CN1023474C

CN1023474C - 生产泡沫混凝土的工艺方法

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Publication number: CN1023474C
Application number: CN 85106754
Authority: CN
Inventors: 中野宗太; 小泽览明
Original assignee: Misawa Homes Co Ltd
Current assignee: Misawa Homes Co Ltd
Priority date: 1985-08-20
Filing date: 1985-08-20
Publication date: 1994-01-12
Anticipated expiration: 2000-08-20
Also published as: CN85106754A

Abstract

在所谓预先发泡方式中制造泡沫混凝土制品的工艺过程，它包括：模制由含有硅酸钙的水泥泥浆(A)和含有铝酸钙的速凝水泥泥浆(B)以及含水发泡液(C)所组成的泥浆混合物(D)，然后将模制的产品进行热液养护，泥浆(A)和(B)分别含有特定的某种水泥凝固缓凝剂。由于这两种不同缓凝剂的增效作用，在发泡混合物(D)的初始凝固阶段内产生了一个放热停滞期。

Description

本发明涉及的是使用速凝水泥物质的泥浆。用所谓预先成泡法生产泡沫混凝土的方法。更具体地说。本发明涉及生产泡沫混凝土的方法。其特殊的手段在于控制发泡的或充气的速凝水泥浆的凝固。

由于泡沫混凝土能够减少混凝土构件的重量和成本，因此它已经是人们注意的中心问题。混凝土预制构件已经得到发展，各种各样的泡沫混凝土板材已经得到应用。

这样的泡沫混凝土是以“热压处理轻重量混凝土”（auto-claved light-weight concre e）为代表，以后称之为ALC.ALC用于稳定的建筑材料方面具有很大的市场，而且实质上是重量很轻的混凝土。其中含有雪硅钙石类的结晶状硅酸钙水合物，ALC是在热压容器内以加压热液作用的条件下由熟化预先发泡的产物制成的。

目前，以工业规模生产的ALC可以分成所谓后发泡类和预发泡类。后发泡类ALC是将水硬性水泥泥浆浇注到模具中，然后用加到水泥中的铝粉与碱性成分，如水泥或石灰起反应得到的氢气使之发泡制成的。按照这种工艺过程，由于在模内发泡情况下水泥泥浆的静压力，为了保证垂直方向上发泡条件的均匀性，模内产生的泡沫的高度是限制在大约60厘米的范围内。因此，为了提高在使用成本高的模时的生产效率，由于上述发泡产品的高度限制，只得用垂直地将得到的发泡产品限制成预先确定的厚度的方法去生产60厘米宽的板材或厚板（养护前）。

从上述工艺过程可以清楚地看到，后发泡类的传统泡沫混凝土板材对于大尺寸的产品，复杂形状和结构的产品等等是很不令人满意的。

这些问题实际上可由所谓预先发泡的工艺方法解决，在这种工艺中，使水硬性水泥泥浆先发泡，然后将发泡的泥浆浇注到模中。在这种情况下，每个板材或厚板只需要一个模具。因此，为了提高应用高成本模具时的效率，必须使用水泥泥浆迅速凝固的方法以缩短浇注和脱模之间的时间，换句话说，必须做到：（ⅰ），防止在浇注和脱模过程之间模件内水泥泥浆局部凝固，高密度的成分分凝以及泡沫消失这样的现象发生;（ⅱ），必须进行表面处理，例如刮除或弄平模件上部的突起部分，平整表面，或给表面压印图案。另外，还必须使水泥泥浆在凝固时适当的粘性能持续一段时间以进行上述的表面处理。

从这一点来看，可以考虑的可能措施是向速凝水泥泥浆中加入相应的凝固延阻剂或缓凝剂。

对于这样的水泥泥浆人们已经提出了各种各样的缓凝剂。然而，传统的缓凝剂并不适于上述目的，这是因为它们的缓凝作用的形式是不适用的。

更具体地说，在附图中，曲线说明了水硬性水泥泥浆在水合反应下，随时间推移的放热情况。图中纵坐标表示凝固程度或强度，因为放热通常与凝固程度有关。就我们所知，传统的缓凝剂显示出曲线C的形式。

图中，曲线B表示不含缓凝剂的水泥泥浆的凝固形式，在这里，凝固过程随时间流逝而增进。曲线B所示的水泥泥浆由于其粘性迅速地达到了需要的程度，所以对于防止泥浆中高密度成分的分凝以及排出产生的泡沫诸方面是很有利的;但由于其凝固过程相当迅速，超出了浇注和表面处理所要求的粘性程度和范围，因此对于加工性或继续进行浇注以及进行上述表面处理是不利的。

曲线C表示采用凝固缓凝剂的情况。曲线C所显示的凝固形式对于浇注成的模件来说具有良好的加工性，这是因为凝固反应强烈地限制在某一段时间内，但是在这个限定的时间范围内，还不能进行表面处理。而且由于还没有得到足够的稠度，不可避免地产生了高密度成分的分凝。凝固限制作用停止以后，也会出现在曲线B中出现的同样问题。

曲线A表示了另一种凝固形式，其中显示了粘性程度（A₁），而且这种粘性程度保持了一段时间（A₁～A₂）。如果A₁和A₂之间的时间足够长。这种凝固形式可称之为理想形式，这是因为上述表面处理变得有可能进行了。

然而，就我们所知，还没有一种缓凝剂显示出这样一种理想形式。常规的缓凝剂常常表现出曲线B或曲线A所示的性质，其中A₁和A₂之间的时间是非常短的。显示出这种形式的常规缓凝剂可由柠檬酸或酒石酸的碱金属盐作为代表，同样也可以是碱金属碳酸盐和柠檬酸或酒石酸的混合产物。

作为我们在由预先发泡类速凝水泥模制泡沫混凝土上研究的结果，本发明已经实现并发展了满足示于附图曲线A中表示的控制凝固延阻作用的要求，本发明是根据采用的两种缓凝剂之间在混合时产生的增效作用实现的。

按照本发明，是为泡沫混凝土的生产提供了一种工艺过程，它包括：将含有硅酸钙作为主要的水硬性无机成分的水泥的含水泥浆（A）。含有铝酸钙作为主要的水硬性无机成分的速凝水泥的含水泥浆（B），以及含水发泡液（C）相混合，制备成速凝水泥的发泡泥浆（D），模制该泥浆（D），并使得到的模制产品经高温和高压热液养护处理，其特点在于：主要含有羟基羧酸的碱金属盐的水泥凝固缓凝剂（a）溶解在泥浆（A）中;主要含有（ⅰ）羟基羧酸或它们的碱金属盐与（ⅱ）无机弱酸的碱金属盐相结合的水泥凝固缓凝剂（b）溶解在泥浆（B）中;由此在速凝水泥的发泡泥浆（D）的初始凝固阶段内出现了一个放热停滞期间。

在本发明中，缓凝剂（a）和（b）的协合作用按上述方法实现。得到的凝固阻延作用形式由曲线A表示。凝固缓凝剂（a）或（b）是已知的，显示的凝固阻延作用形式如曲线C或曲线A所示。在曲线A中，如上所述，A₁和A₂相互间非常接近，完全意料不到的如曲线A所示的凝固阻延作用的结果是由于采用了缓凝剂（a）和（b）进行结合，作为一种增效作用的结果而获得的。

按本发明，可以得到如曲线A所示的凝固阻延作用曲线。因此，由于发生了某些水合反应，使得在如曲线B或C所显示的那些凝固阻延作用曲线所产生的全部问题得到了解决，而且水泥泥浆的粘性达到了要求的程度，达到要求的程度以后，保持了所要求的一段时间。

图形的简单说明

在附图中，每条曲线图是一种水硬性水泥的各种发泡泥浆的放热曲线图，其中：

曲线A是按本发明具有一放热停滞期的放热曲线;

曲线B是凝固不受控制情况下的放热曲线;

曲线C是采用传统的凝固缓凝剂情况下所得到的放热曲线。

发泡的速凝水泥泥浆（D）

按本发明，使泥浆的凝固受到控制的速凝水泥的发泡泥浆（D）含有成分（A），（B），和（C）。这里采用的术语“速凝水泥的发泡泥浆”指的是在其中混有凝固缓硬剂的泥浆。但是在本节里，为了叙述方便，术语所涉及的泥浆并非全含有凝固缓凝剂。成分（A）直到（D）都是已知的。

含水泥浆（A）

含水泥浆（A）是含有硅酸钙作为主要的水硬无机成分的水泥的含水泥浆。

这种水泥中的成分是经高温和高压的热液作用养护生成雪硅钙石类的结晶状硅酸钙水合物的物质。其详细的情况与传统的ALC有关，是众所周知的。

这种水泥中含有氧化钙和二氧化硅作为主要成分，它们之间合适的重量比约为5∶5到2∶8。含水泥浆（A）可由水泥物质（例如portland水泥）的精细粉末与氧化钙、二氧化硅等根据不同的目的以上述氧化钙对二氧化硅的比例进行混合制得，并在水中分散得到的混合物。

对于这种水泥泥浆（A），可以加入硫酸钙，石灰和类似物质以调整其凝固速度。当然，砂子，珍珠岩粉末，以及其它填充粒料，使其强化的纤维材料，彩色颜料等。也可以加到泥浆中。泥浆的浓度以总的固体成分为基准约为60到70%（重量）。

在本发明中，称之为“水泥”的物质。对于含水泥浆（A）（也可以是对含水泥浆（B），（C））来说，不仅包括含有水泥硅石，氧化钙，砂子和其它的成分的水泥混合物，而且也包括仅有水泥本身。

含水泥浆（B）

含水泥浆（B）是一种含有铝酸钙作为主要水硬性无机物的速凝水泥的含水泥浆。

这种水泥在其化学成分上基本上是由从C₁₂A₇，CA，CA₂，C₃A，C₂AS，C₄AF，C₁₁A₇CaF₂，C₃A₃CaF₂，C₃A₃CaSO₄，等中选择的无机物构成的。其中，C指的是CaO，A指的是Al₂O₃，S指的是SiO₂。

这种水泥是以氧化铝水泥和CSA（硫铝酸钙）水泥为代表的。

泥浆的浓度在以总的固体成分重量为基准的情况下，近似为50～70%。

含水发泡液（C）

在预先发泡法中采用的含水发泡液也是已知的。任何一种这样的液体只要合适都可以用于本发明。

含水发泡液常常是使发泡溶质的水溶液经搅拌，吹气或类似的方法进行发泡得到。发泡剂需要具有优越的稳定性，阴离子合成表面活性剂。蛋白质的分解产物是基本的发泡剂。其他类似的物质也可使用。

合适的含水泥沫液表现出的比重约为0.01到0.20。

发泡泥浆（D）

要浇注的速凝水泥的发泡泥浆（D）是上述成分（A），（B）和（C）（和凝固缓凝剂）的混合物。

只要是合理的每种成分的数量可以人为确定，但是，在一般情况下，含水泥浆（B）通常采用这样的数量：要使其主要的水硬无机成分的数量接近于含水泥浆（A）的重量的3到30%。含水发泡液（C）应适当选择。以得到前面规定的发泡状况（比重）。

发泡泥浆（D）至少可由单独制备含水泥浆（A）或（B）。然后混合进行生产。然而，通常的比较合适的方法是分别制备泥浆（A），（B），和（C），然后把它们混合起来，以制成泥浆（D）。在后面这种方法中，有可能在三种成分接触中提供足够的时间延迟。

发泡泥浆（D）中水的含量大约是含水泥浆（A）和（B）中成分的总重量（固体含量）的45-70%。泥浆（D）中的水通常是来自成分（A），（B）和（C）。成分（A），（B）和（C）中水的分配比率是根据加工性决定的。

发泡泥浆（D）的比重是由加入的含水发泡液（C）的多少决定的，也与加入发泡液以后气泡逸出的程度有关。换句话说，泡沫混凝土的比重是由发泡泥浆（D）的比重决定的。

凝固缓凝剂

一般观点

本发明的最重要特点在于利用两类凝固缓凝剂相结合，即，一类是（a），羟基羧酸的碱金属盐;另一类是（b），是某种（ⅰ）羟基羧酸和（ⅱ）无机弱酸的碱金属盐的组合。

两类凝固缓凝剂用于控制含水泥浆（A）或（B）本身的活性和这些泥浆之间的相互作用活性。更具体地说，凝固缓凝剂中的一种，如缓凝剂（a），是溶于含水泥浆（A）中，以控制（A）本身的活性;以及当泥浆（A）与泥浆（B）混合时，在泥浆（B）含有的铝酸盐离子存在的情况下使泥浆（A）产生抗凝能力。相反，另一种凝固缓凝剂（b）是溶于含水泥浆（B）中，它控制泥浆（B）本身的活性以及当泥浆（B）与泥浆（A）混合时，泥浆（A）和（B）中的成分之间发生反应时，它也产生抗凝作用。

合理地选择缓凝剂的类型和缓凝剂（b）中成分（ⅰ）和（ⅱ）的比例，使抗凝剂（a）和（b）的量相当于含水泥浆（A）和（B）的成分的比例，以及合理地选择其它条件，即可以得到速凝水泥泥浆在初始凝固期间内的放热停滞期（如附图曲线A所示）。换句话说，选择这些条件的特定值就能实现这种凝固阻延作用。

术语“初始凝固阶段期间内的放热停滞期”指的是这样一个期间，在这个期间内经过某一时间以后凝固过程明显延迟了或实际上停止了，这是因为没有明显延迟的凝固是从含水泥浆（A）和（B）混合时即开始了。放热停滞期被认为是表示水泥正在凝固的温度-时间曲线上的“平稳阶段”。依据本发明，可以使得放热停滞期在含水泥浆（B）的主要水硬性无机成分与水接触以后存在约两个小时。

水泥泥浆的粘性在放热停滞期间内可以控制在一定的范围内。典型的粘性值可以确定成这样，要能够避免高比重的成分的分离和泡沫的脱除，并且能够实现表面处理的目的和方法。在进行表面处理的情况下，例如在比较浅地刮削表面或在比较浅地部位进行表面压印时，比较合适的粘性是表现出一定的可塑性，并且其中浆体的强度也能稍稍表现出来。缓凝剂（a）

为了上述目的在本发明中采用的组合凝固缓凝剂的成分（a）基本上是羟基羧酸的碱金属盐组成的。羟基羧酸是以柠檬酸，酒石酸和葡糖酸（特别是前两种）为代表，而碱金属是以钠和钾为代表。缓凝剂（a）可以含有两种或多种形式的与羟基羧酸和碱金属相关的盐类。但是，这些盐应该能够溶于含水泥浆（A）中。

缓凝剂（a）的加入数量接近于含水泥浆（A）的水泥和含水泥浆（B）的速凝水泥的总粉末物质重量的0.05到2.0%。其典型值可近似地根据要求的凝固缓凝剂（要求的缓凝作用愈强，则需要加入的缓凝剂（a）就愈多）以及在给定的含水泥浆（B）中含有的铝酸钙的数量（该数量愈大，需要加入的缓凝剂（a）就愈多）来确定。缓凝剂（b）。

组合的凝固缓凝剂的另一种成分（b）基本上是由（ⅰ）羟基羧酸或它的碱金属盐（特别是前者）和（ⅱ）无机弱酸的碱金属盐组合而成。无机弱酸的碱金属盐应该能够溶于含水泥浆（B）中，并且，无机弱酸是以碳酸，碳氢酸和硼酸为代表。碱金属以钠和钾为代表。有代表性的羟基羧酸包括柠檬酸，酒石酸和葡糖酸（特别是前面两种）。另外也可以用两种或多种成分（ⅰ）和（或）（ⅱ）进行组合以制备出缓凝剂（b）。

成分（ⅰ）和（ⅱ）的重量比在5∶5到1∶9的范围内比较合适。这个比例以及成分（ⅰ）和（ⅱ）的选择可以控制凝固缓凝剂的碱性。例如在上述比例的范围内含有成分（ⅰ）和（ⅱ）的混合物约为0.1～0.2%（重量）的水溶液所具有的pH值是在8-11的范围内，更具体地是9.5-10.5.pH值对初始的凝固速度有影响，因此应当合理地进行选择。使用的缓凝剂（b）的数量要接近于含水泥浆（A）中水泥和含水泥浆（B）中速凝水泥的总粉末物质重量的0.01-0.05%。典型值的确定可用已叙述过的与缓凝剂（a）相应的同样方法进行。

泡沫混凝土的生产

除了在本发明中采用了速凝水泥和特殊的凝固缓凝剂以外，按照本发明生产泡沫混凝土的工艺方法与传统的预先发泡工艺方法基本相同。

经风干后比重约为0.20-1.20的泡沫混凝土可以这样制造：使每一种都分别加入了凝固缓凝剂（a）和（b）的含水泥浆（A）和（B）与发泡液（C）相混合，这样即制成了速凝水泥的发泡泥浆（D），迅速地将得到的泥浆（D）浇注到模具内，按需要加入钢筋，浇注后约15到120分钟退模，使模制的产品初步进行热液养护处理，然后使产品在一高压容器内以高温高压进行热液养护处理。凝固缓凝剂按要求首先溶解在水中，然后分别加到泥浆（A），（B）中。

试验的实例

1）、各自含有下列成分的含水泥浆（A），（B）和含水发泡液单独制备，然后同时混合，制成具有比重为0.8的速凝水泥的发泡泥浆。

（1）含水泥浆（A）

常规的波特兰水泥 100公斤

二氧化硅砂石粉末 100公斤

水 100公斤

柠檬酸钠 0.5公斤

石灰 10公斤

（2）含水泥浆（B）

矾土水泥 20公斤

（CA70%，C₂AS20%）

水 12公斤

柠檬酸 0.07公斤

碳酸钾 0.16公斤

（3）含水发泡液 15公斤

发泡剂：发泡剂基于碱性蛋白

比重：0.05克/（厘米）³

得到混合物的凝固曲线与附图中曲线（A）相同。曲线（A）中三个点的每一点的消失时间和温度如下：

A₁……15分钟/25℃

A₂……25分钟/25℃

A₃……30分钟/30℃

如果具有上述成分的含水泥浆（B）加入了凝固缓凝剂（a），例如柠檬酸钠则得到的混合物将立即凝固。因此无法加工。另一方面，如果含水泥浆（A）和（B）都加入了凝固缓凝剂（b），则得到的混合物的凝固曲线接近于曲线（C）。当只有含水泥浆（A）加入了缓凝剂（a）或（b）。或者只有含水泥浆（B）加入了缓凝剂（b），则得到的凝固曲线接近于曲线（c），或者显示出这样的曲线，其好似曲线（A），但是A₁和A₂之间的距离太短了，以致于无法进行控制。

2）、上述泥浆混合物浇注到模具内，60分钟后脱模，然后在湿空气中40℃下经热液作用养护10小时，再在高压容器中180℃10个大气压条件下经高温高压热液作用养护处理15小时，即制成了具有风干比重为0.55的泡沫混凝土板材。

Claims

1、制造泡沫混凝土的工艺过程包括：使含有硅酸钙作为主要水硬性无机成分的水泥含水泥浆(A)，含有铝酸钙作为主要水硬性无机成分的速凝水泥的含水泥浆(B)，和含水发泡液(C)相混合，以制备出速凝水泥的发泡泥浆(D)；模制该泥浆(D)；然后将得到的模制产品经高温高压热液养护，在该过程中的改进是，基本上是由羟基羧酸的碱金属盐组成的水泥凝固缓凝剂(a)溶解在泥浆(A)中，基本上是由(i)羟基羧酸或它的碱金属盐与(ii)无机弱酸的碱金属盐相混合而组成的水泥凝固缓凝剂(b)溶解在泥浆(B)中，由此，在速凝水泥发泡泥浆(D)的初始凝固阶段内产生了一个放热停滞期。

2、根据权利要求1所述的工艺过程，其中，凝固缓凝剂（a）和（b）的羟基羧酸成分可以从柠檬酸和酒石酸中选择，缓凝剂（b）中无机弱酸的碱金属盐可以从碱性金属碳酸盐和碳酸氢盐中选择。

3、根据权利要求1所述的工艺过程，其中，包括在凝固缓凝剂（b）中的羟基羧酸对无机弱酸的碱金属盐的重量比是在5∶1到1∶9的范围内。

4、根据权利要求1所述的工艺过程，其中，包含在含水泥浆（A）的水泥中的化学成分中的氧化钙对二氧化硅的重量比在5∶5到2∶8的范围内，以及在含水泥浆（B）中速凝水泥的重量为泥浆（A）的水泥重量的3%到30%。