CN103803899A

CN103803899A - 一种超低表观密度、抗开裂的水泥基材料及其制备方法

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Publication number: CN103803899A
Application number: CN201310714671.XA
Authority: CN
Inventors: 马一平; 刘静静; 郭建平; 杨晓杰; 郭玉刚; 范建熙
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明涉及一种超低表观密度、抗开裂的水泥基材料及其制备方法。先按重量份数量取水泥：有机纤维：植物纤维：早强剂：促凝剂，减水剂：水=500：0-3：0-3：1-14：45-70：1-1.5：150-325；然后搅拌得到浆体；然后将发泡剂和水按1:30～80混匀，发泡，掺入其中，浇筑成型，标准养护28d，检测超低表观密度抗开裂水泥基材料的表观密度为80kg/m³～150kg/m³，抗压强度为0.01MPa～0.161MPa，抗折强度为0.01MPa～0.072MPa，导热系数为0.0403W/(m·K)～0.061W/(m·K)；以及掺入纤维比不掺入的塑性和硬化阶段的抗收缩开裂分别提高83.93%-99.81%和49.69%-97.39%。本发明使用的纤维，明显抑制了泡沫混凝土的收缩开裂现象，价格低廉，配方简单，稳泡时间长，导热系数低，适用于外墙保温、屋面保温以及制作非承重墙体。

Description

一种超低表观密度、抗开裂的水泥基材料及其制备方法

技术领域

本发明一种超低表观密度、抗开裂的水泥基材料及其制备方法，具体是制备一种可代替易燃轻质聚苯板，既可用于外墙保温、屋面保温以及制作非承重墙体，又可解决水泥基材料易开裂、难修复等问题的表观密度为80kg/m³～150kg/m³的轻质水泥基材料的方法，属于建筑材料技术领域。

技术背景

水泥基材料是结构工程中用量最大的人造建筑材料。轻质水泥基材料一般用于高层建筑的内墙材料和其他非承重结构，主要发挥保温绝热作用，故对轻质水泥基材料的强度并没有过高的要求。实际工程应用中，轻质水泥基材料的密度等级一般是300-1200kg/m³，只有粘土砖的1/3-1/10。由于轻质水泥基材料密度小，将其应用于建筑物的内外墙体、层面、楼面和立柱等部位，可以使建筑物的自重降低25%左右。随着建筑物向高层、大跨方向发展，建筑材料的自重也越来越受到人们的关注。

由于轻质水泥基材料的表观密度还有进一步降低的空间，国内外相继展开了对超轻质水泥基材料的研究。秦璜等以硅酸盐水泥为主要原料，添加适宜的外加剂，制得密度290kg/m³，28d抗压强度可达1.1MPa的轻质水泥基材料。蔡娜等以粉煤灰0.4、水料比0.54、稳泡剂WH0.30%、发泡剂FP5.0%、碳酸锂0.34%和1.2%的聚丙烯纤维制备出容重279kg/m³、强度为0.51MPa的轻质水泥基材料。杨树新等以膨胀珍珠岩为轻集料，快硬水泥为胶结料，通过空压制泡法引入微小气泡，制成密度小于200kg/m³的超轻型水泥基材料芯材保温砌块。杨奉源等制备的191kg/m³EPS-FC强度可达0.42MPa。徐文等在研究降低外墙外保温用轻质水泥基板密度的试验中测得的最低密度为187kg/m³。北京广慧精研泡沫混凝土科技公司研究的作为机场跑道阻滞材料的水泥基材料，绝干密度为180-280kg/m³、抗压强度0.2-0.6MPa。扈士凯等研究了磨细矿渣、粉煤灰、膨润土等矿物掺合料对低容重水泥基材料基本性能的影响，测得含矿渣的最低密度为193kg/m³，含膨润土的最低密度为187kg/m³，含粉煤灰的最低密度为176kg/m³。中国建筑材料科学研究院研究的轻质水泥基材料，表观密度可低至150kg/m³。

水泥基材料的结构在基础、钢筋或内部相邻部分的约束下因水化反应而产生体积收缩，水泥基材料的收缩因受到约束会引起拉应力，由于其早龄期的抗拉强度不高，其收缩易引起开裂。至今为止其易开裂、难修复等问题依旧困扰着工程界，尤其是其早龄期开裂将对构筑物整个生命周期产生影响，严重限制了其在工程中的广泛应用。轻质水泥基材料由于疏松多孔，强度低，尤其易于收缩开裂，如何经济有效地解决其收缩开裂问题，是影响其实际应用的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于公开一种可代替易燃轻质聚苯板，既可用于外墙保温、屋面保温以及制作非承重墙体，又可解决水泥基材料易开裂、难修复等问题的表观密度为80kg/m³～150kg/m³的轻质水泥基材料的制备工艺。

为了达到上述目的，本发明经过长期对低表观密度80kg/m³的水泥基材料与收缩开裂权重值之间的关系研究，寻找相关材料来抑制轻质水泥基材料的收缩开裂程度。本发明采用物理发泡的方法，制备得到表观密度为80kg/m³～150kg/m³轻质水泥基材料，该方法低成本、低能耗，所得材料轻质、保温、隔热且具有良好施工性能。同时解决了用该材料做成的外墙保温、屋面保温以及制作非承重墙体易开裂、难修复等问题，即具有良好防裂性能。

具体方案是：

第一步，先按重量份数量取水泥：有机纤维：植物纤维：早强剂：促凝剂，减水剂：水=500：0-3：0-3：1-14：45-70：1-1.5：150-325；然后将水泥，有机纤维，植物纤维一起放入容器内，用搅拌器搅拌均匀待用；接着，将早强剂，促凝剂，减水剂与水，充分混合后倒入搅拌器中，搅拌均匀，得到浆体；

第二步，先按重量份数量取发泡剂：水=1：30-80，然后将发泡剂和水混合均匀，倒入发泡机中发泡，得到泡沫溶液，将泡沫溶液静置5-8min，得到泡沫；

第三步，将泡沫加入第一步的浆体中，泡沫的掺入体积量以湿容重达到135kg/m³-239kg/m³为准，搅拌均匀，得到超低表观密度抗开裂水泥基材料，浇筑成型，标准养护28d，检测超低表观密度抗开裂水泥基材料的表观密度为80kg/m³～150kg/m³，抗压强度为0.01MPa～0.161MPa，抗折强度为0.01MPa～0.072MPa，导热系数为0.0403W/(m·K)～0.061W/(m·K)；以及其塑性阶段和硬化阶段的抗收缩开裂能力：掺入纤维的塑性阶段抗收缩开裂比不掺入的提高83.93%-99.81%，硬化阶段抗收缩开裂能力提高49.69%-97.39%；

所述的水泥为强度等级为P·II52.5硅酸盐水泥；

有机纤维为单丝Y型，弹性模量≥3.5GPa，长度=3～18mm的聚丙烯纤维；

植物纤维为长度=3～10mm的木质素纤维；

早强剂为氯化钙，或碳酸锂；

促凝剂A为上海豪升化学有限公司生产的泡沫混凝土专用促凝剂；

促凝剂B为深圳诚功贸易有限责任PCS-2促凝剂；

减水剂为江苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸类高性能减水剂；

发泡剂为河南华泰建材开发有限公司生产的动植物复合发泡剂。

所述的标准养护是在脱模前保持湿度为95%以上。

本发明的优点如下：

1.本发明制备的超低表观密度抗开裂水泥基材料的表观密度可低至80kg/m³，配方简单，成本低，工作性能好，稳泡时间长，导热系数低，适用于外墙保温、屋面保温以及制作非承重墙体。

2.本发明选用了有机纤维和植物纤维对超低密度水泥基材料进行改性，明显抑制了超低表观密度水泥基材料的收缩开裂现象，扩大了超低表观密度水泥基材料的应用范围。

3.将本发明超低表观密度抗开裂水泥基材料浇筑成型，其抗压强度可达0.01MPa～0.161MPa，抗折强度0.01MPa～0.072MPa，导热系数为0.0403W/(m·K)～0.061W/(m·K)；掺入纤维的塑性阶段抗收缩开裂比不掺入的提高83.93%-99.81%，硬化阶段抗收缩开裂能力提高49.69%-97.39%；。

具体实施方式

实施例1

首先量取水泥500公斤，水150公斤，CaCl₂14公斤，聚丙烯纤维0，植物纤维0，促凝剂A70公斤，减水剂1.5公斤，然后将它们搅拌混匀，得到浆体。

再按重量份数量取发泡剂：水=1：80，然后将发泡剂和水混合均匀，倒入发泡机中发泡，得到泡沫溶液，将泡沫溶液静置5-8min，得到泡沫。

接着，将泡沫加入第一步的浆体中，泡沫的掺入体积量以湿容重达到239kg/m³为准，搅拌均匀，得到超低表观密度水泥基材料，浇筑成型，标准养护28d，脱模前保持湿度大于95%。检测超低表观密度水泥基材料的表观密度为150kg/m³，其抗压强度可达0.111MPa，抗折强度0.032MPa，导热系数为0.057W/(m·K)。因为没掺纤维，其塑性收缩开裂权重值测得为210.2cm（测试方法按JC/T951-2005进行，下同）、硬化收缩开裂权重值测得为18.3mm（测试方法按ZL2005101100050进行，下同）。

实施例2

先量取水泥500公斤，水150公斤，CaCl₂14公斤，聚丙烯纤维0，植物纤维0，促凝剂B70公斤，减水剂1公斤，充分混合搅拌均匀，得到浆体。

再按重量份数量取发泡剂：水=1:50，将发泡剂和水倒入发泡机中发泡，静置5-8min得到泡沫。将泡沫加入以上搅拌均匀的浆体中，再搅拌均匀，测得湿容重达到235kg/m³时停止加入泡沫并浇筑成型标准养护28d，脱模前保持湿度大于95%。

检测超低表观密度水泥基材料的表观密度为148kg/m³，其抗压强度可达0.15MPa，抗折强度0.044MPa，导热系数为0.05W/(m·K)。

作为对比例，在上述配比的基础上，掺入聚丙烯纤维2.6公斤，植物纤维1公斤，制得湿容重234kg/m³，表观密度为147kg/m³的超低表观密度水泥基材料，其抗压强度可达0.161MPa，抗折强度0.061MPa，导热系数为0.051W/(m·K)，掺入纤维的塑性阶段抗收缩开裂比不掺入的提高88.13%，硬化阶段抗开裂能力提高73.91%。

实施例3

先量取水泥500公斤，水150公斤，CaCl₂1公斤，聚丙烯纤维0，植物纤维0，促凝剂B45公斤，减水剂1公斤，充分混合搅拌均匀，得到浆体。

再按重量份数量取发泡剂：水=1:50，将发泡剂和水倒入发泡机中发泡，静置5-8min得到泡沫。将泡沫加入浆体中，再拌匀，测得湿容重达到187kg/m³时停止加入泡沫并浇筑成型标准养护28d，脱模前保持湿度大于95%。

检测超低表观密度水泥基材料的表观密度为120kg/m³，其抗压强度可达0.06MPa，抗折强度0.01MPa，导热系数为0.061W/(m·K)。

实施例4

量取水泥500公斤，水150公斤，CaCl₂14公斤，聚丙烯纤维0，植物纤维0，促凝剂B70公斤，减水剂1公斤，充分混合搅拌均匀得到浆体。再按重量份数量取发泡剂：水=1:50于发泡机中发泡，静置5-8min得到泡沫加入浆体中，拌匀，测得湿容重达到187kg/m³时停止加入泡沫并浇筑成型标准养护28d，脱模前保持湿度大于95%，制得表观密度为101kg/m³的超低表观密度水泥基材料，其抗压强度可达0.072MPa，抗折强度0.029MPa，导热系数为0.0418W/(m·K)。

作为对比例，在上述配比的基础上，掺入聚丙烯纤维2.6公斤，植物纤维3公斤，制得湿容重185kg/m³，表观密度为99kg/m³的超低表观密度水泥基材料，其抗压强度可达0.076MPa，抗折强度0.0419MPa，导热系数为0.042W/(m·K)。其塑性阶段抗开裂能力提高92.25%，硬化阶段抗开裂能力提高88.38%。

实施例5

量取水泥500公斤，水325公斤，CaCl₂14公斤，聚丙烯纤维0，植物纤维0，促凝剂B70公斤，减水剂1公斤，搅拌均匀得到浆体。再按重量份数量取发泡剂：水=1:30于发泡机中发泡，静置5-8min得到泡沫加入浆体中，拌匀，湿容重为160kg/m³时停止加入泡沫并浇筑成型标准养护28d，脱模前保持湿度大于95%，制成表观密度为90kg/m³的超低表观密度水泥基材料，其抗压强度可达0.034MPa，抗折强度0.01MPa，导热系数为0.051W/(m·K)。

实施例6

量取水泥500公斤，水150公斤，CaCl₂14公斤，聚丙烯纤维0，植物纤维0，促凝剂B70公斤，减水剂1公斤，充分混合搅拌均匀得到浆体。再按重量份数量取发泡剂：水=1:50于发泡机中发泡，静置5-8min得到泡沫加入浆体中，拌匀，湿容重为155kg/m³时停止加入泡沫并浇筑成型标准养护28d，脱模前保持湿度大于95%，制得表观密度为83kg/m³的超低表观密度水泥基材料，其抗压强度可达0.06MPa，抗折强度0.015MPa，导热系数为0.0403W/(m·K)。

作为对比例，在上述配比的基础上，掺入聚丙烯纤维3公斤，植物纤维1公斤，制得湿容重157kg/m³，表观密度为80kg/m³的超低表观密度水泥基材料，其抗压强度可达0.0387MPa，导热系数为0.0404W/(m·K)。其塑性阶段抗开裂能力提高96.97%，硬化阶段抗开裂能力提高97.39%。

Claims

1.一种超低表观密度、抗开裂的水泥基材料的制备方法，其特征是：

第三步，将泡沫加入第一步的浆体中，泡沫的掺入体积量以湿容重达到135kg/m³-239kg/m³为准，搅拌均匀，得到超低表观密度抗开裂水泥基材料，浇筑成型，标准养护28d，检测超低表观密度抗开裂水泥基材料的表观密度为80kg/m³～150kg/m³，抗压强度为0.01MPa～0.161MPa，抗折强度为0.01MPa～0.072MPa，导热系数为0.0403W/(m·K)～0.061W/(m·K)；以及其塑性阶段和硬化阶段的抗收缩开裂能力：掺入纤维比不掺入的塑性阶段抗收缩开裂提高83.93%-99.81%，硬化阶段抗收缩开裂能力提高49.69%-97.39%；

所述的水泥为强度等级为P·II52.5硅酸盐水泥；

植物纤维为长度=3～10mm的木质素纤维；

早强剂为氯化钙，或碳酸锂；

促凝剂B为深圳诚功贸易有限责任公司生产的PCS-2促凝剂；

2.根据权利要求1所述的一种超低表观密度、抗开裂水泥基材料及其制备方法，其特征是：所述的标准养护是在脱模前保持湿度为95%以上。

3.一种权利要求1方法得到的超低表观密度、抗开裂的水泥基材料。