CN108911633A - 泡沫混凝土及其制备方法和由该混凝土砌筑的建筑墙板 - Google Patents

泡沫混凝土及其制备方法和由该混凝土砌筑的建筑墙板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种泡沫混凝土及其制备方法和由该混凝土砌筑的建筑墙板，涉及建筑墙体技术领域，其解决了现有泡沫混凝土保温性能的提升效果较差的问题。其技术要点是，一种泡沫混凝土，按重量份数计，包括以下组分：硅酸盐水泥10‑20份、水10‑20份、表面活性剂1‑2份、蛋白发泡剂2‑8份、建筑胶粘剂1‑5份以及其他加工助剂，其以此通过称水、初混、发泡、加泡以及终混制备而成，具有良好的保温性能和机械性能。

Description

泡沫混凝土及其制备方法和由该混凝土砌筑的建筑墙板
技术领域
本发明涉及建筑墙体技术领域，特别涉及一种泡沫混凝土及其制备方法和由该混凝土砌筑的建筑墙板。
背景技术
随着我国经济持续高速发展以及相对偏高的能源消耗强度，能源危机迫在眉睫，因此必须高度重视节能减排问题，建筑节能则是我国节能减排的一个重点领域。近几年来，随着建筑节能政策的驱动和科学技术的不断进步，建筑节能技术有了飞速发展。
由于具有防火、轻质、保温、隔热等优点，泡沫混凝土在众多保温材料中脱颖而出。泡沫混凝土是采用机械方式将发泡剂充分发泡，而后将产生的泡沫加入到含水泥及各种外加剂等组成的水泥料浆中搅拌，硬质颗粒粘附到泡沫外壳，使其变成互相隔开的单个气泡，形成的多孔混合料在常温下稠化凝结形成坯体，在蒸压或蒸养下硅质、钙质材料产生水热反应，形成胶凝物质，逐渐变为具有一定机械强度和其它物理性能的多孔材料。泡沫混凝土的突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使得其制成的建筑墙板具有轻质和保温隔热性能优良的特点。
虽然现今各国学者对泡沫混凝土的相关研究已经较系统全面，相关研究成果也较多，但目前现有的泡沫混凝土在水泥料浆搅拌过程中，水泥料浆中的水泥颗粒会与泡沫不断发生摩擦，有较多的泡沫在水泥料浆搅拌时被击破，使得最终生成的泡沫混凝土中的泡沫孔数量与实际加入的泡沫量相差较多，从而导致泡沫混凝土保温性能的提升效果较差。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种泡沫混凝土，其解决了现有泡沫混凝土保温性能的提升效果较差的问题，具有节能环保的特点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种泡沫混凝土，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
采用上述方案，表面活性剂中的具有极性基团与非极性基团，而硅酸盐水泥的分子表面分布有硅醇基，该硅醇基能与表面活性剂的极性基团氢键结合，使得表面活性剂包覆在硅酸盐水泥的表面；而蛋白发泡剂是一类表面活性物质，其能够长时间不消泡并与表面活性剂结合，进而使得消泡剂产生的泡沫较好的分散于硅酸盐水泥颗粒之间，与此同时减少硅酸盐水泥颗粒与蛋白发泡剂的直接接触，不但减少泡沫被击破的数量，还能使得表面活性剂和蛋白发泡剂发生协同作用，增加硅酸盐水泥中的泡沫量，从而有效改善泡沫混凝土保温性能的提升效果，具有节能环保的特点。
进一步优选为：所述表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂。
采用上述方案，季铵盐阳离子表面活性剂的分子中含有氮原子，对硅酸盐水泥的颗粒具有较强的成键能力和吸附作用，从而增加了硅酸盐水泥颗粒的分散性能，使得泡沫稳定的分散于硅酸盐水泥颗粒之间；
此外，季铵盐阳离子表面活性剂在水中能电离出正离子并吸附在微生物表面，改变微生物细胞壁的通透性，再利用其分子表面的疏水基和亲水基分别深入微生物细胞的类脂层和蛋白层，导致微生物中的酶失去活性，以此对泡沫混凝土中的微生物进行杀灭，降低微生物在泡沫混凝土中滋生的可能性，减少微生物对泡沫混凝土的侵蚀。
进一步优选为：所述蛋白发泡剂为茶皂素和皂角苷中的一种或两种的混合物。
采用上述方案，茶皂素和皂角苷均为植物蛋白发泡剂，其产生的泡沫具有优异的稳定性，能够长时间不消泡且不易合并串联，所以其产生的泡沫最终在泡沫混凝土内形成的气孔是独立和封闭的；此外，上述蛋白发泡剂的分子结构较大，在气泡表面定向排列后形成的分子间氢键作用力强，从而使得其在硅酸盐水泥颗粒之间形成的液膜粘度大且韧性好，增加泡沫的稳定性和细密性。
进一步优选为：所述建筑胶粘剂为聚氨酯。
采用上述方案，聚氨酯分子中含有强极性氨基甲酸酯基团，能与硅酸盐水泥表面的极性基团紧密结合，从而使得硅酸盐水泥颗粒之间的黏结强度增加，使得泡沫混凝土能够牢固的粘接于建筑墙体上；此外，聚氨酯强极性基团还能增加硅酸盐水泥与表面活性剂和蛋白发泡剂之间的连接强度，使得泡沫稳定的流动于硅酸盐水泥颗粒之间，有效增加泡沫混凝土在凝结状态时的保温性能。
进一步优选为：所述泡沫混凝土还包括2-6份的短纤维。
采用上述方案，短纤维掺入硅酸盐水泥中能较好的增加其制成的泡沫混凝土在凝结状态时的结构强度，降低其发生开裂的可能性，相对于长纤维，短纤维又能较好的分散于硅酸盐水泥颗粒之间。
进一步优选为：所述短纤维为耐碱玻璃纤维和碳纤维的混合物。
进一步优选为：所述耐碱玻璃纤维和碳纤维的重量比为3：1。
采用上述方案，耐碱玻璃纤维中含有16％的ZrO2，碳纤维由片状石墨微晶等有机纤维沿轴向方向堆砌而成，两者热膨胀系数小、具有良好的耐碱性能，在表面活性剂的作用下能够均匀的分散于硅酸盐水泥中并稳定存在，使得凝结后的泡沫混凝土具有良好的机械性能。
进一步优选为：所述泡沫混凝土还包括0.1-0.5份的多巴胺。
采用上述方案，硅酸盐水泥砂浆通常呈弱碱性，多巴胺在碱性环境中会形成聚多巴胺，而聚多巴胺具有强粘附性又富含各种官能团，其与硅酸盐水泥以及短纤维共混时能够生成聚多巴胺功能化短纤维，再利用聚多巴胺功能化短纤维上的聚多巴胺的反应性即还原性，其分子表面进行二次功能化，从而使得硅酸盐水泥颗粒之间、短纤维的纤维束之间能够各自快速均匀的散开，使得各组分之间混合均匀，有效提高泡沫混凝土的机械性能；
此外，经过聚多巴胺修饰后的短纤维还能使得发泡剂产生的泡沫稳定的挂合于短纤维的纤维束之间，降低短纤维在搅拌过程中将泡沫刺破的可能性，保证泡沫混凝土在凝结状态时的良好的保温性能。
本发明的第二个目的是提供所述泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：
a、称水：称取10-20份的水，分成等质量的两部分；
b、初混：称取10-20份的硅酸盐水泥和1-2份的表面活性剂置于搅拌机中，取a中的其中一部分水倒入该搅拌机中，搅拌至混合均匀，获得初混料；
c、发泡：取a中的另一部分水倒入中转桶中，往该中转桶中加入2-8份的蛋白发泡剂，搅拌至蛋白发泡剂发泡完全；
d、加泡：将c中的发泡液倒入b中的搅拌机中，搅拌至泡沫均匀分散于初混料中，获得发泡浆料；
e、终混：称取将1-5份的建筑胶粘剂以及其他加工助剂，将其置于d中的发泡浆料中并搅拌均匀，获得未凝结的泡沫混凝土。
采用上述方案，将表面活性剂先与硅酸盐水泥混合均匀，便于表面活性剂先均匀的包覆于硅酸盐水泥颗粒的表面，蛋白发泡剂在加入时，减少硅酸盐水泥颗粒在搅拌过程中对泡沫的击破量，增加泡沫混凝土保温性能的提升效果，同时还有助于泡沫快速均匀的散开，提高各组分之间的混合效率；最后再加入建筑胶粘剂和其他加工助剂，从而减少添加其他助剂对泡沫混凝土中泡沫的影响。
本发明的另一个目的是提供一种建筑墙板，包括水泥基层、预埋于水泥基层中并凸出于其外壁的若干预埋件以及由所述泡沫混凝土砌筑于水泥基层外壁上的保温层，且所述预埋件凸出于水泥基层的一侧埋设于保温层中。
采用上述方案，保温层通过若干预埋件牢固的连接于水泥基层的外侧，水泥基层为保温层提供良好的支撑作用，保温层使用上述泡沫混凝土砌筑而成，从而使得其最后制备所得的建筑墙板具有良好的保温性能和机械性能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过在硅酸盐水泥中同时添加表面活性剂和蛋白发泡剂，不但能减少泡沫被击破的数量，同时还增加硅酸盐水泥中的泡沫量，从而增加泡沫混凝土保温性能的提升效果，具有节能环保的特点；
2、本发明通过在硅酸盐水泥中添加短纤维和多巴胺，在保证泡沫混凝土良好的保温性能的同时，有效增加了泡沫混凝土在凝结状态时的机械性能。
附图说明
图1为泡沫混凝土的制备方法；
图2为建筑墙板的内部结构示意图。
图中，1、水泥基层；2、预埋件；3、保温层。
具体实施方式
需要说明的是，本发明中所使用硅酸盐水泥、表面活性剂、蛋白发泡剂、建筑胶粘剂、短纤维、多巴胺以及在制备泡沫混凝土时用到的设备均为市售产品。
其中，表面活性剂可以为十二烷基苯磺酸钠等阴离子表面积活性剂、季铵盐阳离子表面活性剂、甜菜碱等两性离子表面活性剂、脂肪酸甘油酯等非离子表面活性剂，其中本发明中优选为季铵盐阳离子表面活性剂，具体为苯扎氯胺。
蛋白发泡剂可以为植物蛋白型发泡剂或动物型发泡剂，本发明中优选为植物蛋白型发泡剂，具体为茶皂素和皂角苷中的一种或两种的混合物。
建筑胶粘剂可以为聚硫橡胶、氯丁橡胶、丙烯酸等，本发明中优选为聚氨酯。
短纤维可以为玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等，本发明中优选为耐碱玻璃纤维和碳纤维的混合物，且耐碱玻璃纤维和碳纤维的重量比为3：1，且两者的纤维长度为35-40mm。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明中泡沫混凝土的制备方法，参见图1，包括如下步骤：
a、称水：称取10-20份的水，分成等质量的两部分；
b、初混：称取10-20份的硅酸盐水泥和1-2份的表面活性剂置于搅拌机中，取a中的其中一部分水倒入该搅拌机中，在25±5℃、300-350r/min的条件下搅拌至混合均匀，获得初混料；
c、发泡：取a中的另一部分水倒入中转桶中，往该中转桶中加入2-8份的蛋白发泡剂，在25±5℃、300-350r/min的条件下搅拌至蛋白发泡剂发泡完全；
d、加泡：将c中的发泡液倒入b中的搅拌机中，在25±5℃、300-350r/min的条件下搅拌至泡沫均匀分散于初混料中，获得发泡浆料；
e、终混：称取将1-5份的建筑胶粘剂以及其他加工助剂，将其置于d中的发泡浆料中，在60±5℃、500-560r/min的条件下搅拌均匀，获得未凝结的泡沫混凝土；
其中，步骤e中提及的其他加工助剂为2-6份的短纤维和0.1-0.5份的多巴胺，其加入至d中的发泡浆料前先置于小型搅拌机中，在60±5℃、500-560r/min的条件下搅拌2h。
实施例1-实施例11
实施例1-实施例11均在上述泡沫混凝土的制备方法的基础上制备相应的泡沫混凝土，其区别之处在于，各个实施例中所用到的组分以及各组分的重量存在不同，具体各个实施例的组分以及各组分的重量如下表所示，重量单位为kg。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，本对比例中未添加苯扎氯胺，并添加3.0kg的茶皂素。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，本对比例中未添加茶皂素，并添加3.0kg的苯扎氯胺。
对比例3
与实施例1的不同之处在于，本对比例中添加的表面活性剂为脂肪酸甘油酯。
对比例4
与实施例9的不同之处在于，本对比例中添加的短纤维为2kg的耐碱玻璃纤维。
对比例5
与实施例9的不同之处在于，本对比例中添加的短纤维为2kg的碳纤维。
对比例6
与实施例9的不同之处在于，本对比例中添加的短纤维为0.5kg的耐碱玻璃纤维和1.5kg的碳纤维。
将上述实施例1至实施例11以及对比例1至对比例6中的泡沫混凝土进行如下性能测试：
1、导热系数：按照GB/T 10294-2008的标准测定；
2、抗压强度：按照GB/T 50081-2002中的标准测定。
检测结果如下表：
参照上表，将实施例1至实施例11的结果进行比较，可以得到，添加短纤维能有效增加泡沫混凝土的抗压强度，且当短纤维和多巴胺同时添加时，泡沫混凝土既能保证其原有优良的保温性能，又能有效改善其机械性能。
将对比例1、对比例2、对比例3分别与实施例1进行比较，可以得到，当苯扎氯胺和茶皂素同时使用时，能够有效减小泡沫混凝土的导热系数，因此当表面活性剂和蛋白发泡剂同时使用，尤其是季铵盐阳离子表面活性剂和植物蛋白发泡剂同时使用时，两者能发生协同作用，有效改善泡沫混凝土保温性能的提升效果；
将对比例4、对比例5、对比例6分别与实施例9进行比较，可以得到，当耐碱玻璃纤维和碳纤维同时使用且两者的重量比在3：1时，泡沫混凝土的导热系数不受影响，同时还能有效增加其抗压强度，以此能够有效提高泡沫混凝土的保温性能和机械性能。
综上，本发明同时添加表面活性剂和蛋白发泡剂，能够有效增加泡沫混凝土保温性能的提升效果，具有节能环保的特点；此外，本发明通过在硅酸盐水泥中添加短纤维和多巴胺，在保证泡沫混凝土良好的保温性能的同时，有效增加了泡沫混凝土在凝结状态时的机械性能。
本发明中的建筑墙板，参见图2，包括水泥基层1、若干预埋件2和保温层3。
其中，水泥基层1的混凝土强度等级为C30；预埋件2的纵截面呈H字形，其一部分预埋于水泥基层1中，其另一部分凸出在水泥基层1的外壁；保温层3由上述泡沫混凝土砌筑而成，其与水泥基层1的外壁固定粘接，且预埋件2凸出于水泥基层1外壁的一侧埋设于保温层3中，从而增加水泥基层1和保温层3之间的连接强度。
在制备该建筑墙板时，先将预埋件2均匀放置于模具中，再将用于成型水泥基层1的水泥砂浆铺设于模具中，待其自然凝结成板状的水泥基层1后，再将本发明中的泡沫混凝土砌筑于水泥基层1在凸出有预埋件2的一侧，随后待泡沫混凝土自然凝结成板状的保温层2，即得建筑墙板。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种泡沫混凝土，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述蛋白发泡剂为茶皂素和皂角苷中的一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述建筑胶粘剂为聚氨酯。
5.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述泡沫混凝土还包括2-6份的短纤维。
6.根据权利要求5所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述短纤维为耐碱玻璃纤维和碳纤维的混合物。
7.根据权利要求6所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述耐碱玻璃纤维和碳纤维的重量比为3：1。
8.根据权利要求5所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述泡沫混凝土还包括0.1-0.5份的多巴胺。
9.根据权利要求1所述的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、称水：称取10-20份的水，分成等质量的两部分；
b、初混：称取10-20份的硅酸盐水泥和1-2份的表面活性剂置于搅拌机中，取a中的其中一部分水倒入该搅拌机中，搅拌至混合均匀，获得初混料；
c、发泡：取a中的另一部分水倒入中转桶中，往该中转桶中加入2-8份的蛋白发泡剂，搅拌至蛋白发泡剂发泡完全；
d、加泡：将c中的发泡液倒入b中的搅拌机中，搅拌至泡沫均匀分散于初混料中，获得发泡浆料；
e、终混：称取将1-5份的建筑胶粘剂以及其他加工助剂，将其置于d中的发泡浆料中并搅拌均匀，获得未凝结的泡沫混凝土。
10.一种建筑墙板，其特征在于，包括水泥基层(1)、预埋于水泥基层(1)中并凸出于其外壁的若干预埋件(2)以及由权利要求1中所述的泡沫混凝土砌筑于水泥基层(1)外壁上的保温层(3)，且所述预埋件(2)凸出于水泥基层(1)的一侧埋设于保温层(3)中。
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