CN107089838B - 一种以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法，所述硫铝酸盐水泥泡沫混凝土中的发泡气体为二氧化碳；泡沫混凝土由以下质量份数的成分组成：硫铝酸盐水泥150~310份，矿物掺合料60~120份，二氧化碳发泡剂10~30份，稳泡剂1~4份，水150~250份。本发明通过采用二氧化碳作为硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的发泡气体，使得制备的硫酸铝盐水泥泡沫混凝土的保温、隔热性能更好，耐火等级达到A级的同时，还能够提高泡沫混凝土的强度。

Description

一种以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其 制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
泡沫混凝土是将胶凝材料、适当的矿物掺合料、合适外加剂、发泡剂和稳泡剂按一定的比例经一定的制备工艺制成的一种轻质、高强、保温的混凝土。泡沫混凝土是一种新型的节能环保型建筑材料，具有良好的保温、隔热性能，耐火等级为A级。
现有的泡沫混凝土主要是普通硅酸盐水泥泡沫混凝土、硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，但硫铝酸盐水泥泡沫混凝土引入的气体通常是氧气和空气。在0℃时，空气的导热系数为0.0242w/（m·k），氧气的导热系数为0.0248w/（m·k）。这些气体的导热系数相对较高，使得制成的泡沫混凝土导热系数较高，并且在泡沫混凝土中引入气体之后，泡沫混凝土的强度变差。这些气体引入的方式通常为化学反应和加入表面活性剂。中国发明专利申请201010607495.6、201110050706.5、201410052950.9、201410151615.4、201410530304.9和201510999989.6都是通过双氧水分解产生氧气进行引气。中国发明专利申请201210559528.3、201310538799.5和201410383446.7都是通过加入表面活性剂的方式引入空气。
在0℃时，二氧化碳的导热系数为0.0143w/（m·k），几乎是空气和氧气导热系数的一半。若是泡沫混凝土中的气体为二氧化碳，那么其导热系数必定会更低。中国发明专利申请201610566649.9采用异氰酸酯类衍生物为发泡剂，利用异氰酸酯与水反应生成二氧化碳，实现了在硅酸盐水和铝酸盐水泥泡沫混凝土中引入二氧化碳，但是异氰酸酯类衍生物有剧毒，对人体有极大的伤害，况且采用异氰酸酯作为发泡剂在硫铝酸盐水泥泡沫混凝土中引入二氧化碳气体是不可行的。现有的专利和文献中还没有提及在硫铝酸盐水泥泡沫混凝土中引入二氧化碳气体，其原因主要有两点：（1）硫铝酸盐水泥是碱性的，找不到一种化合物可以与氢氧根离子发生反应生成二氧化碳；（2）硫铝酸盐水泥是一种快硬水泥，并且一些离子的加入会使硫铝酸盐水泥闪凝。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，解决了现有的泡沫混凝土保温、隔热性能较差的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，所述硫铝酸盐水泥泡沫混凝土中的发泡气体为二氧化碳。
由于在0℃时，二氧化碳的导热系数为0.0143w/（m·k），因此，本技术方案中采用二氧化碳作为硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的发泡气体，使得本发明中制备的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的导热系数更低，具有更好的保温、隔热性能。
作为优选地，由以下质量份数的成分组成：硫铝酸盐水泥150~310份，矿物掺合料60~120份，二氧化碳发泡剂10~30份，稳泡剂1~4份，水150~250份。通过对硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的组成进行大量的试验，使得本发明中制得的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的保温、隔热性能良好的同时，硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的强度性能更好。
作为优选地，所述二氧化碳发泡剂为碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐与铝盐的混合物，碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐为6~18份，铝盐为4~12份。
本发明中采用碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐与铝盐的混合物作为发泡剂，将碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐与铝盐加入到硫铝酸盐水泥中搅拌发生反应释放出二氧化碳气体，在常温常压下实现了在硫铝酸盐水泥泡沫混凝土中直接引入了二氧化碳发泡气体，使得在硫铝酸盐水泥泡沫混凝土中引入二氧化碳发泡气体简单；并且本发明中引入的发泡气体是纯的二氧化碳气体，使得本发明中制得的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的导热系数低，保温、隔热性能更好。
本发明中在碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐与铝盐，反应生成二氧化碳发泡气体的过程中会产生铝胶，铝胶对硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的抗压强度具有贡献；当硫铝酸盐水泥泡沫混凝土凝结硬化后，硫铝酸盐水泥泡沫混凝土内部气泡中的二氧化碳气体会与硫铝酸盐水泥的水化产物钙矾石发生反应，消耗掉气泡内的部分二氧化碳气体，在气泡内部形成一定的真空度，使得本发明制备的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的导热系数更低，进一步提高了硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的保温、隔热性能。
作为优选地，所述铝盐为硫酸铝、硝酸铝和氯化铝的一种或一种以上。
作为优选地，所述的矿物掺合料为粉煤灰、硅灰、硅藻土和膨润土的一种或一种以上。
作为优选地，所述稳泡剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁和十二醇中的一种或一种以上。
权利要求1-6中任意一项所述的以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，按质量份数称取硫铝酸盐水泥、矿物掺合料和稳泡剂后并均匀混合得到混合料，然后向混合料中按质量份数加入水并进行一次搅拌再按照质量份数继续加入发泡剂并进行二次搅拌最后进行浇筑、成型和养护得到泡沫混凝土。
作为优选地，所述一次搅拌的时间为2min~2.5min，一次搅拌的转速为1200-1500r/min。使硫铝酸盐水泥、矿物掺合料、稳泡剂、水充分混合均匀。
作为优选地，所述二次搅拌的时间为15s~ 20s，二次搅拌的转速为2500—2800r/min。将二次搅拌的时间和转速在这个范围内是为了使发泡剂更好的、均匀的分散在浆体中，同时不会引起气泡的逸出和破裂。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
（1）本发明中通过采用二氧化碳作为硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的发泡气体，使得制备的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的导热系数更低，因此，本发明中制备得到的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土具有良好的保温、隔热性能，并且耐火等级可以达到A级。
（2）本发明中采用碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐与铝盐的混合物作为发泡剂，将碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐与铝盐发生反应释放出二氧化碳气体，在常温常压下，实现了在硫铝酸盐水泥泡沫混凝土中直接引入了二氧化碳发泡气体，并且引入的发泡气体为纯的二氧化碳气体，使得本发明中制得的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的导热系数更低，进一步提高了硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的保温、隔热性能。
（3）本发明中在碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐与铝盐反应生成二氧化碳发泡气体的过程中会产生铝胶，铝胶可以提高硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的抗压强度，使得本发明中制得的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的保温、隔热能更好的同时，硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的强度性能也得到提高。
（4）本发明中当硫铝酸盐水泥泡沫混凝土凝结硬化后，硫铝酸盐水泥泡沫混凝土内部气泡中的二氧化碳气体会与硫铝酸盐水泥的水化产物钙矾石发生反应，会消耗掉气泡内的部分二氧化碳气体，在气泡内部形成一定的真空度，使得本发明制备的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的导热系数更低，进一步提高了硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的保温、隔热性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种以CO2为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，由以下质量份数的成份组成：硫铝酸盐水泥150份，粉煤灰45份，硅灰15份，碳酸氢钠8份，硫酸铝5份，硬脂酸钙0.5份，十二醇0.5份，水150份。
按照如下方法制备硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，按上述质量份数称取硫铝酸盐水泥、矿物掺合料和稳泡剂后并均匀混合得到混合料，然后向混合料中按质量份数加水并进行一次搅拌，一次搅拌的时间为2min，一次搅拌的转速为1200r/min；再按照上述质量份数继续加入发泡剂并进行二次搅拌，二次搅拌的时间为15s，二次搅拌的转速为2500r/min；最后进行浇筑、成型和养护得到硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
实施例2
一种以CO2为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，由以下质量份数的成份组成：硫铝酸盐水泥180份，粉煤灰60份，硅灰20份，碳酸氢钾6份，氯化铝4份，硬脂酸钙1份，十二醇0.5份，水160份。
按照如下方法制备硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，按上述质量份数称取硫铝酸盐水泥、矿物掺合料和稳泡剂后并均匀混合得到混合料，然后向混合料中按质量份数加水并进行一次搅拌，一次搅拌的时间为2.5min，一次搅拌的转速为1300r/min；再按照上述质量份数继续加入发泡剂并进行二次搅拌，二次搅拌的时间为16s，二次搅拌的转速为2600r/min；最后进行浇筑、成型和养护得到硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
实施例3
一种以CO2为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，由以下质量份数的成份组成：硫铝酸盐水泥310份，粉煤灰90份，膨润土25份，碳酸钠18份，硝酸铝12份，硬脂酸镁3份，十二醇1份，水250份。
按照如下方法制备硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，按上述质量份数称取硫铝酸盐水泥、矿物掺合料和稳泡剂后并均匀混合得到混合料，然后向混合料中按质量份数加水并进行一次搅拌，一次搅拌的时间为2min，一次搅拌的转速为1400r/min；再按照上述质量份数继续加入发泡剂并进行二次搅拌，二次搅拌的时间为17s，二次搅拌的转速为2700r/min；最后进行浇筑、成型和养护得到硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
实施例4
一种以CO2为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，由以下质量份数的成份组成：硫铝酸盐水泥220份，粉煤灰70份，硅灰20份，碳酸氢钙12份，硫酸铝3份，硝酸铝6份，硬脂酸钙1份，硬脂酸镁1份，水160份。
按照如下方法制备硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，按上述质量份数称取硫铝酸盐水泥、矿物掺合料和稳泡剂后并均匀混合得到混合料，然后向混合料中按质量份数加水并进行一次搅拌，一次搅拌的时间为2.5min，一次搅拌的转速为1500r/min；再按照上述质量份数继续加入发泡剂并进行二次搅拌，二次搅拌的时间为18s，二次搅拌的转速为2800r/min；最后进行浇筑、成型和养护得到硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
实施例5
一种以CO2为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，由以下质量份数的成份组成：硫铝酸盐水泥270份，粉煤灰80份，硅藻土20份，碳酸钾14份，硝酸铝3份，氯化铝7份，硬脂酸钙1.5份，十二醇1份，水185份。
按照如下方法制备硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，按上述质量份数称取硫铝酸盐水泥、矿物掺合料和稳泡剂后并均匀混合得到混合料，然后向混合料中按质量份数加水并进行一次搅拌，一次搅拌的时间为2min，一次搅拌的转速为1300r/min；再按照上述质量份数继续加入发泡剂并进行二次搅拌，二次搅拌的时间为20s，二次搅拌的转速为2650r/min；最后进行浇筑、成型和养护得到硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
通过将实施例1-5中制备得到的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的性能参数进行检测得到表1.
表1为实施例1-5中制备的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的各项性能参数
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
干表观密度 （kg/m3） 190 250 300 360 390
导热系数 (W/m·K) 0.041 0.049 0.056 0.061 0.068
28天抗压强度 (MPa) 0.92 1.43 2.11 2.70 3.25
燃烧性能 A1 级不燃 A1 级不燃 A1 级不燃 A1 级不燃 A1 级不燃
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，
所述硫铝酸盐水泥泡沫混凝土中的发泡气体为二氧化碳；
由以下质量份数的原料组成：硫铝酸盐水泥150~310份，矿物掺合料60~120份，二氧化碳发泡剂10~30份，稳泡剂1~4份，水150~250份；
其中，所述二氧化碳发泡剂为碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐与铝盐的混合物，碱金属或碱土金属的碳酸盐或碳酸氢盐为6~18份，铝盐为4~12份。
2.根据权利要求1所述的以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，所述铝盐为硫酸铝、硝酸铝和氯化铝的一种或一种以上。
3.根据权利要求1所述的以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，所述的矿物掺合料为粉煤灰、硅灰、硅藻土和膨润土的一种或一种以上。
4.根据权利要求1所述的以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，所述稳泡剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁和十二醇中的一种或一种以上。
5.权利要求1-4中任意一项所述的以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，按质量份数称取硫铝酸盐水泥、矿物掺合料和稳泡剂后并均匀混合得到混合料，然后向混合料中按质量份数加入水并进行一次搅拌，再按照质量份数继续加入发泡剂并进行二次搅拌，最后进行浇筑、成型和养护得到泡沫混凝土。
6.根据权利要求5所述的以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述一次搅拌的时间为2min~2.5min，一次搅拌的转速为1200-1500r/min。
7.根据权利要求5所述的以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述二次搅拌的时间为15s~20s，二次搅拌的转速为2500—2800r/min。
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