CN109336450B - 一种发泡水泥用发泡剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发泡水泥用发泡剂及其制备方法，由可再分散性乳胶粉、甲基纤维素醚、偏高岭土、钙基膨润土组成。本发明发泡剂制备简单，成本低，自身稳定性好，只在遇到碱性物质的情况下才会发生反应，易于储存和运输，在使用过程中通过体积收缩形成闭合气泡，不会产生任何危险气体，也不需要特殊搅拌装置进行急速搅拌和稳泡剂，发泡工艺简单，使用方便。本发明发泡剂容易与混凝土物料混合均匀，且气泡产生温和、均匀，所得发泡材料气孔尺寸均匀，连通气孔率较低，性能好。

Description

一种发泡水泥用发泡剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种发泡剂及其制备方法，具体涉及一种制备简单、稳定性好、发泡工艺简单的发泡水泥用发泡剂及其制备方法，属于发泡剂技术领域。

背景技术

发泡剂又称起泡剂、泡沫剂，是指能促进泡沫发生、形成闭孔或联孔结构材料的物质。发泡剂在一定条件下能在流体内部如水泥浆体、沥青、石膏浆体等形成封闭的泡孔，进而改善其性能。按照形成气孔方式的差异，发泡剂又包括物理发泡剂和化学发泡剂。物理发泡剂主要为具有两亲结构的蛋白质，其在水泥浆体中表现出较强的界面活性，蛋白质溶胶受到急速机械搅拌时，会有大量气体混入，形成相当量水-空气界面，溶液中蛋白分子吸附到这些界面上来，降低界面张力，促进界面形成；同时由于蛋白质部分肽链在界面上伸展开来，并通过肽链间（包括分子内和分子间）相互作用，形成一个二维保护网络，使界面膜得以加强，这样就能够促进泡沫的形成，并且泡沫形成以后能保持一定的时间，并具有一定的抗破坏能力。化学发泡剂是指可以与水泥浆料中的物质发生化学反应，并产生气体的物质，现今应用最广泛、工艺最成熟的化学发泡剂是铝粉，其次是双氧水。铝粉的作用机理为：2Al +2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂，双氧水的作用机理为：2H₂O₂ = 2H₂O + O₂。

目前报道的物理发泡剂和化学发泡剂均具有一定的缺点，物理发泡剂的缺点为：需要特殊设备进行急速机械搅拌；需要使用稳泡剂；成本较高。化学发泡剂的缺点为：铝粉在反应过程中生成易爆气体-氢气，造成了一定的安全隐患；双氧水为强氧化性危险化学药品，其储存和使用条件较为复杂；需要使用稳泡剂。

发明内容

针对现有发泡剂存在的不足，本发明提供了一种发泡水泥用发泡剂，该发泡剂具有很好的发泡性能，且自身稳定性较好，易于储存，在使用过程中不产生任何危险气体，也不需要特殊搅拌装置和稳泡剂，使用方便。

本发明还提供了上述发泡水泥用发泡剂的制备方法，该方法操作简单，易于实施，便于工业化推广应用。

本发明具体技术方案如下：

一种发泡水泥用发泡剂，该发泡剂由以下重量份的有效成分组成：可再分散性乳胶粉2~10份、甲基纤维素醚1~5份、偏高岭土10~30份、钙基膨润土65~85份。

进一步的，该发泡水泥用发泡剂优选由以下重量份的有效成分组成：可再分散性乳胶粉6份、甲基纤维素醚3份、偏高岭土16份、钙基膨润土75份。

进一步的，该发泡剂具有核壳结构，以偏高岭土和钙基膨润土的混合物制成的球形颗粒为核，以可再分散性乳胶粉和甲基纤维素醚的混合物为外壳，所述外壳均匀包裹在球形颗粒表面。球形颗粒的尺寸对发泡材料的孔尺寸（即气泡的尺寸）性能有影响，球形颗粒的尺寸优选为1~4mm，更优选为3 mm。外壳的厚度对球形颗粒的体积稳定性和发泡材料孔的球形度有影响，外壳的厚度优选为0.2~0.5mm，更优选为0.4 mm。

本发明还公开了上述发泡水泥用发泡剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将偏高岭土和钙基膨润土混合均匀，然后将该混合物料与水混合，吸水膨胀后制粒，得球形颗粒；

（2）将可再分散性乳胶粉和甲基纤维素醚混合均匀，所得混合物与步骤（1）的球形颗粒均匀混合，使可再分散性乳胶粉和甲基纤维素醚的混合物均匀包裹在球形颗粒表面，得到核壳结构的球形颗粒；

（3）将核壳结构的球形颗粒进行干燥，使其外壳硬化，即得发泡水泥用发泡剂。

进一步的，步骤（1）中，水的用量为偏高岭土和钙基膨润土总质量的2~4倍，以便这两者能够充分吸水膨胀并能够制成颗粒。一般的，加入水后静置45 min左右能实现这两者的吸水膨胀，然后可以进行制粒。优选的，球形颗粒的尺寸一般为1~4 mm，优选为3 mm。

进一步的，步骤（1）中，制粒可以采用现有技术中报道的制粒设备进行，例如成球机。

进一步的，步骤（2）中，偏高岭土和钙基膨润土吸水后制得的球形颗粒是含有大量水分的，所以可再分散性乳胶粉和甲基纤维素醚粉末很容易粘附在其表面，并且在粘附过程中水分会由内向外渗透，因此可以不断的粘附粉末，直到达到所需的外壳厚度。

进一步的，步骤（3）中，将核壳结构的球形颗粒在100-110℃下进行干燥，使其外壳迅速硬化，即得发泡水泥用发泡剂。

本发明发泡水泥用发泡剂的发泡机理为：钙基膨润土和偏高岭土混合物加水拌合后吸水膨胀（钙基膨润土饱和吸水后体积增大20~30倍），使用制粒设备将吸水膨胀后的钙基膨润土和偏高岭土制成颗粒并在颗粒表面包裹一层可再分散性乳胶粉与甲基纤维素醚的混合物外壳，形成“核壳结构”的发泡剂。该发泡剂与水泥浆体均匀拌合后，在碱性环境下可再分散性乳胶粉稳定性优于甲基纤维素醚，碱性环境下甲基纤维素醚会发生水解，结构失效，形成多孔的外壳，进而暴露出内部的钙基膨润土和偏高岭土。钙基膨润土和偏高岭土在水泥水化产生的碱性物质（氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙）的作用下结构破坏，水分释放，体积收缩，因此在发泡剂原先占据的空间形成闭合气泡，进而达到发泡的目的。

本发明发泡剂制备简单，成本低，自身稳定性好，只在遇到碱性物质的情况下才会发生反应，易于储存和运输，在使用过程中通过体积收缩形成闭合气泡，不会产生任何危险气体，也不需要特殊搅拌装置进行急速搅拌和稳泡剂，发泡工艺简单，使用方便。本发明发泡剂容易与混凝土物料混合均匀，且气泡产生温和、均匀，所得发泡材料气孔尺寸均匀，连通气孔率较低，保温等性能好。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明，下述说明仅是示例性的，并不对其内容进行限制。

下述实施例中，所用可再分散性乳胶粉最低成膜温度为15±2℃，pH值为6~6.5，细度（过150目方孔筛，筛余量）为5~10%。（检测方法：GB/T 29594-2013 可再分散性乳胶粉）。

下述实施例中，所用甲基纤维素醚的粘度为5×10⁴~8×10⁴ mPa·s, pH值为5.5~6.5，细度（过150目方孔筛，筛余量）为10~15%。（检测方法：JC/T 2190-2013 建筑干混砂浆用纤维素醚）。

下述实施例中，所用偏高岭土为高岭土在650~700℃煅烧制得，细度（过150目方孔筛，筛余量）为1~5%。

下述实施例中，所用钙基膨润土吸水率为260~400%，细度（过150目方孔筛，筛余量）为5~15%。

实施例1

发泡水泥用发泡剂配方为（重量份）：可再分散性乳胶粉6份、甲基纤维素醚3份、偏高岭土16份、钙基膨润土75份。

制备方法为：

1、将可再分散性乳胶粉和甲基纤维素醚混合均匀，记为A料，备用；

2、将偏高岭土和钙基膨润土混合均匀，记为B料，备用；

3、将B料与其质量3倍的自来水混合均匀，静置45分钟，使偏高岭土和钙基膨润土充分吸水膨胀，得到糊状混合物；

4、将步骤3中静置后的混合物置于成球机中制粒，得到球形颗粒；

5、将配方量的A料均匀撒入成球机中，使A料均匀包裹在球形颗粒表面，再进行成球，得到“核壳结构”的球形体。

6、将步骤5得到的核壳结构的球形体置于105℃环境中快速干燥，得到发泡水泥用发泡剂。该发泡剂的球形核的尺寸为3 mm，外壳的厚度为0.4 mm，发泡剂尺寸为3.8 mm。

实施例2

发泡水泥用发泡剂配方为（重量份）：可再分散性乳胶粉2份、甲基纤维素醚5份、偏高岭土10份、钙基膨润土83份。制备方法同实施例1。

实施例3

发泡水泥用发泡剂配方为（重量份）：可再分散性乳胶粉10份、甲基纤维素醚1份、偏高岭土24份、钙基膨润土65份。制备方法同实施例1。

实施例4

发泡水泥用发泡剂配方为（重量份）：可再分散性乳胶粉2份、甲基纤维素醚1份、偏高岭土30份、钙基膨润土67份。制备方法同实施例1。

实施例5

按照实施例1的方法制备发泡水泥用发泡剂，不同的是：水的用量为A料质量的2倍。所得发泡剂的球形核的尺寸为3 mm，外壳的厚度为0.4 mm，发泡剂尺寸为3.8 mm。

实施例6

按照实施例1的方法制备发泡水泥用发泡剂，不同的是：所得发泡剂的球形核的尺寸为4 mm，外壳的厚度为0.2 mm，发泡剂尺寸为4.4 mm。

实施例7

按照实施例1的方法制备发泡水泥用发泡剂，不同的是：所得发泡剂的球形核的尺寸为1 mm，外壳的厚度为0.5 mm，发泡剂尺寸为2 mm。

对比例1

发泡水泥用发泡剂配方同实施例1。

制备方法为：将可再分散性乳胶粉、甲基纤维素醚、偏高岭土、钙基膨润土混合均匀，加入其总质量3倍的自来水，静置45min，然后将该混合物置于成球机中，得到球形颗粒，即为发泡剂，尺寸为3.8 mm。

对比例2

按照实施例1的方法制备发泡水泥用发泡剂，不同的是发泡水泥用发泡剂配方为（重量份）：可再分散性乳胶粉15份、甲基纤维素醚10份、偏高岭土20份、钙基膨润土55份。

该发泡剂的球形核的尺寸为3 mm，外壳的厚度为0.4 mm，发泡剂尺寸为3.8 mm。

对比例3

发泡水泥用发泡剂配方为（重量份）：乳胶粉6份、羟乙基纤维素醚3份、高岭土16份、钠基膨润土75份。

制备方法为：

1、将乳胶粉和羟乙基纤维素醚混合均匀，记为A料，备用；

2、将高岭土和钠基膨润土混合均匀，记为B料，备用；

3、将B料与其质量3倍的自来水混合均匀，静置45分钟，使高岭土和钠基膨润土充分吸水膨胀，得到糊状混合物；

4、将步骤3中静置后的混合物置于成球机中制粒，得到球形颗粒；

5、将配方量的A料均匀撒入成球机中，使A料均匀包裹在球形颗粒表面，再进行成球，得到“核壳结构”的球形体。

6、将步骤5得到的核壳结构的球形体置于105℃环境中快速干燥，得到发泡水泥用发泡剂。该发泡剂的球形核的尺寸为3 mm，外壳的厚度为0.4 mm，发泡剂尺寸为3.8 mm。

本发明发泡剂容易与混凝土物料混合均匀，且气泡产生温和、均匀，在使用过程中不产生任何危险气体，也不需要特殊搅拌装置和稳泡剂，使用方便，所得发泡材料气孔尺寸均匀，连通气孔率较低，保温等性能好。为了验证本发明发泡剂的性能，进行以下试验。

1、制备发泡材料：分别以上述实施例和对比例制得的发泡剂制备发泡材料，步骤为：

1）将发泡剂7份（重量份）、水24份（重量份）、减水剂0.8份（重量份）加入UJZ-15型立式搅拌机（转速45 r/min）搅拌1分钟；

2）将硅酸盐水泥48份（重量份）、矿粉20份（重量份）、可再分散性乳胶粉0.2份（重量份）加入上述搅拌机（转速45 r/min）搅拌2分钟，即得发泡材料。

2、将上述搅拌均匀的发泡材料物料置于模具中成型，之后置于水泥混凝土标准养护室养护3天，利用Xradia 520 Versa 型X射线断层扫描仪测定其气孔尺寸范围与连通气孔率，使用IMDRY3001智能型双平板导热系数测定仪测定其导热系数。所得试验数据如下表1所示：

由以上试验可以看出，本发明发泡剂无需急速的机械搅拌和稳泡剂，气泡产生均匀、温和,连通气孔率较低，保温性能较好。

Claims (10)

1.一种发泡水泥用发泡剂，其特征是由以下重量份的有效成分组成：可再分散性乳胶粉2~10份、甲基纤维素醚1~5份、偏高岭土10~30份、钙基膨润土65~85份；按以下方法制得：

（1）将偏高岭土和钙基膨润土混合均匀，然后将该混合物料与水混合，吸水膨胀后制粒，得球形颗粒；

（2）将可再分散性乳胶粉和甲基纤维素醚混合均匀，所得混合物与步骤（1）的球形颗粒均匀混合，使可再分散性乳胶粉和甲基纤维素醚的混合物均匀包裹在球形颗粒表面，得到核壳结构的球形颗粒；

（3）将核壳结构的球形颗粒进行干燥，使其外壳硬化，即得发泡水泥用发泡剂。

2.根据权利要求1所述的发泡水泥用发泡剂，其特征是由以下重量份的有效成分组成：可再分散性乳胶粉6份、甲基纤维素醚3份、偏高岭土16份、钙基膨润土75份。

3.根据权利要求1所述的发泡水泥用发泡剂，其特征是：所述发泡水泥用发泡剂具有核壳结构，以偏高岭土和钙基膨润土的混合物制成的球形颗粒为核，以可再分散性乳胶粉和甲基纤维素醚的混合物为外壳，所述外壳均匀包裹在球形颗粒表面。

4.根据权利要求3所述的发泡水泥用发泡剂，其特征是：所述球形颗粒的尺寸为1~4mm。

5.根据权利要求4所述的发泡水泥用发泡剂，其特征是：所述球形颗粒的尺寸为3 mm。

6.根据权利要求3所述的发泡水泥用发泡剂，其特征是：所述外壳的厚度为0.2~0.5mm。

7.根据权利要求6所述的发泡水泥用发泡剂，其特征是：所述外壳的厚度为0.4 mm。

8.一种权利要求1-7中任一项所述的发泡水泥用发泡剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）将偏高岭土和钙基膨润土混合均匀，然后将该混合物料与水混合，吸水膨胀后制粒，得球形颗粒；

（2）将可再分散性乳胶粉和甲基纤维素醚混合均匀，所得混合物与步骤（1）的球形颗粒均匀混合，使可再分散性乳胶粉和甲基纤维素醚的混合物均匀包裹在球形颗粒表面，得到核壳结构的球形颗粒；

（3）将核壳结构的球形颗粒进行干燥，使其外壳硬化，即得发泡水泥用发泡剂。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，水的用量为偏高岭土和钙基膨润土总质量的2~4倍。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征是：步骤（3）中，干燥温度为100-110℃。