CN108218360A - 用于低温环境的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于低温环境的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法，硫铝酸盐水泥泡沫混凝土包括：硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫按照体积比为1∶1‑4的比例搅拌后硬化而成。按重量份数计，硫铝酸盐水泥浆体包括如下组份：硫铝酸盐水泥，75‑100份；粉煤灰，0‑25份；混凝土用水，25‑40份；减水剂，0‑1.5份；轻集料，0‑100份；纳米材料，0.2‑5份；纤维，0.1‑0.4份；其中，所述硫铝酸盐水泥与所述粉煤灰的总量和为100份。本发明的技术方案中增加了纳米材料，纳米材料可加快低温下硫铝酸盐水泥的水化速度，提高泡沫混凝土的早期强度。本发明的技术方案以硫铝酸盐水泥为主要胶凝材料，其硬化快，不需要掺加促凝剂，混凝土强度不受影响；同时也较好地抑制了泡沫的破裂。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及一种用于低温环境的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
硫铝酸盐水泥是由我国自主研究发明的水泥，也是我国产量最大的特种水泥，其凝结时间短，强度发展快，且其水化产物与硅酸盐水泥不同，因此用该硫铝酸盐水泥制备的混凝土耐盐类的侵蚀，抗渗、抗冻性也明显高于硅酸盐水泥混凝土，可在有特殊要求的建筑工程中应用。还有硫铝酸盐水泥的强度较硅酸盐水泥高，凝结时间短，强度发展快，很适合作为泡沫混凝土的胶凝材料。但在冬天或温度较低的情况下，硫铝酸盐水泥的水化慢，因而用其制备的泡沫混凝土早期强度低，且硫铝酸盐水泥不能蒸养，影响脱模，降低生产效率。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种用于低温环境的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于低温环境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包括：硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫按照体积比为1∶1-4的比例搅拌后硬化而成。
如上所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，优选，按重量份数计，所述硫铝酸盐水泥浆体包括如下组份：硫铝酸盐水泥，75-100份；粉煤灰，0-25份；混凝土用水，25-40份；减水剂，0-1.5份；轻集料，0-100份；纳米材料，0.2-5份；纤维，0.1-0.4份；其中，所述硫铝酸盐水泥与所述粉煤灰的总量和为100份。
如上所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，优选，所述混凝土泡沫为由发泡剂与发泡剂用水按重量比1∶15-60的比例搅拌而成的溶液再经发泡机发泡所形成的轻质泡沫。
如上所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，优选，所述轻集料为页岩陶粒、粘土陶粒和粉煤灰陶粒中的一种或多种以任意比例的混合物；优选地，所述轻集料的密度等级为400级、500级和600级中的一种；当硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫的体积比≤1∶1，且≥1∶2时选用600级轻集料；当硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫的体积比＜1∶2，且≥1∶3时选用500级轻集料；当硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫的体积比＜1∶3，且≥1∶4时选用400级轻集料。
如上所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，优选，所述纳米材料是颗粒尺寸小于100nm的纳米水滑石。
如上所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，优选，所述纤维是聚合物纤维、玻璃纤维和矿物纤维中的一种，或多种以任何比例混合而成的纤维；优选地，所述纤维是直径小于20μm、长度大于10mm聚合物纤维、玻璃纤维和矿物纤维中的一种，或多种以任何比例混合而成的纤维。
如上所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，优选，所述减水剂是萘系混凝土减水剂，减水率大于20％。
如上所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，优选，所述硫铝酸盐水泥的等级为52.5或62.5；所述粉煤灰的等级为二级或一级；优选地，所述硫铝酸盐水泥混凝土可在≤10℃温度环境中施工应用。
如上所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，优选，所述发泡剂为植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂和复合型发泡剂中的一种。
一种所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥、粉煤灰、混凝土用水、减水剂、纤维、轻集料、纳米材料按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为2-4min，得硫铝酸盐水泥浆体；
2)按配比称量发泡剂用水和发泡剂；将称量后的发泡剂倒入到发泡剂用水中搅拌均匀，搅拌时间为0.5-1.5min，得发泡剂溶液；
3)将步骤2)中的发泡剂溶液经发泡剂吹成混凝土泡沫，按照配比将混凝土泡沫加入到步骤1)中得到的硫铝酸盐水泥浆体中，继续搅拌0.5-1.5min，得硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1、本发明的技术方案中增加了纳米材料，纳米材料可加快低温≤10℃下硫铝酸盐水泥的水化速度，提高泡沫混凝土的早期强度。硫铝酸盐水泥的主要水化产物为晶体，其水化过程是溶解-结晶过程，这一过程的速度受温度的控制。温度越低，这一过程的速度越慢，强度发展越慢。纳米材料在硫铝酸盐水泥的水化过程中起到晶种作用，从而加速了结晶过程；而结晶使得溶液中的离子浓度降低，又加快了溶解过程，从而使低温下硫铝酸盐水泥的水化速度提高，因而提高了硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的早期强度，且不会造成后期强度的倒缩。
2、本发明的纳米材料是颗粒尺寸小于100nm，可填充于水泥水化产物的空隙中，使硫铝酸盐水泥浆体更为密实，强度得到进一步提高。
3、本发明的技术方案以硫铝酸盐水泥为主要胶凝材料，其硬化快，不需要掺加促凝剂，混凝土强度不受影响；同时也较好地抑制了泡沫的破裂。
4、本发明制备方法简单操作简便，易控制，节能降耗，降低生产成本，可以得到大力的推广应用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的具体实施例提供一种用于低温环境的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法，本发明中提供的技术方案提高了硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的早期强度，且不会造成后期强度的倒缩。本发明加入的纳米材料尺寸小，可填充于水泥水化产物的空隙中，使硫铝酸盐水泥浆体更为密实，强度得到进一步提高。本发明制备方法简单操作简便，易控制，节能降耗，降低生产成本，可以得到大力的推广应用。
首先，本发明提供了一种用于低温环境≤10℃下的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土硫铝酸盐水泥泡沫混凝土包括：硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫按照体积比为1∶1-4(例如1.1、1.2、1.5、1.8、2、2.2、2.5、2.8、3、3.2、3.5、3.6、3.8、3.9)的比例搅拌后硬化而成。
按重量份数计，硫铝酸盐水泥浆体包括如下组份：硫铝酸盐水泥，75-100份(例如78份、80份、82份、85份、88份、90份、92份、94份、96份、98份、99份)；粉煤灰，0-25份(例如3份、5份、8份、10份、12份、15份、17份、20份、22份、23份、24份)；混凝土用水，25-40份(例如28份、30份、32份、35份、38份、40份)；减水剂，0-1.5份(例如0.1份、0.2份、0.3份、0.5份、0.7份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、0.6份、0.8份、1.3份、1.4份、1.45份)；轻集料，0-100份(例如5份、10份、15份、20份、30份、40份、50份、60份、70份、80份、90份)；纳米材料，0.2-5份(例如0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.2份、4.5份、4.8份)；纤维，0.1-0.4份(例如0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份)；其中，所硫铝酸盐水泥与粉煤灰的总量和为100份。
混凝土泡沫为由发泡剂与发泡剂用水按重量比1∶15-60(例如18、20、22、25、28、30、35、40、45、50、55、58、59、33)的比例搅拌而成的溶液再经发泡机发泡所形成的轻质泡沫。
在本发明的具体实施例中，轻集料是页岩陶粒、粘土陶粒和粉煤灰陶粒中的一种或多种以任意比例的混合物。轻集料的密度等级为400级、500级和600级中的一种；当硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫的体积比≤1∶1，且≥1∶2时选用600级轻集料；当硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫的体积比＜1∶2，且≥1∶3时选用500级轻集料；当硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫的体积比＜1∶3，且≥1∶4时选用400级轻集料。
在本发明的具体实施例中，纳米材料是粒径小于100nm的纳米水滑石。
在本发明的具体实施例中，纤维是直径小于20μm、长度大于10mm聚合物纤维、玻璃纤维和矿物纤维中的一种，或多种以任何比例混合而成的纤维。
在本发明的具体实施例中，减水剂是萘系混凝土减水剂，减水率大于20％。
在本发明的具体实施例中，硫铝酸盐水泥的等级为52.5或62.5；粉煤灰的等级为二级或一级。
进一步优选，发泡剂为植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂和复合型发泡剂中的一种。
此外，本发明还提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥、粉煤灰、混凝土用水、减水剂、纤维、轻集料、纳米材料按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为2-4min，得硫铝酸盐水泥浆体；
2)按配比称量发泡剂用水和发泡剂；将称量后的发泡剂倒入到发泡剂用水中搅拌均匀，搅拌时间为0.5-1.5min，得发泡剂溶液；
3)将步骤2)中的发泡剂溶液经发泡剂吹成混凝土泡沫，按照配比将混凝土泡沫加入到步骤1)中得到的硫铝酸盐水泥浆体中，继续搅拌0.5-1.5min，得硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
实施例1
本实施例还提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥100份、混凝土用水30份、减水剂1份、纤维0.2份、轻集料50份、纳米材料1份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min，得硫铝酸盐水泥浆体；
2)按发泡剂与发泡剂用水按重量比1∶45的配比称量发泡剂用水和发泡剂；将称量后的发泡剂倒入到发泡剂用水中搅拌均匀，搅拌时间为1min，得发泡剂溶液；
3)将步骤2)中的发泡剂溶液经发泡剂吹成混凝土泡沫，按照硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫按照体积比为1∶2的配比将混凝土泡沫加入到步骤1)中得到的硫铝酸盐水泥浆体中，继续搅拌1min，得硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
对比例1
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例1相同，在此不作赘述。
实施例2
本实施例还提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥75份、粉煤灰25份、混凝土用水25份、减水剂1.5份、纤维0.3份、轻集料80份、纳米材料0.2份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为4min，得硫铝酸盐水泥浆体；
2)按发泡剂与发泡剂用水按重量比1∶60的配比称量发泡剂用水和发泡剂；将称量后的发泡剂倒入到发泡剂用水中搅拌均匀，搅拌时间为0.5min，得发泡剂溶液；
3)将步骤2)中的发泡剂溶液经发泡剂吹成混凝土泡沫，按照硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫按照体积比为1∶3的配比将混凝土泡沫加入到步骤1)中得到的硫铝酸盐水泥浆体中，继续搅拌1min，得硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
对比例2
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例2相同，在此不作赘述。
实施例3
本实施例还提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥80份、粉煤灰20份、混凝土用水35份、减水剂0.8份、纤维0.1份、轻集料100份、纳米材料3份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为2min，得硫铝酸盐水泥浆体；
2)按发泡剂与发泡剂用水按重量比1∶30的配比称量发泡剂用水和发泡剂；将称量后的发泡剂倒入到发泡剂用水中搅拌均匀，搅拌时间为1.5min，得发泡剂溶液；
3)将步骤2)中的发泡剂溶液经发泡剂吹成混凝土泡沫，按照硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫按照体积比为1∶2的配比将混凝土泡沫加入到步骤1)中得到的硫铝酸盐水泥浆体中，继续搅拌1.5min，得硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
对比例3
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例3相同，在此不作赘述。
实施例4
本实施例还提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥90份、粉煤灰10份、混凝土用水40份、减水剂0.4份、纤维0.4份、轻集料50份、纳米材料5份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min，得硫铝酸盐水泥浆体；
2)按发泡剂与发泡剂用水按重量比1∶15的配比称量发泡剂用水和发泡剂；将称量后的发泡剂倒入到发泡剂用水中搅拌均匀，搅拌时间为1min，得发泡剂溶液；
3)将步骤2)中的发泡剂溶液经发泡剂吹成混凝土泡沫，按照硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫按照体积比为1∶1的配比将混凝土泡沫加入到步骤1)中得到的硫铝酸盐水泥浆体中，继续搅拌1min，得硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
对比例4
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例4相同，在此不作赘述。
实施例5
本实施例还提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥85份、粉煤灰15份、混凝土用水33份、减水剂0.9份、纤维0.25份、纳米材料1.5份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为3min，得硫铝酸盐水泥浆体；
2)按发泡剂与发泡剂用水按重量比1∶20的配比称量发泡剂用水和发泡剂；将称量后的发泡剂倒入到发泡剂用水中搅拌均匀，搅拌时间为1.5min，得发泡剂溶液；
3)将步骤2)中的发泡剂溶液经发泡剂吹成混凝土泡沫，按照硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫按照体积比为1∶4的配比将混凝土泡沫加入到步骤1)中得到的硫铝酸盐水泥浆体中，继续搅拌1.5min，得硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
对比例5
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例5相同，在此不作赘述。
实施例6
本实施例还提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥80份、粉煤灰20份、混凝土用水37份、减水剂0.6份、纤维0.2份、轻集料70份、纳米材料2份按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为2min，得硫铝酸盐水泥浆体；
2)按发泡剂与发泡剂用水按重量比1∶20的配比称量发泡剂用水和发泡剂；将称量后的发泡剂倒入到发泡剂用水中搅拌均匀，搅拌时间为1min，得发泡剂溶液；
3)将步骤2)中的发泡剂溶液经发泡剂吹成混凝土泡沫，按照硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫按照体积比为1∶2.5的配比将混凝土泡沫加入到步骤1)中得到的硫铝酸盐水泥浆体中，继续搅拌1min，得硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
对比例6
本对比例提供一种硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，本对比例未掺入纳米材料，其他方法步骤均与实施例6相同，在此不作赘述。
按照按《泡沫混凝土》(JG/T 266-2011)的标准测定上述实施例1-6得到的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其不掺纳米材料对比例1-6进行性能检测，相关性能指标检验结果见表1。
表1各实施例性能指标检验强度结果/MPa
综上所述，本发明具有如下有益技术效果：
1、本发明的技术方案中增加了纳米材料，纳米材料可加快低温≤10℃下硫铝酸盐水泥的水化速度，提高泡沫混凝土的早期强度。硫铝酸盐水泥的主要水化产物为晶体，其水化过程是溶解-结晶过程，这一过程的速度受温度的控制。温度越低，这一过程的速度越慢，强度发展越慢。纳米材料在硫铝酸盐水泥的水化过程中起到晶种作用，从而加速了结晶过程；而结晶使得溶液中的离子浓度降低，又加快了溶解过程，从而使低温下硫铝酸盐水泥的水化速度提高，因而提高了硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的早期强度，且不会造成后期强度的倒缩。
2、本发明的纳米材料是颗粒尺寸小于100nm，可填充于水泥水化产物的空隙中，使硫铝酸盐水泥浆体更为密实，强度得到进一步提高。
3、本发明的技术方案以硫铝酸盐水泥为主要胶凝材料，其硬化快，不需要掺加促凝剂，混凝土强度不受影响；同时也较好地抑制了泡沫的破裂。
4、本发明制备方法简单操作简便，易控制，节能降耗，降低生产成本，可以得到大力的推广应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于低温环境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包括：硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫按照体积比为1∶1-4的比例搅拌后硬化而成。
2.如权利要求1所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，按重量份数计，所述硫铝酸盐水泥浆体包括如下组份：硫铝酸盐水泥，75-100份；粉煤灰，0-25份；混凝土用水，25-40份；减水剂，0-1.5份；轻集料，0-100份；纳米材料，0.2-5份；纤维，0.1-0.4份；
其中，所述硫铝酸盐水泥与所述粉煤灰的总量和为100份。
3.如权利要求1或2所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，
所述混凝土泡沫为由发泡剂与发泡剂用水按重量比1∶15-60的比例搅拌而成的溶液再经发泡机发泡所形成的轻质泡沫。
4.如权利要求2所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，所述轻集料为页岩陶粒、粘土陶粒和粉煤灰陶粒中的一种或多种以任意比例的混合物；
优选地，所述轻集料的密度等级为400级、500级和600级中的一种；当硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫的体积比≤1∶1、且≥1∶2时选用600级轻集料；当硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫的体积比＜1∶2，且≥1∶3时选用500级轻集料；当硫铝酸盐水泥浆体和混凝土泡沫的体积比＜1∶3，且≥1∶4时选用400级轻集料。
5.如权利要求2所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，所述纳米材料是颗粒尺寸小于100nm的纳米水滑石。
6.如权利要求2所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，所述纤维是聚合物纤维、玻璃纤维和矿物纤维中的一种，或多种以任何比例混合而成的纤维；
优选地，所述纤维是直径小于20μm、长度大于10mm聚合物纤维、玻璃纤维和矿物纤维中的一种，或多种以任何比例混合而成的纤维。
7.如权利要求2所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，所述减水剂是萘系混凝土减水剂，减水率大于20％。
8.如权利要求2所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥的等级为52.5或62.5；所述粉煤灰的等级为二级或一级；
优选地，所述硫铝酸盐水泥泡沫混凝土可在≤10℃温度环境中施工应用。
9.如权利要求3所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土，其特征在于，所述发泡剂为植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂和复合型发泡剂中的一种。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1)将硫铝酸盐水泥、粉煤灰、混凝土用水、减水剂、纤维、轻集料、纳米材料按上述配比称量好后放入混凝土搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为2-4min，得硫铝酸盐水泥浆体；
2)按配比称量发泡剂用水和发泡剂；将称量后的发泡剂倒入到发泡剂用水中搅拌均匀，搅拌时间为0.5-1.5min，得发泡剂溶液；
3)将步骤2)中的发泡剂溶液经发泡剂吹成混凝土泡沫，按照配比将混凝土泡沫加入到步骤1)中得到的硫铝酸盐水泥浆体中，继续搅拌0.5-1.5min，得硫铝酸盐水泥泡沫混凝土。
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