CN105439615A

CN105439615A - 泡沫混凝土

Info

Publication number: CN105439615A
Application number: CN201510823417.2A
Authority: CN
Inventors: 吴永超; 谢玲丽
Original assignee: Beijing Minjia New Building Materials Co Ltd
Current assignee: Beijing Minjia New Building Materials Co Ltd
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2016-03-30

Abstract

本发明公开了一种泡沫混凝土，以质量份数计，其原料配方组成为：水泥210～300份；减水剂1.0～1.5份；早强剂5.1～5.5份；促凝剂2.1～2.9份；纤维1.7～3.4份；化学发泡剂12～20份；超细矿渣粉0～90份；水100～160份；所述超细矿渣粉是由尺寸小于15μm的铝硅酸盐玻璃体颗粒构成，其比表面积为450～500m²·kg^-1。本发明的目的在于解决泡沫混凝土在保持低密度的前提下提高其抗压强度的问题。

Description

泡沫混凝土

技术领域

本发明及一种建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种泡沫混凝土。

背景技术

泡沫混凝土是用物理方法将泡沫剂水溶液制成泡沫，再将泡沫加入到由水泥、骨料、掺合料、外加剂和水等制成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、自然或蒸汽养护制成的多孔混凝土。其中含有大量封闭空隙，因而表现出良好的物理学性能和使用功能，例如轻质、保温、隔热、防潮、隔声等。泡沫混凝土在墙体屋面保温隔热工程、轻质混凝土构件与制品、建筑物地暖系统、大型隧道、高等级公路和地铁回填工程、建筑物轻质垫层、吸隔声屏障等具有巨大的市场需求和广阔的推广前景。

然而，泡沫混凝土的多孔性和低密度在赋予其轻质、保温、隔声的同时也使其表现出低的抗压强度。因此，如何在保持低密度的前提下最大限度地保持泡沫混凝土的强度成为低密度泡沫混凝土制备的关键技术之一。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种泡沫混凝土，解决了在保持低密度的前提下提高其抗压强度的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种泡沫混凝土，其特征在于：以质量份数计，其原料配方组成为：

水泥210～300份；

减水剂1.0～1.5份；

早强剂5.1～5.5份；

促凝剂2.1～2.9份；

纤维1.7～3.4份；

化学发泡剂12～20份；

超细矿渣粉0～90份；

水100～160份；

所述超细矿渣粉是由尺寸小于15μm的铝硅酸盐玻璃体颗粒构成，其比表面积为450～500m²·kg^-1。

本发明采用水泥作为无机胶凝材料，水泥原料丰富且价格低廉，具有良好的可塑性和耐久性，有利于保护环境。

本发明采用尺寸小于15μm且比表面积为450～500m²·kg^-1的超细矿渣粉作为掺加料，在混凝土中加入超细矿渣粉时，可使混凝土的泌水性减少、可塑性好、水热化减少，这有利于防止混凝土内部温升引起的裂缝，而且能产生较多的钙矾石微晶，使混凝土中的孔结构得到改善，对混凝土因细粉过多而引起的收缩起补偿作用。另外，超细粉煤灰中含有SiO₂、Al₂O₃等活性成分，其能与硅酸盐水泥发生反应，有利于吸收Ca(OH)₂，具有抗碱性能，还能改善水泥浆体的界面结构。

本发明采用水和水泥结合的胶结料，胶结料具有与施工条件相适应的和易性和其他性能。本发明的水，采用饮用水或其他符合《混凝土用水标准》(JGJ63-2006)的规定的水，这种水能够达到建筑标准，使用安全。

本发明采用纤维作为掺加料，水泥混凝土在硬化过程中，由于水泥和水的水化物反应，引起混凝土体积的收缩，在后期又由于混凝土内自由水分蒸发引起干缩，这些收缩应力超出水泥基体的抗拉强度就会在混凝土内部产生微裂缝。微裂缝发展约70％是在3～7d凝胶期内完成，此时混凝土的抗拉强度小于1MPa。在混凝土中纤维后，纤维能轻易迅速均匀分散在混凝土中形成一种乱向支撑体系，分散了混凝土的定向应力，阻止混凝土中原生裂缝的发生和发展，消除或减少原生微裂缝的数量和尺度，大大提高了混凝土防裂抗渗能力，改善混凝土韧性，从而延长混凝土的使用寿命。另外由于纤维本身具有一定的强度，纤维均匀分散在混凝土中并形成的锚固作用，其在瞬间可吸收一定的破坏能量。

本发明采用减水剂作为外加剂，在水灰比不变的情况下，混凝土塌落度可增大100～200mm，明显提高混凝土的流动性；在保持流动性及水泥用量不变的情况下，可减少拌合水量10％～20％，从而降低了水灰比，使混凝土的强度提高15％～20％，特别是早期强度提高更为显著；可以在减少拌合水量的同时，相应减少水泥用量，可节约水泥用量10％～15％；使混凝土的密实度提高，透水性降低，从而可提高抗渗、抗冻、抗化学腐蚀及防锈蚀能力。

本发明采用早强剂作为外加剂，可以加速水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展，并且对后期强度无显著影响；在保持相同强度下，可节约水泥。

本发明采用促凝剂作为外加剂，可以让混凝土在短时间内凝结、硬化、可有效保证施工要求。

本发明采用化学发泡剂作为外加剂，能使砂浆分散均匀，同时使砂浆内部产生大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，能够提高砂浆的抗冻性，提高建筑强度；微小气泡能在水泥水化矿物表面形成疏水膜，能降低毛细管抽吸效应，可以提高抗渗性。

按配方量得到的泡沫混凝土，解决了在保持低密度的前提下提高其抗压强度的问题。

作为优选，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；所述水为供饮用的水。

本发明的水泥，优选为根据国家标准GB175-2007《通用硅酸盐水泥》划分的42.5级硅酸盐水泥，其代表试件28d的抗压强度标准值的最小值为42.5MPa的硅酸盐水泥。其强度高，耐磨性好，原料易得，其和本方案的配合性好；本发明的水，优选为供饮用的水，质量可控，符合建筑标准，可直接使用。

作为优选，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

本发明的减水剂，优选为聚羧酸高效减水剂，其性能稳定易控制，且其综合效果更好。

作为优选，所述纤维为聚丙烯纤维，长度为8～12mm。

本发明的纤维，优选为长度为8～12mm的聚丙烯纤维，其是一种专用于混凝土的高性能纤维，能有效地控制混凝土塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂纹，防止及抑制混凝土原生裂缝的形成和发展，大大改善混凝土的防裂抗渗性能、抗冲磨性能，增加混凝土的韧性，从而提高混凝土的使用寿命。

作为优选，所述发泡剂为过氧化氢。

本发明的发泡剂，优选为过氧化氢，其不仅可以放出氧气，而且分解出的水对混凝土本身的性能没有影响，对环境也没有影响。

作为优选，所述早强剂为氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、乙酸钠、硝酸钠、碳酸锂、三乙醇胺、明矾、酒石酸中的至少一种。

氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、乙酸钠、硝酸钠、碳酸锂、三乙醇胺、明矾、酒石酸加速水泥水化速度的能力均较强，促进混凝土早期强度的发展，并且对后期强度无显著影响；同时材料易得，成本低，具有工业化价值。

作为优选，所述促凝剂为氯化镁、氯化钙、硫酸钙、硅酸钠、聚丙烯酰胺、活性硅灰中的至少一种。

氯化镁、氯化钙、硫酸钙、硅酸钠、聚丙烯酰胺、活性硅灰对混凝土在短时间内凝结、硬化的能力均较强；同时材料易得，成本低，具有工业化价值。

作为优选，其原料配方中还包括稳泡剂。

本发明还可以加入稳泡剂作为外加剂，由于在加气混凝土生产中，容易在静养料浆发气时出现塌模现象，气泡的支撑能力难以达到.因此需要借助外部力量加以维护，通常加入稳泡剂来增加气泡壁的韧性，确保气泡的耐压能力，尽量减少坯体的损坏。

作为优选，所述稳泡剂为羧甲基纤维素钠。

羧甲基纤维素钠为泡沫稳泡剂是增粘性稳泡剂，主要是通过提高液相粘度来减缓泡沫的排液速率，提高泡沫的稳定性，因而可以明显延长泡沫的半衰期。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：该泡沫混凝土中加入了超细矿渣粉，超细矿渣粉是由尺寸小于15μm的铝硅酸盐玻璃体颗粒构成，一方面，当水泥水化释放的氢氧化钙以及水泥体系中其它碱性物质与其相遇时即可发生火山灰反应，形成额外的水化硅酸钙凝胶。这些水化硅酸钙凝胶填充于硬化水泥浆体的微空隙中，从而使泡沫混凝土整体强度性能获得改善；另一方面，由于超细矿渣粉是细微玻璃体，其表面光滑，尤其是在水泥水化初期基本上不参与化学反应，而是在料浆中填充间隙，从而起到降低摩擦阻力的作用，有效地改善了水泥浆料的合易性(包括流动性、黏聚性、保水性等)。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。

实施例中用到的所有原料和溶剂均来自市售。水泥由江西银杉白水泥有限公司提供，其出厂标准为P.042.5，水泥的各项物理标准和化学组分均符合国家标准；超细矿渣粉由山东盈安环保材料科技有限公司提供，其化学组分见表1；聚丙烯纤维由北京德立昌科技有限公司提供；聚羧酸高效减水剂由寿光市丰泰化工有限公司提供；过氧化氢、氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、乙酸钠、硝酸钠、碳酸锂、三乙醇胺、明矾、酒石酸、氯化镁、氯化钙、硫酸钙、硅酸钠、聚丙烯酰胺，均采用由北京东方万维化工有限公司提供的分析纯或工业纯；活性硅灰由苏州尊越新材料科技有限公司提供，羧甲基纤维素钠由山东潍坊力特复合材料有限公司提供。

表1超细矿渣粉的化学组成％

CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	SO₃	TiO₂
							35.85	30.81	17.13	0.44	11.54	2.87	0.87

对比例：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥300g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉0g、水156g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、氯化钠5.4g、氯化钙2.4g搅拌，最后加入化学发泡剂16g搅拌均匀，得到参照样。

实施例1：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥285g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉15g、水153g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、氯化钠5.1g、氯化钙2.1g搅拌，最后加入过氧化氢16g搅拌均匀，得到实验样一。

实施例2：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥270g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉30g、水150g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、氯化钠5.1g、氯化钙2.1g搅拌，最后加入过氧化氢16g搅拌均匀，得到实验样二。

实施例3：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥255g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉45g、水147g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、硫酸钠5.3g、硫酸钙2.3g搅拌，最后加入过氧化氢16g搅拌均匀，得到实验样三。

实施例4：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥240g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉60g、水144g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、三乙醇胺5.4g、聚丙烯酰胺2.6g搅拌，最后加入过氧化氢16g搅拌均匀，得到实验样四。

实施例5：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥225g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉75g、水141g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、明矾5.4g、活性硅灰2.9g搅拌，最后加入过氧化氢16g搅拌均匀，得到实验样五。

实施例6：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥210g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉90g、水138g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、酒石酸5.5g、活性硅灰2.9g搅拌，最后加入过氧化氢16g搅拌均匀，得到实验样六。

通过对上述对比实施例及实施例1～7制成的泡沫混凝土进行抗压强度检测，按照GB/T5486-2008进行检测，取边长为100mm的立方体试件，置于标准养护箱内养护至规定龄期。先测量试样的尺寸，精确至1mm，并计算试件的受压面积，再采用液压式万能试验机以10±1mm/min的速度连续均匀地对试样进行加荷，直至破坏，记录破坏荷载，精确至10N。泡沫混凝土的抗压强度按f_cc＝F/A计算，式中：f_cc为泡沫混凝土立方体试件抗压强度，MPa；F为试件破坏荷载，N；A为试件受压面积，mm²。

将3个试件作为一个抗压强度试验小组，将抗压强度检测值精确至0.1MPa。抗压强度值可以通过以下三种方式进行选择：(1)待3组检测值测出后，当出现最大值或着是最小值其中的一个值，和中间强度的差值相比较，超出其差值的15％，就应该取中间值当作这个小组试件检测抗压强度值；(2)同样参考上述检测计算方法，如果测得的最大值、最小值都处于中间值的15％的范围内，则取该小组的3个试件的算术平均值，当作这个小组检测抗压强度值；(3)一旦3个数据的最大值、最小值都处于中间值的15％的范围外，该组实验数据不可使用，应重新考虑制作试件并进行检测。

通过对上述对比实施例及实施例1～7制成的泡沫混凝土进行干密度检测，按照GB/T5486-2008《无机硬质绝热实验方法》，取边长为100mm、养护龄期为28d的立方试样，置入电热鼓风干燥箱内，缓慢升温至110±5℃，烘干至恒定质量，然后移至干燥器中冷却至室温。恒定质量的判定依据为恒温3h，2次称量试件质量的变化率小于0.2％。称量试件自然状态下的质量，保留5位有效数字，计算样品的干密度。

通过对上述对比实施例及实施例1～7制成的泡沫混凝土进行导热系数检测，按照GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》，利用DB11-111导热系数测试仪进行检测。试件为边长200mm、厚度20mm的正方形板块，在试件到达预定养护龄期3d前，将试件放入电热鼓风干燥箱中，放入干燥器中冷却至室温，进行导热系数的检测，检测结果如表2所示。

表2泡沫混凝土的性能

由此可见，在一定范围内随着超精细矿渣粉掺加量增加，泡沫混凝土的抗压强度提高，尤其是实施例4的抗压强度达到了43.5Mpa。这是首先是因为超细矿渣粉有较高的潜在水硬活性，其次因为超细矿渣粉的颗粒尺寸产生空隙填充作用和料浆流动性改善。

此外，在其原料配方中还可以加入稳泡剂。泡沫稳定剂按照作用方式可分为两类：第一类引起溶液粘度的增加幅度较小，这类稳泡剂作为一种活性物质加入起泡液中，通过协同作用增强表面吸附分子间的相互作用，使表面吸附膜强度增大，提高薄膜的质量，增加薄膜的弹性，减小泡沫的透气性，从而提高泡沫的稳定性；第二类稳泡剂是增粘性稳泡剂，主要是通过提高液相粘度来减缓泡沫的排液速率，提高泡沫的稳定性，因而可以明显延长泡沫的半衰期。本发明主要研究了增粘性稳泡剂的稳泡作用，因此选择了羧甲基纤维素钠作为稳泡剂，研究了稳泡剂对泡沫性能的影响见表3。

稳泡剂对泡沫性能的检测方法：(1)将100mL质量浓度为30％的过氧化氢溶液或/和质量浓度为0.05％的羧甲基纤维素钠溶液倒入MRM-RI型罗氏泡沫仪量筒内；(2)打开恒温水浴，让水在夹套量筒环空循环，使环空温度达到指定实验温度70℃；(3)打开D07-11气体质量流量控制器和D08-8C流量显示仪电源，预热15min，待零点稳定后通气，设定控制流量后开始工作；(4)改变通气量(即气液比)，读取发泡体积V_f、泡沫半衰期t_1/2，计算泡沫综合指数FCI。

表3稳泡剂对泡沫性能的影响

加入稳泡剂羧甲基纤维素钠后，泡沫的发泡高度稍微降低，但是半衰期明显增加，因此综合指数增加。这是由于在发泡剂配制液中加入羧甲基纤维素钠后，使得泡膜表面粘度增大，膜的强度增加，泡膜内液体流失速度变慢，气体透过性降低，故可使泡沫寿命显著延长，稳定性提高。从检测过程中观察到，未加稳泡剂时，产生的泡沫表层松散，单个泡沫体积较大，较易破灭；加入稳泡剂后，泡沫表层致密，单个泡沫体积均匀细小，泡沫较难破灭。

本发明选择在实施例4的泡沫混凝土的制备过程中加入稳泡剂羧甲基纤维素钠进行检测。

实施例7：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥240g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉60g、水144g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、三乙醇胺5.4g、聚丙烯酰胺2.6g搅拌，最后加入过氧化氢16g和羧甲基纤维素钠0.16g的混合物，搅拌均匀，得到实验样七。

实施例8：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥240g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉60g、水144g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、三乙醇胺5.4g、聚丙烯酰胺2.6g搅拌，最后加入过氧化氢16g和羧甲基纤维素钠0.32g的混合物，搅拌均匀，得到实验样八。

实施例9：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥240g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉60g、水144g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、三乙醇胺5.4g、聚丙烯酰胺2.6g搅拌，最后加入过氧化氢16g和羧甲基纤维素钠0.80g的混合物，搅拌均匀，得到实验样九。

实施例10：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥240g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉60g、水144g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、三乙醇胺5.4g、聚丙烯酰胺2.6g搅拌，最后加入过氧化氢16g和羧甲基纤维素钠1.6g的混合物，搅拌均匀，得到实验样十。

实施例11：

在搅拌站中首先加入质量份数的水泥240g、聚丙烯纤维1.8g、超细矿渣粉60g、水144g搅拌，再加入聚羧酸高效减水剂1.2g、三乙醇胺5.4g、聚丙烯酰胺2.6g搅拌，最后加入过氧化氢16g和羧甲基纤维素钠8g的混合物，搅拌均匀，得到实验样十一。

根据稳泡剂的不同掺量，实验过程中泡沫质量、浆体稠度、气孔分布的情况见表4。

表4泡沫质量、浆体稠度、气孔分布的情况

情况	泡沫质量	浆体稠度	气孔分布
				实施例4	破灭严重	偏稀	很不均匀
实施例7	破灭较快	稠度增加	不均匀
				实施例8	破灭减缓	稠度增加	较均匀
实施例9	破灭较慢	粘稠流动	均匀
				实施例10	破灭很慢	偏稠	较均匀
实施例11	破灭很慢	很稠	不均匀

以上实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种泡沫混凝土，其特征在于：以质量份数计，其原料配方组成为：

水泥210～300份；

减水剂1.0～1.5份；

早强剂5.1～5.5份；

促凝剂2.1～2.9份；

纤维1.7～3.4份；

化学发泡剂12～20份；

超细矿渣粉0～90份；

水100～160份；

2.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥。

3.根据权利要求2所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

4.根据权利要求3所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述纤维为聚丙烯纤维，长度为8～12mm。

5.根据权利要求4所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述发泡剂为过氧化氢。

6.根据权利要求1-5任一项所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述早强剂为氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、乙酸钠、硝酸钠、碳酸锂、三乙醇胺、明矾、酒石酸中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述促凝剂为氯化镁、氯化钙、硫酸钙、硅酸钠、聚丙烯酰胺、活性硅灰中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于：其原料配方中还包括稳泡剂。

9.根据权利要求8所述的泡沫混凝土，其特征在于：所述稳泡剂为羧甲基纤维素钠。