CN105541374A - 粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土及其组合物和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土组合物，使用该组合物制备粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土的方法，以及通过该方法制备得到的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土。本发明的组合物含有粉煤灰、发泡剂、水玻璃、铝粉和水，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述发泡剂的用量为0.46-2.34g，所述水玻璃的用量为30-70g，所述铝粉的用量为0.1-0.9g，所述水的用量为18.8-93.7g。通过使用本发明的组合物得到的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土具有较低的干密度和导热系数。

Description

粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土及其组合物和制备方法

技术领域

本发明涉及一种粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土组合物，使用该组合物制备粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土的方法，以及通过该方法得到的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土。

背景技术

随着我国墙体材料改革与建筑节能政策的推行，节能型建筑材料的开发和应用受到广泛的重视，国内大力发展节能、利废、保温、轻质、隔热等新型材料。其中，泡沫混凝土砌块在非承重墙体材料中，占有重要的地位。

泡沫混凝土有质轻、隔热保温、隔音耐火、抗震性能好等诸多优点。现阶段，国内外对泡沫混凝土的研究主要集中在以硅酸盐水泥为凝胶材料的体系，但是所用凝胶材料能耗高，污染大，硅酸盐水泥在生产过程中产生大量的粉尘，烟尘以及二氧化碳、二氧化硫等造成大气污染和温室效应的废气，环境污染极为严重，急需要开发出新型的无机胶凝材料取代水泥。

粉煤灰是火力电厂排除的工业废弃物，其排放量随着经济的快速发展而不断增加，2013年我国粉煤灰的排放量将近4.2吨，而利用率仅为67％左右，不但占用大量土地，而且还对空气、地下水产生恶劣影响。以粉煤灰制备的地聚合物是一类新型高性能无机聚合物材料。粉煤灰基地聚物是新型的无机胶凝材料，可取代水泥。由于其特殊的硅氧四面体和铝氧四面体随机分布的三维网络结构，使得地聚合物材料与有机高分子材料、水泥、陶瓷相比有更好的机械强度和耐热性能。

在目前的保温、轻质、隔热的建筑材料里，通常采用物理法或化学法发泡制备泡沫混凝土材料。然而，化学法发泡的过程不容易控制，特别是铝粉发泡，容易造成塌模现象，从而影响泡沫混凝土的产品合格率。此外，物理法发泡是通过机械方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种多孔材料。但是，通过上述发泡法很难获得低干密度、低导热系数的材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种以粉煤灰为主要原料的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土及其组合物和制备方法，该粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土具有较低的干密度和导热系数。

本发明的发明人经过了深入的研究发现，通过结合物理发泡和化学发泡的方法，能够意外地制备出具有较低的干密度和导热系数的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土，且该粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土还具有较高的抗压强度，从而完成了本发明。

通过结合物理发泡和化学发泡的方法，能够制备出具有较低的干密度和导热系数的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土原因推测为：浆料中的物理泡沫在降低粉煤灰基地质聚合物的密度的同时，还可以有效防止铝粉反应释放出大量氢气的溢出，使其基体中形成更多的致密闭孔结构。

也即，本发明提供一种粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土组合物，该组合物含有粉煤灰、发泡剂、水玻璃、铝粉和水，且组合物的各成分独立保存，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述发泡剂的用量为0.46-2.34g，所述水玻璃的用量为30-70g，所述铝粉的用量为0.1-0.9g，所述水的用量为18.8-93.7g。

本发明还提供一种粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土的制备方法，其中，该方法包括以下步骤，

1)将水玻璃与粉煤灰进行混合后得到混合物，再将得到的混合物与铝粉进行混合得到浆料A，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述水玻璃的用量为30-70g，所述铝粉的用量为0.1-0.9g；

2)将发泡剂和水混合得到泡沫B；

3)将所述泡沫B与所述浆料A混合均匀后入模，并进行养护处理，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述泡沫B的用量为70-384ml。

本发明还提供了一种通过上述方法制备得到的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土。

根据本发明的得到的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土具有较低的干密度和导热系数，且具有较高的抗压强度。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土组合物含有粉煤灰、发泡剂、水玻璃、铝粉和水，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述发泡剂的用量为0.46-2.34g，所述水玻璃的用量为30-70g，所述铝粉的用量为0.1-0.9g，所述水的用量为18.8-93.7g。

优选地，相对于100g的所述粉煤灰，所述发泡剂的用量为0.46-1.4g，所述水玻璃的用量为40-55g，所述铝粉的用量为0.2-0.8g，所述水的用量为18.8-56.1g；

更优选地，相对于100g的所述粉煤灰，所述发泡剂的用量为0.7-1.4g，所述水玻璃的用量为45-55g，所述铝粉的用量为0.6-0.8g，所述水的用量为37.6-56.1g。

更进一步优选地，所述发泡剂和所述水的重量比为1：30-50，更进一步优选地，所述发泡剂和所述水的重量比为1：35-45。

在本发明中，使用上述组合物制备粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土的方法为后述的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土的制备方法。另外，在进行制备粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土之前，优选将组合物中的各成分独立保存。

在本发明中，对所述发泡剂没有特别的限定，可以为本领域常规用于物理发泡的各种发泡剂。作为这样的发泡剂可以举出动物蛋白发泡剂、松香发泡剂、植物蛋白发泡剂和复合型发泡剂中的一种或多种。

根据本发明，所述水玻璃的模数为1-2，优选为1.2-1.8，更优选为1.3-1.5。作为这样的水玻璃可以通过商购获得，或者通过将商购的模数高度水玻璃调制而成。作为调制的方法，例如可以通过将模数高水玻璃用水和NaOH配置成所设定的模数和浓度。所述配置的方法为本领域所公知，在此不再详述。另外，优选将配置得到的水玻璃在使用前陈化12-24小时。

优选地，所述水玻璃的固含量为34-46重量％，更优选为35-40重量％。

在本发明中，所述粉煤灰可以为火电厂产生的一级和/或二级粉煤灰，其主要含有30-65重量％的SiO₂和14.6-41重量％的Al₂O₃。优选地，所述粉煤灰的烧失量为1-5重量％，更优选为1-4重量％。

在本发明中，对于所述铝粉没有特别的限定，所述铝粉可以通过商购获得。优选地，所述铝粉的粒径可以为10-30um。

上面详细描述了本发明的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土组合物的成分和组成，下面对使用本发明的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土组合物制备粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土的方法进行说明。

本发明提供的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土的制备方法包括以下步骤，

1)将水玻璃与粉煤灰进行混合后得到混合物，再将得到的混合物与铝粉进行混合得到浆料A，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述水玻璃的用量为30-70g，所述铝粉的用量为0.1-0.9g；

2)将发泡剂和水混合得到泡沫B；

3)将所述泡沫B与所述浆料A混合均匀后入模，并进行养护处理，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述泡沫B的用量为70-384ml。

根据本发明，为了在保证较高的抗压强度的条件下，进一步降低得到的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土的干密度和导热系数，优选的情况下，步骤1)中，相对于100g的所述粉煤灰，所述水玻璃的用量为40-55g，所述铝粉的用量为0.2-0.8g；更优选地，相对于100g的所述粉煤灰，所述水玻璃的用量为45-55g，所述铝粉的用量为0.6-0.8g。

根据本发明，所述水玻璃的模数为1-2，优选为1.2-1.8，更优选为1.3-1.5。作为这样的水玻璃可以通过商购获得，或者通过将商购的模数高度水玻璃调制而成。作为调制的方法，例如可以通过将模数高水玻璃用水和NaOH配置成所设定的模数和浓度。所述配置的方法为本领域所公知，在此不再详述。另外，优选将配置得到的水玻璃在使用前陈化12-24小时。

优选地，所述水玻璃的固含量为34-46重量％，更优选为35-40重量％。

在本发明中，所述粉煤灰可以为火电厂产生的一级和/或二级粉煤灰，其主要含有30-65重量％的SiO₂和14.6-41重量％的Al₂O₃。优选地，所述粉煤灰的烧失量为1-5重量％，更优选为1-4重量％。

根据本发明，将水玻璃与粉煤灰进行混合的条件没有特别的限定，只要能够将水玻璃和粉煤灰均匀混合即可。例如可以将水玻璃加入到粉煤灰中，利用行星式砂浆搅拌机先在55-65rpm/min的速度下搅拌0.5-1.5分钟，再在115-135rpm/min的速度下搅拌4-6分钟。混合的温度没有特别的限定，可以为室温(例如为15-35℃)。

在本发明中，进一步将上述水玻璃与粉煤灰的混合物与铝粉进行混合得到浆料A。优选的情况下，所述混合的条件包括：混合的温度为15-35℃，混合的时间为0.5-5min，优选为0.5-2min。

在本发明中，对于所述铝粉没有特别的限定，所述铝粉可以通过商购获得。优选地，所述铝粉的粒径可以为10-30um。

在本发明的步骤2)中，通过将发泡剂和水混合来得到泡沫B。优选该混合在搅拌下进行，对于所述搅拌只要能够得到细密稳定的气泡即可，没有特别的限定。优选的情况下，先在200-600rpm/min的速度下搅拌2-3分钟，再在2500-4000rpm/min的速度下搅拌6-7分钟。搅拌的温度没有特别的限定，可以为室温(例如为15-35℃)。

在本发明中，对所述发泡剂没有特别的限定，可以为本领域常规用于物理发泡的各种发泡剂。作为这样的发泡剂可以举出动物蛋白发泡剂、松香发泡剂、植物蛋白发泡剂和复合型发泡剂中的一种或多种。

根据本发明，所述发泡剂和水的用量没有特别的限定，只要能够得到细密稳定的气泡B即可。优选地，相对于100g的所述粉煤灰，所述发泡剂的用量为0.46-2.34g，所述水的用量为18.8-93.7g；更优选地，相对于100g的所述粉煤灰，所述发泡剂的用量为0.46-1.4g，所述水的用量为18.8-56.1g；进一步优选地，相对于100g的所述粉煤灰，所述发泡剂的用量为0.7-1.4g，所述水的用量为37.6-56.1g。

在本发明中，所述发泡剂和所述水的重量比优选为1：30-50，更优选为1：35-45。

在本发明中，所述泡沫B与所述浆料A的制备顺序没有特别的限定，可以先制备所述泡沫B再制备所述浆料A，也可以先制备所述浆料A再制备所述泡沫B，还可以同时制备所述泡沫B与所述浆料A。优选同时制备所述泡沫B与所述浆料A。

根据本发明，在制备完所述泡沫B与所述浆料A后，通过将所述泡沫B与所述浆料A混合均匀后入模，并进行养护处理，来得到所述粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土。所述养护处理可以按照本领域常规的方法进行，例如可以在温度为18-22℃、相对湿度为100％下养护7-8小时脱模后，继续养护7-14天。

根据本发明，为了在保证较高的抗压强度的条件下，进一步降低得到的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土的干密度和导热系数，优选的情况下，步骤3)中，相对于100g的所述粉煤灰，所述泡沫B的用量为75-230ml。

此外，本发明还提供一种通过上述方法得到的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土。

本发明的粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土具有较低的干密度和导热系数，且具有较高的抗压强度。

下面通过实施例对本发明进行详细的说明，但本发明并不仅限于下述实施例。

以下的实施例、对比例和测定方法中：

所用搅拌器为JJ-5型水泥胶沙搅拌机，符合JC-T729-2005标准，购自无锡建仪仪器机械有限公司；

水泥标准固化养护箱型号为HBY-40A，购自无锡建仪仪器机械有限公司；

抗压强度测试仪型号为TYE-300D，购自无锡建仪仪器机械有限公司；

导热系数测定仪型号为IMDRY3001-X，购自天津英贝尔科技发展有限公司；

粉煤灰为火电厂产生的一级粉煤灰，其主要成分为44.85重量％的SiO₂、31.91重量％的Al₂O₃，其烧失量为1重量％；

铝粉为市售产品(成都市科龙化工试剂厂)，规格为LR；

水玻璃为工业产品(南京源缘达工贸有限公司)，模数为3.2，固含量37.5重量％；通过添加NaOH和水配置成模数为1.4，固含量为36.7重量％；

发泡剂为FP-180动物蛋白发泡剂(山东临沂科泰建筑新技术应用有限公司)。

干密度测试：取试件一组3块，尺寸为40mm×40mm×40mm，应逐块量取长、宽、厚三个方向的轴线尺寸，并应精确至1mm，计算试件的体积V。应将标准养护室养护28d的三块试件放在温度为80℃±2℃干燥箱内烘干至恒质量(M0)。当试件冷却至室温后，应称取试件烘干质量M0，精确至1g。

干密度应按下式计算：

$r_0=\frac{M_0}{V}\×{10}^6$

式中：r0：干密度(kg/m³)，M0：试件烘干质量(g)，V：试件的体积(mm³)。

该组试件的干密度值应为3块试件干密度的平均值，精确至1kg/m³。

抗压强度测试：成型条件为室温且相对湿度为(50±10)％。成型之后，将样品转移至水泥标准养护箱中，在标准养护条件(20±2℃，相对湿度100％)下放置24小时。然后将样品脱模后继续养护在恒温恒湿养护箱7天，并根据GB/T17671-1999测试其抗压强度。

按照GB/T10295-2008，测试导热系数。样品尺寸为边长为300mm、厚度大于20mm的试样个数为2块。将试样放入电热鼓风干燥箱中，在105±2℃温度下连续烘干4h，立即将试样取出，放入干燥器中冷却至室温，然后测定导热系数。

实施例1-5

2)浆体A的制备

将水玻璃将入到粉煤灰中，利用行星式砂浆搅拌机先在60rpm/min的条件下搅拌1分钟，然后在125rpm/min的条件下搅拌5分钟，然后加入铝粉并搅拌1分钟得浆料A。

2)泡沫B的制备

将发泡剂按照配比与水混合稀释得混合液，采用高速搅拌机搅拌混合液，先在500rpm/min的条件下搅拌2分钟，然后在3500rpm/min的条件下搅拌6分钟制备得到细密稳定的泡沫B。

3)物理-化学混合发泡浆料C的制备

量取步骤2)中得到的泡沫B，并将其混入到搅拌均匀的浆料A中，然后搅拌3分钟至泡沫均匀分散至浆料A中，得到物理-化学混合发泡浆料C。

4)成型及养护

将制备好的浆料C入模，在温度为20±2℃、相对湿度为100％下养护7小时脱模后，继续养护10天得到粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土。

其中，上述步骤1)～步骤4)中的各条件请见表1。

对比例1

按照实施例1的方法进行，不同的是，未加入铝粉，得到粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土。其具体条件请见表1。

对比例2

按照实施例1的方法进行，不同的是，未加入泡沫B而补加与泡沫B相当的水(即泡沫B完全变成液体后的体积)，得到粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土。其具体条件请见表1。

对比例3

按照实施例2的方法进行，不同的是，未加入铝粉，得到粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土。其具体条件请见表1。

对比例4

按照实施例2的方法进行，不同的是，未加入泡沫B而补加与泡沫B相当的水(即泡沫B完全变成液体后的体积)，得到粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土。其具体条件请见表1。

表1

通过实施例1-5和对比例1-4可知，相比采用单一发泡方式，采用本发明的物理-化学混合发泡的方式，通过调节发泡剂及物理泡沫的添加量，浆料中的物理泡沫在降低粉煤灰基地质聚合物的密度的同时，还可以有效防止铝粉反应释放出大量氢气的溢出，使其基体中形成更多的致密闭孔结构，从而有效的解决了单一发泡方式所带来的干密度和导热系数高的问题。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土组合物，其特征在于，该组合物含有粉煤灰、发泡剂、水玻璃、铝粉和水，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述发泡剂的用量为0.46-2.34g，所述水玻璃的用量为30-70g，所述铝粉的用量为0.1-0.9g，所述水的用量为18.8-93.7g。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述发泡剂和所述水的重量比为1：30-50。

3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述水玻璃的模数为1-2，所述水玻璃的固含量为34-46重量％。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中，所述发泡剂为动物蛋白发泡剂、松香发泡剂、植物蛋白发泡剂和复合型发泡剂中的一种或多种。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其中，所述粉煤灰含有30-65重量％的SiO₂和14.6-41重量％的Al₂O₃。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述粉煤灰为火电厂产生的一级和/或二级粉煤灰。

7.一种粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，

1)将水玻璃与粉煤灰进行混合后得到混合物，再将得到的混合物与铝粉进行混合得到浆料A，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述水玻璃的用量为30-70g，所述铝粉的用量为0.1-0.9g；

2)将发泡剂和水混合得到泡沫B；

3)将所述泡沫B与所述浆料A混合均匀后入模，并进行养护处理，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述泡沫B的用量为70-384ml。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，相对于100g的所述粉煤灰，所述发泡剂的用量为0.7-1.4g，所述水的用量为37.6-56.1g。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述发泡剂和所述水的重量比为1：30-50。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述水玻璃的模数为1-2，所述水玻璃的固含量34-46重量％。

11.根据权利要求7-10中任一项所述的方法，其中，所述发泡剂为动物蛋白发泡剂、松香发泡剂、植物蛋白发泡剂和复合型发泡剂中的一种或多种。

12.根据权利要求7-11中任一项所述的方法，其中，所述粉煤灰含有30-65重量％的SiO₂和14.6-41重量％的Al₂O₃。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述粉煤灰为火电厂产生的一级粉煤灰和/或二级粉煤灰。

14.一种粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土，其特征在于，该粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土通过权利要求7-13中任一项所述的方法制备而得到。