中，仅采用聚乙烯熔体对核桃壳进行浸泡，未采用聚丙烯酸树脂层进行包覆，其他制备条件与实施例5一致。
对比例2
制备过程中，仅采用聚丙烯酸树脂层对核桃壳进行包覆，未采用聚乙烯熔体进行浸泡，其他制备条件与实施例5一致。
对比例3
制备过程中，未采用聚乙烯熔体对核桃壳进行浸泡，也未采用聚丙烯酸树脂层进行包覆，其他制备条件与实施例5一致。
对比例4
制备过程中，未加入核桃壳，其他制备条件与实施例5一致。
性能测试：
（1）抗压强度、密度、导热系数：分别测试实施例5、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4制得的混凝土的抗压强度、密度、导热系数；
（2）吸水率：将实施例5中既采用聚乙烯熔体浸泡又采用聚丙烯酸树脂层包覆的核桃壳、对比例1中仅采用聚乙烯熔体浸泡的核桃壳、对比例2中仅采用聚丙烯酸树脂层包覆的核桃壳、对比例3中未经浸泡和包覆的核桃壳，分别浸入水中，浸泡24h，测试吸水率n=（m2-m1）/m1×100%，m2为吸水后质量，m1为吸水前质量。
所得数据如表1所示。
表1：
1.一种轻质、保温的环保混凝土的制备方法，其特征在于，所述混凝土制备的具体步骤如下：
（1）将破碎的核桃壳洗净，加入聚乙烯熔体中浸泡30~60min，取出后加入反应设备中，再加水进行快速搅拌，保证核桃壳不沉降、不聚集；
（2）将丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯混合均匀，加入反应设备中，同时通入氮气排出空气，并提高搅拌速度，20~40min后，开启加热装置；
（3）待温度升至75~80℃后，加入引发剂，保持温度不变，反应16~20h后停止加热和搅拌，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到聚合物包覆核桃壳；
（4）将聚合物包覆核桃壳、粗骨料、细骨料、粉煤灰、水泥、水、减水剂混合，得到轻质、保温的环保混凝土。
2.根据权利要求1所述一种轻质、保温的环保混凝土的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。
3.根据权利要求1所述一种轻质、保温的环保混凝土的制备方法，其特征在于：所述核桃壳为厚皮核桃的外壳，经破碎后筛选尺寸5~10mm的待用。
4.根据权利要求1所述一种轻质、保温的环保混凝土的制备方法，其特征在于：所述粗骨料为碎石或卵石，粒径10~20mm及20~40mm各占一半体积。
5.根据权利要求1所述一种轻质、保温的环保混凝土的制备方法，其特征在于：所述细骨料为河砂或海砂，粒径分布在2~4mm。
6.根据权利要求1所述一种轻质、保温的环保混凝土的制备方法，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
7.根据权利要求1所述一种轻质、保温的环保混凝土的制备方法，其特征在于：所述聚合物包覆核桃壳的制备过程中，核桃壳、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、引发剂的质量比为100：6~10：3~5：10~15：5~8：0.02~0.04。
8.根据权利要求1所述一种轻质、保温的环保混凝土的制备方法，其特征在于：所述混凝土的制备过程中，聚合物包覆核桃壳、粗骨料、细骨料、粉煤灰、水泥、水、减水剂的质量比为20~25：30~40：15~20：16~20：20~22：16~20：0.8~1.5。
9.权利要求1~8任一项所述制备方法制备得到的一种轻质、保温的环保混凝土。
技术总结