CN102795830A - 一种泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泡沫混凝土以及制备该泡沫混凝土的方法。本发明提供的结合秸杆泡沫混凝土具有耐水性好、容重低、强度高、导热系数小、干燥收缩率低度等系列优点，具备建筑材料追求的一系列优秀的品质，适应和满足现代建筑的需要。此外，由于卤块、秸杆以及粉煤灰均为面广量大的再生资源，利用卤块和秸杆研制新型建筑墙体材料具有重要的学术和社会价值。

Description

一种泡沫混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种泡沫混凝土以及制备该泡沫混凝土的方法。

背景技术

秸杆与粘土结合起来的砌块是人类最早使用的墙体建筑材料之一，其具备保温、绝热、隔声、防火等现代建筑材料追求的一系列优秀的品质。秸杆与粘土有机结合，相融相切，由这样的材料构筑的建筑物冬暖夏凉，清静安逸。然而由于粘土胶结性能低，强度及耐久性差，致使这样的建筑材料无法适应和满足现代建筑的需要。以硅酸盐水泥为代表的现代建筑胶凝材料品种众多，强度极高，耐久性较好，但难与秸杆实现有效结合。究其原因，硅酸盐水泥属于强碱性物质(水泥浆液的pH达13.5)，中偏酸性的植物纤维在水泥浆碱性溶液中浸泡，会受到腐蚀，并伴有多种淬取物(糖类、纤维素)析出，这些淬取物对硅酸盐水泥具有很强的缓凝甚至阻凝作用。

秸杆作为一种再生资源，面广量大。全球每年有大约秸杆被焚烧，造成大量的能源、资源的浪费，环境遭受严重污染和破坏，对秸杆资源的开发与利用也已经成为一项迫切的任务。

Holmer S等人提出通过三种方法来改善秸杆水泥界面：(1)对秸杆表面进行镀膜处理来隔离碱性溶液。(2)加入硅粉，高压成型。(3)添加高炉矿渣或粉煤灰取代部分水泥降低水泥碱性。Eusebio DA等人指出采用加热的方法，加快水泥的凝结，可减秸杆纤维冷水浸出物对水泥的缓凝作用。Parviz S等人在水泥水化时，注入CO₂加速水泥水化产物Ca(OH)₂碳化，加快水泥水化，从而使水泥水化热迅速释放出来，可有利于秸杆纤维-水泥板的早期力学强度的提高。

李季、肖力光用外加剂浸渍秸杆纤维，对秸杆纤维表面进行了改性使其具有憎水性使秸秆表面形成一层包裹物，改善了水泥板材的力学性能，减少了对水泥水化有害物质的浸出，同时改善了含秸秆类板材吸湿变形的特点。

李国忠对含有钢渣的秸杆纤维增强水泥基复合材料研究了其基体结构和界面状况对材料性能的影响，同时采用10％酚醛树脂溶液对植物纤维进行表面处理后，树脂与秸杆粘结牢固，形成了坚固密实的界面结合层，有效地提高了复合材料的强度和耐水性。郭垂根等人研究早强硅酸盐水泥更适合进行稻草增强水泥基复合材料的生产，添CaCl₂可促进水泥的水化，使稻草与水泥粘结程度较好，起到了增强混凝土的作用。

综上所述，对于秸秆纤维与水泥胶凝材料结合的研究很多，但采用胶凝材料仍然是硅酸盐水泥为主，因此研究的重点大都集中在对秸秆纤维的处理上，使得研究成本大大提高同时也增加了工艺的复杂性，无法满足产业化的要求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足之处，提供一种改进的泡沫混凝土组分，，该泡沫混凝土具有耐水性好、容重低、强度高、导热系数小、干燥收缩率低度等特点。

为了实现上述目的，本发明提供一种泡沫混凝土，包括以下各组分：氧化镁35-50份，氯化镁15-20份，水16-24份，粉煤灰16-22份，磷酸0.8-1.4份，苯乙烯-丙烯酸酯乳液4.5-7份，NF高效减水剂0.5-0.8份，秸杆纤维1-5份。

在本发明提供的一个优选实施例中，其中所述粉煤灰的容重≤850kg/m³，粉煤灰0.045mm的筛筛余量≤10.0％。

在本发明提供的一个优选实施例中，其中所述磷酸的含量≥85％。

在本发明提供的一个优选实施例中，其中所述苯乙烯-丙烯酸酯乳液的固含量为45-50％，玻璃化温度50℃。

在本发明提供的一个优选实施例中，其中所述NF高效减水剂的固体成分≥98％，pH值为7-9。

在本发明上述提供的各优选实施例中，其中所述泡沫混凝土中还包括发泡剂，所述发泡剂的用量为500-800L/m³。

本发明另外一个目的在于提供制备上述沫混凝土的方法，包括以下顺序步骤：

步骤1，将氯化镁、磷酸溶于水中形成混合溶液。

步骤2，将氧化镁、粉煤灰和秸杆纤维均匀混合后加入步骤1中形成的混合溶液中，并充分搅拌形成均匀混合物。

步骤3，将苯乙烯-丙烯酸酯乳液和NF高效减水剂加入步骤2所形成的均匀混合物中，并均匀搅拌。

步骤4，将发泡后的发泡剂与步骤3所形成的混合物充分搅拌至形成均匀泡沫混凝土。

步骤5，将步骤4中搅拌均匀的泡沫混凝土浇注成型，初凝后脱模，在空气中养护至龄期。

在本发明提供的一个优选实施例中，其中所述氯化镁的波美度为Be25°-30°。

在本发明提供的一个优选实施例中，其中所述氧化镁的镁粉活性含量≥70.0％，氧化镁的细度为120目筛筛余量≤2％。

在本发明提供的一个优选实施例中，其中所述秸杆纤维的粒径0.5-2mm，其长宽比2-10。

在本发明提供的一个优选实施例中，其中步骤3和步骤4中均匀混合物均在100-130转/分搅拌速度下分别加入苯乙烯-丙烯酸酯乳液、减水剂和发泡剂。

在本发明提供的一个优选实施例中，其中所述方法中还包括步骤0，所述步骤0为将氯化镁溶于水中形成氯化镁溶液，在氯化镁溶液中加入石灰乳制取Mg(OH)₂，将得到的Mg(OH)₂进行加热分解成MgO。进一步优选的实施例中，其中所述石灰乳中Ca(OH)₂浓度为2-5％wt。进一步优选的实施例中，其中步骤0中氯化镁溶液中Mg²⁺浓度为0.5-1.0mol/L，在常温下以100-140转/分进行搅拌，石灰乳加料速度6-15ml/min，反应终点控制pH＝10.0。进一步优选的实施例中，其中所述Mg(OH)₂加热分解成MgO的温度为550-700℃，分解时间控制在3-5小时。

本发明提供的结合秸杆泡沫混凝土具有耐水性好、容重低、强度高、导热系数小、干燥收缩率低度等系列优点，具备建筑材料追求的一系列优秀的品质，适应和满足现代建筑的需要。此外，由于卤块、秸杆以及粉煤灰均为面广量大的再生资源，利用卤块和秸杆研制新型建筑墙体材料具有重要的学术和社会价值。

具体实施方式

本发明提供一种改进的泡沫混凝土组分以及制备该泡沫混凝土的方法。

以下通过实施例对本发明提供的技术作进一步详细说明，以便更好理解本发明创造的内容，但实施例的内容并不限制本发明创造的保护范围。

本发明提供的泡沫混凝土组分包括氧化镁35-50份，氯化镁15-20份，水16-24份，粉煤灰16-22份，磷酸0.8-1.4份，苯乙烯-丙烯酸酯乳液4.5-7份，NF高效减水剂0.5-0.8份，秸杆纤维1-5份。在上述泡沫混凝土组合物中需要加入相应数量的发泡剂，发泡剂的用量为500-800L/m³。其中，粉煤灰的容重≤850kg/m³，粉煤灰0.045mm的筛筛余量≤10.0％，磷酸的含量≥85％，苯乙烯-丙烯酸酯乳液的固含量为45-50％，玻璃化温度50℃，NF高效减水剂的固体成分≥98％，pH值为7-9。该复合改性剂对镁氯胶凝材料进行改性，使得泡沫混凝土的耐水性及早期强度均得到显著提高。软化系数达到0.90，浸水28天后抗压强度衰减极小，仍保持64.4Mpa的高水平。3天强度高出单掺磷酸21.2Mpa，接近掺20％粉煤灰的强度值，大大改变了磷酸改性早期强度低的缺陷，综合改性效果显著。在泡沫混凝土中加入稻草纤维入，显著的改善了混凝土的韧度，提高了压缩韧度指数，降低了干燥收缩率和变形，再适当加入发泡剂，使得MgO-MgCl₂-H₂O泡沫混凝土的干密度、导热系数较低度，隔热保温性能显著提高。

制备该泡沫混凝土的过程如下：首先，准备上述组分的各物质。将波美度为Be25°-30°的氯化镁溶于水中形成氯化镁溶液，在氯化镁溶液中加入石灰乳制取Mg(OH)₂，将得到的Mg(OH)₂进行加热分解成MgO。其中，在石灰乳中Ca(OH)₂浓度要控制在2-5％wt之间，氯化镁溶液中Mg²⁺浓度为0.5-1.0mol/L。加入石灰乳时需不停搅拌，搅拌速度在100-140转/分之间，石灰乳加料速度控制在6-15ml/min之间，反应终点控制pH＝10.0。反应的终点pH在10以下，保证热分解制得的氧化镁粉体具有较低的水化碱性，使得MgO-MgCl₂-H₂O系与秸秆纤维具有更相近的酸碱度，促进相互融合与结合。将Mg(OH)₂加热分解成MgO时的温度设定在550-700℃，分解时间控制在3-5小时。

将氯化镁、磷酸溶于水中形成混合溶液，氧化镁、粉煤灰和粒径为0.5-2mm、长宽比2-10的秸杆纤维均匀混合后加入之前形成的混合溶液中，并充分搅拌形成均匀混合物。氧化镁中的镁粉活性含量要求≥70.0％，氧化镁的细度为120目筛筛余量≤2％。

将苯乙烯-丙烯酸酯乳液和NF高效减水剂加入上一步骤种所形成的均匀混合物中，并以100-130转/分搅拌速度均匀搅拌。

将发泡后的发泡剂加入以100-130转/分搅拌速度搅拌的混合物中，搅拌至形成均匀泡沫混凝土为止。将泡沫混凝土浇注成型，初凝后脱模，在空气中养护1小时至龄期，后拆模在室温自然养护至护3小时和28小时。

控制秸秆纤维的形态、尺寸(粒径0.5-1.5mm，长宽比2-8)和掺量(2％)，显著的改善了试件的韧度，提高了压缩韧度指数，降低了干燥收缩率和变形，有效降低了MgO-MgCl₂-H₂O混凝土的干密度、导热系数，提高了材料的隔热保温性能。加入适量发泡剂(泡沫掺量500-700L/m³)制得的低碱结合秸杆泡沫石其容重达到420kg/m³、导热系数为0.0912、28天抗压强度为1.7Mpa、干燥收缩率仅为1043.3×10^-6。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种泡沫混凝土，其特征在，包括以下各组分：

氧化镁35-50份，氯化镁15-20份，水16-24份，粉煤灰16-22份，磷酸0.8-1.4份，苯乙烯-丙烯酸酯乳液4.5-7份，NF高效减水剂0.5-0.8份，秸杆纤维1-5份。

2.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，所述粉煤灰的容重≤850kg/m³，粉煤灰0.045mm的筛筛余量≤10.0％。

3.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述磷酸的含量≥85％。

4.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述苯乙烯-丙烯酸酯乳液的固含量为45-50％，玻璃化温度50℃。

5.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述NF高效减水剂的固体成分≥98％，pH值为7-9。

6.根据上述任意权利要求所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述泡沫混凝土中还包括发泡剂，所述发泡剂的用量为500-800L/m³。

7.一种制造如权利要求6所述泡沫混凝土的方法，其特征在于，包括以下顺序步骤：

步骤1，将氯化镁、磷酸溶于水中形成混合溶液；

步骤2，将氧化镁、粉煤灰和秸杆纤维均匀混合后加入步骤1中形成的混合溶液中，并充分搅拌形成均匀混合物；

步骤3，将苯乙烯-丙烯酸酯乳液和NF高效减水剂加入步骤2所形成的均匀混合物中，并均匀搅拌；

步骤4，将发泡后的发泡剂与步骤3所形成的混合物充分搅拌至形成均匀泡沫混凝土；

步骤5，将步骤4中搅拌均匀的泡沫混凝土浇注成型，初凝后脱模，在空气中养护至龄期。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述氯化镁的波美度为Be25°-30°。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述氧化镁的镁粉活性含量≥70.0％，氧化镁的细度为120目筛筛余量≤2％。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述秸杆纤维的粒径0.5-2mm，其长宽比2-10。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3和步骤4中均匀混合物均在100-130转/分搅拌速度下分别加入苯乙烯-丙烯酸酯乳液、减水剂和发泡剂。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法中还包括步骤0，所述步骤0为将氯化镁溶于水中形成氯化镁溶液，在氯化镁溶液中加入石灰乳制取Mg(OH)₂，将得到的Mg(OH)₂进行加热分解成MgO。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述石灰乳中Ca(OH)₂浓度为2-5％wt。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤0中氯化镁溶液中Mg²⁺浓度为0.5-1.0mol/L，在常温下以100-140转/分进行搅拌，石灰乳加料速度6-15ml/min，反应终点控制pH＝10.0。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述Mg(OH)₂加热分解成MgO的温度为550-700℃，分解时间控制在3-5小时。