CN105859180B - 一种泡沫轻质土发泡剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫轻质土发泡剂，各组分添加量按重量份数计为：发泡母液800～1000份，激发剂90～110份，稳定剂30～40份，增强剂140～160份，防腐剂2～4份。本发明以废羊毛为主要原料制备发泡母液，可充分利用我国大量废弃羊毛，其成本低、来源广，可实现废弃羊毛的综合回收利用，具有重要的经济效益和环境效益；且配以调控发泡倍率的激发剂、增加泡沫稳定性的稳定剂，使所制备的泡沫剂具有适中的发泡倍率和极好的泡沫稳定性；将制备的泡沫剂应用于制备泡沫轻质土，在同密度级下拥有更高的强度，可填筑高度更高，并且吸水率更低，适宜较高高度的填筑工程。

Description

一种泡沫轻质土发泡剂及其制备方法

技术领域

本发明属于工程填筑材料技术领域，具体涉及一种泡沫轻质土发泡剂及其制备方法。

背景技术

泡沫轻质土，是泡沫混凝土的一种，其生产方法是将拌制好的水泥浆料加入到预制好的泡沫群中。其为一种用于工程填筑的材料，可用于桥台台背回填、道路加宽、桥梁减跨、陡坡路堤、滑坡路基、软土路基减荷、地下结构物减荷、隧道空洞注浆、旧桥加固和冻土路基保温隔热等工程。较之其他用途的泡沫混凝土，其特点为：1，密度轻，其密度范围大约在500～800kg/m³；2，水胶比高，为了保证其工程施工的流动性，通常其水胶比较高；3，可浇筑高度高，由于在某些特定工程填筑中，需要的填筑高度较高；4，耐水侵蚀性好，泡沫轻质土经常用于底下水位线以下填筑工程。因此，泡沫轻质土工程使用时，需要能与之良好匹配的发泡剂，不仅该发泡剂需要适中的发泡倍率以满足泡沫轻质土超轻的密度要求，同时要有极好的泡沫强度和稳泡效果以保证泡沫轻质土的浇筑高度并在其初凝前维持其自重，在水泥水化后泡沫的要求极好的完整性以降低泡沫轻质土整体的吸水率。

目前，泡沫混凝土的发泡剂，主要由四类组成，松香类、合成表面活性剂类、动植物蛋白类、复合发泡剂。其中松香类发泡剂逐渐已被淘汰，原因是其发泡倍率低、泡沫稳定性差；相比之下合成表面活性剂具有极高的发泡倍率，但是泡沫稳定性较差，消泡、泌水现象严重；植物蛋白发泡剂如皂角苷类，具有较为适中的发泡性能和稳泡性能，但是其不适宜密度较低的泡沫混凝土如泡沫轻质土类产品的生产；动物蛋白类具有较好的稳泡效果，可以生产密度较低(≤650km/m³)的泡沫混凝土，但是其发泡倍率相对较低、原材料稀缺并且容易霉变；当前的复合发泡剂，主要是松香类与合成表面活性剂的复合，也有部分皂角苷类与合成表面活性剂的复合，这类表面活性剂种类繁多，性能差异较大。

我国西北部地区有大量牧场，为我国提供了丰富的羊毛(绒)、羊毛等动物毛皮资源，据不完全统计，中国羊毛产量每年高达30余万吨。由于羊种和纺织及皮革工业工艺制约，大部分羊毛属于低质羊毛，很难被纺织及皮革工业所利用，这些羊毛通常作为固体废弃物排放，因此进一步探索废羊毛的综合利用技术具有重要的实际应用意义。

泡沫轻质土所用的发泡剂，要满足以下需求：

1)必须要保证有适中的发泡倍率，过高的发泡倍率会严重影响泡沫的稳定性，过低的发泡倍率会向预拌置好的水泥浆料中引入过多的水，从而影响泡沫轻质土的强度；

2)必须有极好的稳定性能，能保证密度450～550级的泡沫混凝土在初凝前泡沫不消泡，这不仅仅要求泡沫有较好的泡沫稳泡性能，也需要泡沫周围的胶凝材料有较快的胶结速率；

3)必须有较好的泡沫强度，能够使得密度450～550级的泡沫混凝土不发生沉降、塌陷等情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泡沫轻质土发泡剂及其制备方法，该发泡剂具有适中的发泡倍率，良好的泡沫稳定性，将其应用于泡沫轻质土所得泡孔具有极好的完整结构，与泡沫轻质土具有良好的适配性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种泡沫轻质土发泡剂，各组分添加量按重量份数计为：发泡母液800～1000份，激发剂90～110份，稳定剂30～40份，增强剂140～160份，防腐剂2～4份。

上述方案中，所述发泡母液的制备方法包括以下步骤：1)将废弃羊毛进行洗涤、收集，并在不高于90℃条件下进行烘干，剪切成长度不超过20mm的小段备用；2)按照重量配比将步骤1)所得废弃羊毛90～110份、氢氧化钠10～15份、双氧水1～3份加入700～900份水中，加热至75～85℃保温1.5～2h，然后采用600～650w超声波照射辐照处理2～4min，继续保温并搅拌1.5～2h后，进行抽滤得澄清溶液，冷却至常温备用；3)向步骤2)所得澄清溶液中加入盐酸调节PH至8.9～9.1，得发泡母液。

上述方案中，所述激发剂为十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合物，二者添加量以重量份数计为：十二烷基硫酸钠20～30份，十二烷基苯磺酸钠70～80份。

上述方案中，所述稳定剂由纤维素醚、明矾和明胶混合而成，各组分添加量以重量份数计为：纤维素醚8～11份，明矾4～6份，明胶15～25份。

上述方案中，所述增强剂为三乙醇胺、氯化钠、碳酸锂和水的混合物，各组分添加量以重量份数计为：三乙醇胺3～6份，氯化钠35～45份，碳酸锂3～6份，水90～110份。

上述方案中，所述防腐剂为苯酚。

上述一种泡沫轻质土发泡剂的制备方法，包括以下步骤：

1)按以下重量配比称取各原料，各原料所占重量份数为：发泡母液800～1000份，激发剂90～110份，稳定剂30～40份，增强剂140～160份，防腐剂2～4份；

2)将称取的原料混合，并进行搅拌至均匀混合液，得所述的泡沫轻质土发泡剂。

本发明的原理为：以废弃的羊毛所制成的蛋白质发泡母液能保证泡沫的机械强度及一定的泡沫稳定性；激发剂用以增加和调节泡沫的发泡倍率；稳定组分保证了泡沫的稳定性，延长了泡沫消泡、并泡时间并减少了泡沫的泌水率；发泡剂中的增强组分不仅可以增加发泡剂的泡沫稳定性，同时使得气泡周围水泥胶凝材料凝结速率加快，使得泡沫轻质土中泡孔结构的完整，不仅提高了泡沫轻质土的胶结过程中的稳定性及凝结后的结构强度，并且增加了整体致密性从而降低了吸水率；防腐剂保证了发泡剂具有较长的保存时间不易发生变质和霉变。

本发明与泡沫轻质土的适配性非常优异，所配置的泡沫轻质土有着较好的稳定性，沉降距非常低；同时有着较高的机械强度和较好的流动性能。

本发明的有益效果为：

1)制备出一种发泡倍率适中、泡沫稳定性极好，可以适应超轻、高水胶比泡沫轻质土生产用的发泡剂。

2)将本发明所述泡沫轻质土发泡剂应用于制备泡沫轻质土，在同密度级下拥有更高的强度，可填筑高度更高，并且吸水率更低。

3)充分利用我国大量废弃羊毛，其成本低、来源广，可实现废弃羊毛的综合回收利用，具有重要的经济效益和环境效益。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，如无具体说明，采用的试剂均为市售化学试剂。

以下实施例中，所述防腐剂为苯酚。

实施例1

一种泡沫轻质土发泡剂，其制备方法包括以下步骤：

1)将废弃羊毛进行洗涤、收集，并在不高于90℃条件下进行烘干，然后剪切成长度不超过20mm的小段备用；

2)按照重量配比将步骤1)所得废弃羊毛100kg、氢氧化钠14kg、双氧水2kg加入到常温水800kg中，加热至80℃保温2h，然后采用600w超声波照射辐照处理3min，继续保温并搅拌2h后，进行抽滤得澄清溶液，冷却至常温备用；

3)向步骤2)所得澄清溶液中加入质量分数为37％的工业盐酸调节PH至9.0，得发泡母液；

4)按照一下重量配比称取各原料：发泡母液850kg，激发剂95kg(由25kg十二烷基硫酸钠和70kg十二烷基苯磺酸钠混合而成)，稳定剂32kg(由10kg纤维素醚、5kg明矾和17kg明胶混合而成)，增强剂150kg份(由4kg三乙醇胺、40kg氯化钠、6kg碳酸锂和100kg水混合而成)，防腐剂3kg份；将各原料混合，并进行搅拌至均匀混合液，得所述的泡沫轻质土发泡剂。

本实施例制备的泡沫轻质土发泡剂的性能测试结果见表1。

表1实施例1所得泡沫轻质土发泡剂发泡性能测试结果

项目	发泡倍率(倍)	沉降距(mm)	泌水率(％)
				国家要求	15～30	≤50	小于等于70
实施例1	20	12	37

将本实施例制备的泡沫轻质土发泡剂应用于制备泡沫轻质土，具体步骤如下：

1)按照每m³原材料用量为：水泥300kg，水165kg，置于搅拌设备内搅拌均匀得混合水泥浆料；

2)将本实施例所得泡沫轻质土发泡剂置于泡沫发生装置中，制得密度为50kg/m³的预制泡沫，控制其用量并将其与水泥浆料混合均匀制得湿密度为500kg/m³的泡沫轻质土，其性能测试结果见表2。

表2实施例1所制备泡沫轻质土的性能测试结果

对比例1

采用市售SH1261型发泡剂(水溶蛋白型)制备与实施例1相同密度级的泡沫轻质土，其中，市售发泡剂性能测试参数见表3。

表3市售发泡剂性能测试结果

项目	发泡倍率(倍)	沉降距(mm)	泌水率(％)
				国家要求	15～30	≤50	小于等于70
SH1261型发泡剂	20	42	55

将市售发泡剂应用于制备泡沫轻质土，具体步骤如下：

1)按照每m³原材料用量为：水泥300kg，水165kg，置于搅拌设备内搅拌均匀得混合水泥浆料；

2)将市售发泡剂置于泡沫发生装置中，制得密度为50kg/m³的预制泡沫，控制其用量并将其与水泥浆料混合均匀制得湿密度为500kg/m³的泡沫轻质土，其性能测试结果见表4。

表4对比例1中市售发泡剂制备的泡沫轻质土性能测试结果

实施例2

一种泡沫轻质土发泡剂，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于各组分添加量为：发泡母液900kg，激发剂100kg(由25kg十二烷基硫酸钠和75kg十二烷基苯磺酸钠混合而成)，稳定剂32kg(由8kg纤维素醚、4kg明矾和20kg明胶混合而成)，增强剂150kg份(由5kg三乙醇胺、40kg氯化钠、5kg碳酸锂和100kg水混合而成)，防腐剂3kg份。

将本实施例制备的泡沫轻质土发泡剂应用于制备泡沫轻质土，具体步骤如下：

1)按照每m³原材料用量为：水泥333kg，水183kg，置于搅拌设备内搅拌均匀得混合水泥浆料；

2)将本实施例所得泡沫轻质土发泡剂置于泡沫发生装置中，制得密度为50kg/m³的预制泡沫，控制其用量并将其与水泥浆料混合均匀制得湿密度为550kg/m³的泡沫轻质土，其性能测试结果见表5。

表5实施例2所制备泡沫轻质土的性能测试结果

对比例2

采用对比例1所述SH1261型发泡剂制备与实施例2相同密度级的泡沫轻质土，具体步骤如下：

1)按照每m³原材料用量为：水泥333kg，水183kg，置于搅拌设备内搅拌均匀得混合水泥浆料；

2)将市售发泡剂置于泡沫发生装置中，制得密度为50kg/m³的预制泡沫，控制其用量并将其与水泥浆料混合均匀制得湿密度为550kg/m³的泡沫轻质土，其性能测试结果见表6。

表6对比例2中市售发泡剂制备的泡沫轻质土性能测试结果

实施例3

一种泡沫轻质土发泡剂，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于各组分添加量为：发泡母液950kg，激发剂105kg(由30kg十二烷基硫酸钠和75kg十二烷基苯磺酸钠混合而成)，稳定剂32kg(由7kg纤维素醚、5kg明矾和20kg明胶混合而成)，增强剂150kg份(由4kg三乙醇胺、40kg氯化钠、6kg碳酸锂和100kg水混合而成)，防腐剂3kg份。

将本实施例制备的泡沫轻质土发泡剂应用于制备泡沫轻质土，具体步骤如下：

1)按照每m³原材料用量为：水泥365kg，水200kg，置于搅拌设备内搅拌均匀得混合水泥浆料；

2)将本实施例所得泡沫轻质土发泡剂置于泡沫发生装置中，制得密度为50kg/m³的预制泡沫，控制其用量并将其与水泥浆料混合均匀制得湿密度为600kg/m³的泡沫轻质土，其性能如表7所示：

表7实施例3所制备泡沫轻质土性能

对比例3

采用对比例1所述SH1261型发泡剂制备与实施例3相同密度级的泡沫轻质土，具体步骤如下：

1)按照每m³原材料用量为：水泥365kg，水200kg，置于搅拌设备内搅拌均匀得混合水泥浆料；

2)将市售发泡剂置于泡沫发生装置中，制得密度为50kg/m³的预制泡沫，控制其用量并将其与水泥浆料混合均匀制得湿密度为550kg/m³的泡沫轻质土，其性能测试结果见表8。

表8对比例3中市售发泡剂制备的泡沫轻质土性能测试结果

上述结果表明：本发明所述泡沫轻质土发泡剂在适宜的发泡倍率下，具有非常好的稳定性；同时，将其应用于制备泡沫轻质土，在相同密度等级下，拥有较高的强度、较小的吸水率，且在浇筑时沉降距离明显减少，更适宜较高高度的填筑工程。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种泡沫轻质土发泡剂，其特征在于，各组分添加量按重量份数计为：发泡母液800～1000份，激发剂90～110份，稳定剂30～40份，增强剂140～160份，防腐剂2～4份；

所述发泡母液的制备方法包括以下步骤：1)将废弃羊毛进行洗涤、收集，并在不高于90℃的条件下进行烘干，剪切成长度不超过20mm的小段备用；2)按照重量配比将步骤1)所得废弃羊毛90～110份、氢氧化钠10～15份、双氧水1～3份加入700～900份水中，加热至75～85℃保温1.5～2h，然后采用600～650w超声波照射辐照处理2～4min，继续保温并搅拌1.5～2h后，进行抽滤得澄清溶液，冷却至常温备用；3)向步骤2)所得澄清溶液中加入盐酸调节PH至8.9～9.1，得发泡母液；

所述激发剂为十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合物，二者添加量以重量份数计为：十二烷基硫酸钠20～30份，十二烷基苯磺酸钠70～80份；

所述增强剂为三乙醇胺、氯化钠、碳酸锂和水的混合物，各组分添加量以重量份数计为：三乙醇胺3～6份，氯化钠35～45份，碳酸锂3～6份，水90～110份。

2.根据权利要求1所述的泡沫轻质土发泡剂，其特征在于，所述稳定剂由纤维素醚、明矾和明胶混合而成，各组分添加量以重量份数计为：纤维素醚8～11份，明矾4～6份，明胶15～25份。

3.根据权利要求1所述的泡沫轻质土发泡剂，其特征在于，所述防腐剂为苯酚。

4.权利要求1～3任一项所述泡沫轻质土发泡剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按以下重量配比称取各原料，各原料所占重量份数为：发泡母液800～1000份，激发剂90～110份，稳定剂30～40份，增强剂140～160份，防腐剂2～4份；

2)将称取的原料混合，并进行搅拌至均匀混合液，得所述的泡沫轻质土发泡剂。