CN108794061B - 一种含复合掺合料的泡沫混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含复合掺合料的泡沫混凝土及其制备方法和应用，属于保温材料领域。所述泡沫混凝土包括如下重量份的原料：复合胶凝材料A 100～150份、复合掺合料B 30～60份、聚丙烯纤维0.1～1.0份、发泡剂1～6份、稳泡剂0.5～2份、减水剂1～10份、保水剂0.2～0.8份、憎水剂0.1～0.5份、水60～180份；其中，所述复合掺合料B为复合高活性火山灰质材料。本发明采用的复合掺合料B具有高活性火山灰质性能，对水泥水化过程产生了积极的影响，因此制得的FC成品具有强度高、耐久性好、耐热性佳、干缩性小、抗裂性强、耐化学腐蚀性良好等特点，可用作外墙外保温系统以及某些有特殊要求的混凝土工程。

Description

一种含复合掺合料的泡沫混凝土及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及保温材料领域，具体地，涉及一种含复合掺合料的泡沫混凝土及其制备方法和应用。

背景技术

在泡沫混凝土(简称FC)拌合物制备过程中，为了节约水泥，改善FC性能，调节FC强度等级而加入的天然或人造的矿物材料，称为掺合料。

火山灰含有一定数量的活性氧化硅、活性氧化铝等活性组分。火山灰活性是指这些活性组分与水泥水化生成的氢氧化钙反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等胶凝材料。

目前FC制备过程采用的掺合料多种多样，虽然能够达到一定的性能要求，但大多采用的掺合料与水泥的水化反应较弱，生成的水化产物较少，使制得的FC产品还容易存在耐久性差、耐热性差、干缩性大、抗裂性较差以及耐腐蚀性差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种含复合掺合料的泡沫混凝土及其制备方法和应用，该泡沫混凝土的成品具有强度高、耐久性好、耐热性佳、干缩性小、抗裂性强、耐化学腐蚀性良好的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种含复合掺合料的泡沫混凝土，所述泡沫混凝土包括如下重量份的原料：复合胶凝材料A 100～150份、复合掺合料B 30～60份、聚丙烯纤维0.1～1.0份、发泡剂1～6份、稳泡剂0.5～2份、减水剂1～10份、保水剂0.2～0.8份、憎水剂0.1～0.5份、水60～180份；其中，所述复合掺合料B为复合高活性火山灰质材料。

本发明的复合胶凝材料A优选为水硬性胶凝材料的复合材料，水硬性胶凝材料一般是指水泥，水泥可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝水泥(硫铝酸盐水泥)等，本发明的复合胶凝材料A优选为硅酸盐水泥和硫铝水泥的复合，其重量份比例范围为(85～145):(5～15)，其中，所述硅酸盐水泥可以为PO 42.5或PO 42.5R中的至少一种，所述硫铝水泥可以为快硬型硫铝水泥；选择硅酸盐水泥和硫铝水泥复配可以有效提高早期强度，并减少后期收缩和塌模。

本发明的复合掺合料B为复合高活性火山灰质材料，是指火山灰活性高的一类材料，其中的活性氧化硅和活性氧化铝含量较高，当其参与胶凝材料的水化和凝结硬化过程，且能和水泥水化时析出的游离氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，促进水泥水化反应的进程，增加水化产物，从而提高水泥基材料的密实度。复合掺合料B可以包括硅灰、稻壳灰、沸石粉和偏高岭土等，本发明从中选择至少两种进行复合使用，优选选择四种，即复合掺合料B包括硅灰、稻壳灰、沸石粉和偏高岭土，其重量份比例范围优选为(6～12)：(9～18)：(3～6)：(12～24)，更优选地，其重量份比例为2：3：1：4。

本发明的复合掺合料B为复合材料，在泡沫混凝土制备中可以相互作用，增强泡沫混凝土的性能，其中，使用少量的沸石粉即可显著提高材料的抗压强度，且其有特殊的格架状结构，内部充满孔径大小不一的空腔和孔道，具有较大开放性，当掺入水泥基材料中后，表现出一定的亲水性，使水分子吸入其空腔和孔道，从而降低其泌水性；而且稻壳灰和沸石粉配合可以有效改善FC中的孔隙结构，提高材料的耐腐蚀性能和耐久性，通过硅灰增加混凝土的自收缩，而偏高岭土具有补偿收缩的微膨胀性能，通过合理配比可以有效协同改善FC的力学性能和耐久性。因此，本发明的发明人在综合考虑FC性能和成本的基础上，选择的这四种复合掺合料可以有效改善FC性能，同时配合复合胶凝材料A和其它助剂，从而使得本发明的制得的FC具有强度高、耐久性好、耐热性佳、干缩性小、抗裂性强、耐化学腐蚀性良好的优点。

硅灰即二氧化硅微粉，又叫微硅粉，是在冶炼硅铁合金或工业硅生产时，通过烟道排除的硅蒸汽氧化后，经收尘器收集而得到的以无定型二氧化硅为主要成分的产品。具有超轻质、分散性良好、高强、导热系数较低、表面活性极强、良好的抗拉、抗冲击、耐磨、耐候和抗腐蚀等性能。在FC中采用硅灰代替部分水泥，不但可以降低材料容重，还可以改善新拌FC浆体的工作性能和硬化后的密实度。且硅灰成本较低，属工业废弃物，变废为宝。

稻壳灰(RHA)：一般每生产1吨稻米就要产生大约0.2吨稻壳，焚烧后可产生40kg的RHA。稻壳中含有约20％的无定形硅，主要集中在稻壳外表面，少量分布在稻壳内表面。不少地方的农民把稻壳当作垃圾扔掉了，一些地方的农民把稻壳和稻草一起烧掉。这种处置方法极大地污染了环境。燃烧稻壳会产生大量二氧化碳，制造水泥也会产生大量二氧化碳。而通过控制燃烧条件下生成的稻壳灰具有很好的微集料填充效应和火山灰活性，用稻壳灰来取代部分水泥，掺入到FC中，就可以大大减少二氧化碳的排放，既环保又能变废为宝。

偏高岭土：也是高活性的火山灰质材料，在FC中的作用机理和硅灰等相似。由于其极高的火山灰活性，故有超级火山灰之称。高岭土在水泥行业中的应用是将高岭土在600～800℃条件下脱水除杂制得偏高岭土来作为掺合料。

而其它的掺合料如低钙粉煤灰、炉渣、硅藻土、碳酸钙粉、钢渣、膨润土等，虽然也能达到一定的性能要求，但与本发明的复合掺合料B相比，其制得的FC产品质量相对较差。

本发明以复合胶凝材料A和复合掺合料B为主要原料，通过复合材料的合理配比，并辅以其它辅料，使得本发明的制得的FC具有强度高、耐久性好、耐热性佳、干缩性小、抗裂性强、耐化学腐蚀性良好的优点。

进一步地，所述复合掺合料B的掺入量为所述复合胶凝材料A重量的30～40％。经过本发明的发明人的不断实验发现，复合掺合料B的掺入量为复合胶凝材料A重量的30～40％时，制得的FC产品综合性能更优良。

进一步地，所述聚丙烯纤维可以为短切纤维，优选为长度6～12mm的短切纤维。

进一步地，所述发泡剂可以为动物蛋白发泡剂；由于其性质特别稳定，最适合生产超轻质FC，尤其是体积密度150～300kg/m³的外墙外保温用轻质FC板。优选为动物蹄角发泡剂。

进一步地，所述稳泡剂可以为硅酮酰胺；兼具起泡和稳泡作用，效果持久，价格便宜。

进一步地，所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂。

进一步地，所述保水剂为水溶性高分子材料；优选为甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和聚丙烯酰胺(PAM)中的一种或多种。

进一步地，所述憎水剂为有机硅憎水剂或具有憎水效果的可再分散胶粉。

另一方面，提供一种所述的含复合掺合料的泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1)将发泡剂、稳泡剂按重量份称重，加水按1:20～40的稀释比加入发泡机中预先制备泡沫，备用；

2)按重量份称重将复合胶凝材料A、复合掺合料B、聚丙烯纤维、减水剂加入混合器中搅拌预混得到干粉料，再按水灰比0.2～0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；

3)将预制泡沫加入上述浆料中进行发泡，再加入保水剂、憎水剂，充分混合搅拌；

4)注入模具中，定型、脱模、养护，最终得到泡沫混凝土成品。

再一方面，提供一种所述的含复合掺合料的泡沫混凝土的应用，将所述泡沫混凝土的成品安装到建筑外墙或内墙上。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)本发明采用复合高活性火山灰质材料为掺合料制备泡沫混凝土，对水泥水化过程产生了积极的影响，因此制得的FC成品具有强度高、耐久性好、耐热性佳、干缩性小、抗裂性强、耐化学腐蚀性良好等特点，可用作外墙外保温系统以及某些有特殊要求(如早期强度高较高、耐热性好、耐腐蚀性好)的混凝土工程。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于下述实施例，任何在本发明的启示下得出的与本发明相同或相近似的产品，均在保护范围之内。(注：实施例中各原料的配比均为重量份数)

实施例1：

通过以下方法制备泡沫混凝土(FC)成品1

1)称取发泡剂1重量份、稳泡剂2重量份，加水60重量份的进行稀释，加入发泡机中预先制备泡沫，备用；

2)按重量份称重将复合胶凝材料A 100重量份、复合掺合料B 50重量份、聚丙烯纤维1.0重量份、减水剂1重量份加入混合器中搅拌预混得到干粉料，再按水灰比0.2～0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；

3)将预制泡沫加入上述浆料中进行发泡，再加入保水剂0.2重量份、憎水剂0.5重量份，充分混合搅拌；

4)注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到泡沫混凝土成品1。

实施例2：

通过以下方法制备泡沫混凝土(FC)成品2

1)称取发泡剂6重量份、稳泡剂0.5重量份，加水130重量份的进行稀释，加入发泡机中预先制备泡沫，备用；

2)按重量份称重将复合胶凝材料A 100重量份、复合掺合料B 30重量份、聚丙烯纤维0.1重量份、减水剂10重量份加入混合器中搅拌预混得到干粉料，再按水灰比0.2～0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；

3)将预制泡沫加入上述浆料中进行发泡，再加入保水剂0.8重量份、憎水剂0.1重量份，充分混合搅拌；

4)注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到泡沫混凝土成品2。

实施例3：

通过以下方法制备泡沫混凝土(FC)成品3

1)称取发泡剂3重量份、稳泡剂1重量份，加水80重量份的进行稀释，加入发泡机中预先制备泡沫，备用；

2)按重量份称重将复合胶凝材料A 150重量份、复合掺合料B 60重量份、聚丙烯纤维0.8重量份、减水剂5重量份加入混合器中搅拌预混得到干粉料，再按水灰比0.2～0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；

3)将预制泡沫加入上述浆料中进行发泡，再加入保水剂0.6重量份、憎水剂0.1重量份，充分混合搅拌；

4)注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到泡沫混凝土成品3。

实施例4：

通过以下方法制备泡沫混凝土(FC)成品4

1)称取发泡剂3重量份、稳泡剂1重量份，加水80重量份的进行稀释，加入发泡机中预先制备泡沫，备用；

2)按重量份称重将复合胶凝材料A 120重量份、复合掺合料B 45重量份、聚丙烯纤维0.8重量份、减水剂5重量份加入混合器中搅拌预混得到干粉料，再按水灰比0.2～0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；

3)将预制泡沫加入上述浆料中进行发泡，再加入保水剂0.6重量份、憎水剂0.3重量份，充分混合搅拌；

4)注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到泡沫混凝土成品4。

对比例1：

通过以下方法制备泡沫混凝土(FC)成品5

1)称取发泡剂3重量份、稳泡剂1重量份，加水80重量份的进行稀释，加入发泡机中预先制备泡沫，备用；

2)按重量份称重将硅酸盐水泥120重量份、偏高岭土45重量份、聚丙烯纤维0.8重量份、减水剂5重量份加入混合器中搅拌预混得到干粉料，再按水灰比0.2～0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；

3)将预制泡沫加入上述浆料中进行发泡，再加入保水剂0.6重量份、憎水剂0.3重量份，充分混合搅拌；

4)注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到泡沫混凝土成品5。

上述实施例和对比例中的重量份数优选以Kg(千克)计，也可以以g(克)或t(吨)计，只要保证混合均匀就能达到本发明的目的。

上述实施例中，复合胶凝材料A选用硅酸盐水泥PO 42.5和快硬型硫铝水泥，其重量比为90:10，其中，所述硅酸盐水泥PO 42.5也可以被硅酸盐水泥42.5R部分或全部替换。而且经发明人不断证实发现，硅酸盐水泥和快硬型硫铝水泥的重量份比例范围在(85～145):(5～15)均能达到本发明的目的，制备的FC制品早期强度均大大提高，而且大大减少了后期收缩和塌模的可能。

上述实施例中的，复合掺合料B为硅灰、稻壳灰、沸石粉和偏高岭土，其重量份比例为2:3:1:4。而且经发明人不断证实发现，当复合掺合料B选取的硅灰、稻壳灰、沸石粉和偏高岭土的重量份比例在(6～12)：(9～18)：(3～6)：(12～24)范围内时，也能达到本发明的目的，而重量比在2:3:1:4时，制得的FC制品的耐久性和干缩性等综合性能最优，其它比例范围的复合掺合料B获得的FC制品的的耐久性略差，但相差也不大，且制备的FC制品仍具有强度高、耐久性好、耐热性佳、干缩性小、抗裂性强、耐化学腐蚀性良好的优点。

上述实施例中，聚丙烯纤维选用长度6～12mm的短切纤维。

上述实施例中，发泡剂选用动物蹄角发泡剂，而其它性质稳定的动物蛋白发泡剂也能复合产品要求；生产的FC制品具有超轻质的特点，尤其是体积密度150～300kg/m³的外墙外保温用轻质FC板。

上述实施例中，稳泡剂选用硅酮酰胺，兼具起泡和稳泡作用，效果持久，价格便宜。

上述实施例中，减水剂为聚羧酸类高效减水剂。

上述实施例中，保水剂选用甲基纤维素(MC)，也可以选择其它水溶性高分子材料，例如：羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和聚丙烯酰胺(PAM)。

上述实施例中，憎水剂选用有机硅憎水剂，也可以为具有憎水效果的可再分散胶粉

按照JG/T 266-2011泡沫混凝土以及JC/T 2357-2016泡沫混凝土制品性能试验方法对上述实施例1～4及对比例1的FC产品进行进行性能测试，测试结果见表1。

表1 FC产品的技术性能测试结果

检测项目	标准要求	产品1	产品2	产品3	产品4	产品5
							导热系数(W/(m·k))	＜0.06	0.055	<u>0.052</u>	0.054	0.058	0.083
早期强度(3d)/MPa	≥17	20.3	19.4	19.8	18.7	16.8
							抗压强度MPa	≥0.1	0.20	0.22	0.18	0.15	0.062
吸水率/％	＜5	4.72	4.55	4.67	4.70	5.11
							耐火等级	A2	A2	A2	A2	A2	A2
干密度kg/m<sup>3</sup>	≤300	190	182	193	224	286
							空气隔声性能dB	≥45	46.5	48.7	47.2	46.2	45.1

由表1可知，本发明的实施例1～4制备的FC产品1～4的FC产品具有质轻、强度高、耐久性好、耐热性佳、干缩性小、抗裂性强、耐化学腐蚀性良好的优点，且后期不易收缩和塌模，而对比例1制得FC产品5的早期强度略差，且易收缩和塌模，其导热系数和吸水率也难以达到标准要求，容易受潮且保温性能相对较弱，同时FC产品5还存在耐久性差、耐热性差、干缩性大等问题。充分说明本发明制备的FC制品性能优良，复合胶凝材料A和复合掺合料B的选料、配比等选择合理。

综上，本发明采用的复合掺合料B具有高活性火山灰质性能，对水泥水化过程产生了积极的影响，因此制得的FC成品具有强度高、耐久性好、耐热性佳、干缩性小、抗裂性强、耐化学腐蚀性良好等特点，可用作外墙外保温系统以及某些有特殊要求(如早期强度高较高、耐热性好、耐腐蚀性好)的混凝土工程。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种含复合掺合料的泡沫混凝土，其特征在于，所述泡沫混凝土由如下重量份的原料组成：

其中，所述复合掺合料B为复合高活性火山灰质材料，所述复合掺合料B包括硅灰、稻壳灰、沸石粉和偏高岭土，其重量份比例为(6～12)：(9～18)：(3～6)：(12～24)；

所述复合胶凝材料A包括硅酸盐水泥和硫铝水泥，其重量份比例为(85～145):(5～15)；

所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂；

所述保水剂为水溶性高分子材料；

所述憎水剂为有机硅憎水剂或具有憎水效果的可再分散胶粉。

2.根据权利要求1所述的含复合掺合料的泡沫混凝土，其特征在于，所述硅灰、稻壳灰、沸石粉和偏高岭土的重量份比例为2：3：1：4。

3.根据权利要求1所述的含复合掺合料的泡沫混凝土，其特征在于，所述复合掺合料B的掺入量为所述复合胶凝材料A重量的30～40％。

4.根据权利要求1至3任一所述的含复合掺合料的泡沫混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为PO 42.5或PO 42.5R中的至少一种，所述硫铝水泥为快硬型硫铝水泥。

5.根据权利要求1至3任一所述的含复合掺合料的泡沫混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维为短切纤维；

和/或，所述发泡剂为动物蛋白发泡剂；

和/或，所述稳泡剂为硅酮酰胺。

6.一种权利要求1至5任一所述的含复合掺合料的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将发泡剂、稳泡剂按重量份称重，加水按1:20～40的稀释比加入发泡机中预先制备泡沫，备用；

2)按重量份称重将复合胶凝材料A、复合掺合料B、聚丙烯纤维、减水剂加入混合器中搅拌预混得到干粉料，再按水灰比0.2～0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；

3)将预制泡沫加入上述浆料中进行发泡，再加入保水剂、憎水剂，充分混合搅拌；

4)注入模具中，定型、脱模、养护，最终得到泡沫混凝土成品。

7.一种权利要求1至5任一所述的含复合掺合料的泡沫混凝土的应用，其特征在于，将所述泡沫混凝土的成品安装到建筑外墙或内墙上。