CN110128073A - 一种微孔结构泡沫轻质土及其制备方法 - Google Patents

一种微孔结构泡沫轻质土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微孔结构泡沫轻质土，由以下原料制成：胶凝材料、发泡泡沫、微硅粉、改性剂和水，胶凝材料、发泡泡沫、微硅粉、改性剂和水的质量比为：100:(0.51‑30.3):(0‑10):(0‑8):(61‑80)。本发明微孔结构泡沫轻质土可有效改善和提高泡沫轻质土中的孔结构，所生产的微孔结构泡沫轻质土气孔均匀、圆润，孔壁厚且紧致，毛细孔少，闭孔率高，闭孔效果好，强度高，保温隔热显著提高，透水率和吸水率低，并且可有效提高工业固体废弃物和尾矿的利用率，减少水泥利用量，降低生产成本，可广泛应用于路桥填筑、屋面保温、管线回填、大型填充及建筑构件制备等方面。

Description

一种微孔结构泡沫轻质土及其制备方法
技术领域
本发明涉及泡沫轻质土技术领域，更具体的说是涉及一种微孔结构泡沫轻质土及其制备方法。
背景技术
泡沫轻质土是通过化学或物理的方式根据应用需要将空气、氮气、二氧化碳或氧气等气体引入轻质土浆体中，而形成的含有大量细小的封闭气孔并具有相当强度的轻质土材料，因其具有密度小、质量轻、保温、隔音、抗震、环保、耐久、方便施工等特性，广泛应用于道路、隧道、房建、回填等领域。但是，泡沫轻质土的强度一直是它的弱点，随着应用领域的发展，对泡沫轻质土的应用要求在保障其密度小、质量轻、保温、隔音、抗震、环保、耐久、方便施工等特性的基础上，对其强度的要求也越来越高。
目前，通常采用控制泡沫轻质土的孔径来控制和提高其强度。虽然减小孔径有助于提高泡沫轻质土的强度，但相对的会造成泡沫轻质土的密度和质量增加，而且减小孔径也并非提高泡沫轻质土性能的充分条件，这也是行业中泡沫轻质土性能和质量参差不齐的原因所在。
因此，寻求一种强度高、抗震耐久且保温隔热隔音效果好的泡沫轻质土是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种微孔结构泡沫轻质土及其制备方法，该产品强度高、抗震能力强、保温隔热和隔音性能好、耐久性强、透水性和吸水率低。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种微孔结构泡沫轻质土，由以下原料制成：胶凝材料、发泡泡沫、微硅粉、改性剂和水；
所述胶凝材料、发泡泡沫、微硅粉、改性剂和水的质量比为： 100:(0.51-30.3):(0-10):(0-8):(61-80)。
本发明的有益效果在于：
本发明将胶凝材料与发泡泡沫配合使用，并添加微硅粉和改性剂，可有效减小宏孔孔径并且使气孔圆润、均匀，提高闭孔率和产品强度，降低吸水率，从而提高产品的性能和使用寿命。
申请人结合多年从业经验实践经验，通过对现场施工数据的收集整理和多年的跟踪回访调研追踪数据，发现泡沫轻质土中发泡剂气泡所形成的宏孔虽然对控制塌落、强度和容重起主要作用，但宏孔的孔壁上形成的毛细孔对产品的性能影响也非常大，特别是对产品后期性能的影响，严重影响产品的强度、透水性、吸水率、保温隔热和隔音等性能。申请人与本地高校合作建立校企合作试验室，经过试验、总结和不断尝试，研发了上述微孔结构泡沫轻质土，可有效封堵和降低毛细孔的形成，提高泡沫孔的闭孔率和闭孔效果，避免因毛细孔造成的泡沫轻质土后期强度显著降低，减少由于毛细孔引起的串孔率增加、造成的吸水透水严重、保温隔热隔音性能下降等情况发生。
进一步，上述胶凝材料为300目以上的水硬性胶凝材料微粉或超细微粉，优选为300-1000目；胶凝材料优选为由PO425水泥、粉煤灰、钼尾矿粉以质量比10:(0-9):(0-9)组成的混合物，更优选为由PO425水泥、粉煤灰、钼尾矿粉以质量比3：1：2组成的混合物，其中，钼尾矿粉为尾矿、矿渣或石粉等一般工业固体废弃物。
采用上述进一步的有益效果在于，以上胶凝材料可有效进一步提高轻质土中泡孔的结构，减少毛细孔5-10％，闭孔率显著提高，吸水率显著降低。
进一步，上述发泡泡沫是由发泡剂和水以质量比1:(50-100)制得；优选地，发泡剂为路桥专用发泡剂。
进一步，上述微硅粉的目数为1000目以上，优选为1000-2000目。
采用上述进一步的有益效果在于，微硅粉在产品硬化过程中能够起到润滑、调和和堵孔的作用，使宏孔的结构更加均匀圆润，极大地减小和闭塞宏孔壁间的毛细孔，进一步减少毛细孔10-20％，闭孔率进一步提高，吸水率进一步降低。
进一步，上述改性剂为氯化镁、无水硫酸钠、氯化钙、氯化钠或三乙醇胺中的任意一种。
采用上述进一步的有益效果在于，以上改性剂可有效提高气泡闭孔率和强度，并且与微硅粉结合，找强补强，产品强度可提高10-20％。后期激发产品中的游离氢氧化钙，与氢氧根离子结合，增加产品的密实度，修复毛细孔和凝胶孔，提高产品性能，延长产品寿命。
上述微孔结构泡沫轻质土的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述质量比称取各原料；
(2)将胶凝材料与水混合，并搅拌均匀，得到浆料；
(3)将步骤(2)得到的浆料、发泡泡沫和剩余的原料搅拌混合，并搅拌均匀，即得所述微孔结构泡沫轻质土。
本发明的有益效果在于：
通过对制备工艺方法的控制，可有效使1mm以下的微孔率达到95％以上，并且微孔结构泡沫轻质土的强度、抗震、耐久、保温隔热和隔音显著提高，透水性和吸水率极大降低。
进一步，上述步骤(3)中，发泡泡沫的制备方法为：将发泡剂与水混合后置于发泡机中进行发泡，即得发泡泡沫。
优选地，发泡过程中，发泡气压为0.6-0.8MPa，发泡泡沫的密度为 40-60kg/m3，沉降距为0-3mm(不大于3mm)，泌水量为0-25mL(不大于25mL)。
其中，沉降距是指泡沫柱在单位时间内沉降的距离，用来衡量泡沫稳定性；
泌水是指混凝土体积已经固定但还没有凝结之前水分产生向上的运动，主要是新拌混合物的集料颗粒不能吸收所有的拌和水引起的，泌水量是指单位体积的泡沫在1h后泌水的体积。
浇注时，恒压输送浇注，浇注口埋入微孔结构泡沫轻质土里面，出料时料口压力与外部压力匹配稳定，压力差不大于50KPA。
经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种微孔结构泡沫轻质土及其制备方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明的原料可有效改善和提高泡沫轻质土中的孔结构，所生产的泡沫轻质土气孔均匀、圆润，孔壁厚且紧致，毛细孔少，闭孔率高，闭孔效果好，产品强度高，保温隔热隔音性能好，有效降低透水吸水率，并且可有效提高工业固体废弃物和尾矿的利用率，减少水泥利用量，降低生产成本。
其中，微硅粉在产品硬化过程中，起到润滑、调和和堵孔作用，使宏孔的结构更加均匀圆润，封堵孔壁间的毛细孔，使孔壁致密坚韧，进一步减少宏孔间的毛细孔，提高闭孔率和闭孔效果。
改性剂可有效提高气泡韧性和产品强度，与微硅粉结合，找强补强效果显著增强，后期可有效激发产品中的游离氢氧化钙，与氢氧根离子结合，修复毛细孔和凝胶孔，提高产品性能，延长产品寿命。
2、本发明的原料与制备方法相结合，通过对泡沫稳定性的控制，可有效提高泡沫的粘聚力，并且泡沫细腻，极大地保障和提高了产品的性能，进一步结合对发泡和浇注工艺的控制，稳压稳流发泡、混泡和浇注，产品性能效果更好。
3、本发明制备的微孔结构泡沫轻质土1mm以下的微孔率可有效达到95％以上，且泡沫轻质土的强度、抗震、耐久、保温隔热和隔音显著提高，透水性和吸水率有效降低，闭孔率可有效提高20-30％，泡沫轻质土的硬化强度可有效提高10-20％，导热系数降低5-10％，透水性和吸水率降低5-10％。
4、本发明制备的微孔结构泡沫轻质土强度高、抗震能力强、保温隔热和隔音性能好、耐久性强、透水性和吸水率低，产品性能领先行业同产品性能，流值可有效控制在160-180mm，可广泛应用于路桥填筑、屋面保温、管线回填、大型填充及建筑构件制备等方面，具有很好的经济效益和社会价值，值得广泛推广应用。
具体实施方式
下面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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中，
组分中水的用量不包括发泡剂稀释用水；
发泡剂为路桥专用发泡剂，可为华泰HTL发泡剂、山东建新公司发泡剂或盛瑞发泡剂；
钼尾矿粉为尾矿、矿渣或石粉等一般工业固体废弃物。
公斤级是指泡沫轻质土的绝干容重。
实施例1
300公斤级微孔结构泡沫轻质土，由如下重量的原料制成：PO425水泥 250kg，发泡剂0.06kg，1000目微硅粉20kg，水175kg。
制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述微孔结构泡沫轻质土的质量称取各原料；
(2)将PO425水泥与水充分搅拌混合均匀，得到浆料；
(3)将发泡剂与水以1:60的质量比(水3.6kg)混合进行即时稀释，并加入发泡机中进行发泡，得到发泡泡沫；发泡过程中，发泡的泡沫密度稳定在42±2kg/m3，泡沫沉降距不大于3mm，泌水量不大于25mL，发泡气压控制在0.62±0.01MPa；
(4)将步骤(2)得到的浆料、步骤(3)得到的发泡泡沫和微硅粉搅拌混合均匀，通过常规工艺进行筑模或浇注即可。
经检测，实施例1制备的300公斤级微孔结构泡沫轻质土气孔圆润，1mm 以下的微孔率为95.2％，闭孔率为97.5％，抗压强度为0.5MPa，导热系数为 0.07W/(M.K)，吸水率为21.3％。
实施例2
某路桥项目用400公斤级微孔结构泡沫轻质土，由如下重量的原料制成： PO425水泥310kg，发泡剂0.5kg，1500目微硅粉25kg，氯化镁18kg，水220kg。
制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述微孔结构泡沫轻质土的质量称取各原料；
(2)采用华泰HT-18智能化大型泡沫混凝土生产设备，将PO425水泥与水充分搅拌混合均匀，得到浆料；
(3)将发泡剂与水以1:50的质量比(水25kg)混合进行即时稀释，并加入发泡机中进行发泡，得到发泡泡沫；发泡过程中，发泡的泡沫密度稳定在48±2kg/m3，泡沫沉降距不大于3mm，泌水量不大于25mL，发泡气压控制在0.7±0.01MPa；
(4)将步骤(2)得到的浆料、步骤(3)得到的发泡泡沫和1500目微硅粉、氯化镁搅拌混合均匀，通过软管泵泵送浇注，浇注口埋入泡沫轻质土里面，出料时料口压力与外部压力匹配稳定，压力差不大于50KPA。
经检测，实施例2制备的某路桥项目用400公斤级微孔结构泡沫轻质土气孔圆润，1mm以下的微孔率为97.6％，闭孔率为98.8％，抗压强度为1.0MPa，导热系数为0.09W/(M.K)，吸水率为13.8％。
实施例3
500公斤级微孔结构泡沫轻质土，由如下重量的原料制成：600目水硬性胶凝材料微粉380kg，发泡剂1kg，1000目微硅粉40kg，无水硫酸钠26kg，水270kg；
其中，水硬性胶凝材料微粉由PO425水泥、粉煤灰、铜尾矿粉按3：1：2 的质量比混合研磨至600目所得。
制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述微孔结构泡沫轻质土的质量称取各原料；
(2)将水硬性胶凝材料微粉与水充分搅拌混合均匀，得到浆料；
(3)将发泡剂与水以1:80的质量比(水80kg)混合进行即时稀释，并加入发泡机中进行发泡，得到发泡泡沫；发泡过程中，发泡的泡沫密度稳定在54±2kg/m3，泡沫沉降距不大于3mm，泌水量不大于25mL，发泡气压控制在0.78±0.01MPa；
(4)将步骤(2)得到的浆料、步骤(3)得到的发泡泡沫和1000目微硅粉、无水硫酸钠通过混泡器混合，通过软管泵泵送浇注，浇注口埋入泡沫轻质土里面，出料时料口压力与外部压力匹配稳定，压力差不大于50KPA。
经检测，实施例3制备的500公斤级微孔结构泡沫轻质土气孔圆润，1mm 以下的微孔率为97.9％，闭孔率为98.7％，抗压强度为1.2MPa，导热系数为 0.11W/(M.K)，吸水率为11.4％。
实施例4
800公斤级微孔结构泡沫轻质土，由如下重量的原料制成：1000目水硬性胶凝材料微粉600kg，发泡剂1.6kg，2000目微硅粉55kg，氯化钙40kg，水430kg；
其中，水硬性胶凝材料微粉由PO425水泥、粉煤灰、钼尾矿粉按3：1：2 的质量比混合研磨至1000目所得。
制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述微孔结构泡沫轻质土的质量称取各原料；
(2)采用华泰HT-18智能化大型泡沫混凝土生产设备，将水硬性胶凝材料微粉与水充分搅拌混合均匀，得到浆料；
(3)将发泡剂与水以1:100的质量比(水160kg)混合进行即时稀释，并加入发泡机中进行发泡，得到发泡泡沫；发泡过程中，发泡的泡沫密度稳定在58±2kg/m3，泡沫沉降距不大于3mm，泌水量不大于25mL，发泡气压控制在0.68±0.01MPa；
(4)将步骤(2)得到的浆料、步骤(3)得到的发泡泡沫和2000目微硅粉、氯化镁通过混泡器混合，通过软管泵泵送浇注，浇注口埋入泡沫轻质土里面，出料时料口压力与外部压力匹配稳定，压力差不大于50KPA。
经检测，实施例4制备的800公斤级微孔结构泡沫轻质土气孔圆润，1mm 以下的微孔率为99.9％，闭孔率为98.6％，抗压强度为1.2MPa，导热系数为 0.13W/(M.K)，吸水率为9.1％。
综上所述，实施例1-4制备的微孔结构泡沫轻质土普遍1mm以下的微孔率高且毛细孔少且微小。
以下对比例是与基于上述实施例2绝干容重下相对应的对比例。
对比例1
泡沫轻质土，由如下重量的原料制成：PO425水泥310kg，发泡剂0.5kg， 1000目微硅粉25kg，氯化镁18kg，水170kg。
其制备方法同实施例2。
经检测，所得泡沫轻质土气孔扁平，1mm以下的微孔率68.2％，闭孔率 81.5％，抗压强度0.77MPa，导热系数0.21W/(M.K)和吸水率15.5％。
对比例2
泡沫轻质土，由如下重量的原料制成：PO425水泥310kg，发泡剂4kg， 1000目微硅粉35kg，氯化镁28kg，水260kg。
其制备方法同实施例2。
经检测，所得泡沫轻质土1mm以下的微孔率82.4％，闭孔率79.6％，抗压强度0.83MPa，导热系数0.25W/(M.K)和吸水率16.7％。
对比例3
泡沫轻质土，其原料、重量同实施例2。
制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述泡沫轻质土的质量称取各原料；
(2)采用华泰HT-18智能化大型泡沫混凝土生产设备，将PO425水泥与水充分搅拌混合均匀，得到浆料；
(3)将发泡剂与水以1:50的质量比(水25kg)混合进行即时稀释，并加入发泡机中进行发泡，得到发泡泡沫；发泡过程中，发泡的泡沫密度稳定在30±1kg/m3，泡沫沉降距大于4mm，泌水量大于30mL，发泡气压控制在0.45 ±0.01MPa；
(4)将步骤(2)得到的浆料、步骤(3)得到的发泡泡沫和1500目微硅粉、氯化镁搅拌通过混泡器混合，通过软管泵泵送浇注。
经检测，所得泡沫轻质土1mm以下的微孔率67.3％，闭孔率78.4％，抗压强度0.82MPa，导热系数0.18W/(M.K)和吸水率17.2％。
该对比例的泡沫轻质土虽然毛细孔小，但大孔多、闭孔率低、连孔率高。
对比例4
泡沫轻质土，其原料、重量同实施例2。
制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按上述泡沫轻质土的质量称取各原料；
(2)采用华泰HT-18智能化大型泡沫混凝土生产设备，将PO425水泥与第一份水充分搅拌混合均匀，得到浆料；
(3)将发泡剂与水以1:50的质量比(水25kg)混合进行即时稀释，并加入发泡机中进行发泡，得到发泡泡沫；发泡过程中，发泡的泡沫密度稳定在70±1kg/m3，泡沫沉降距大于4mm，泌水量大于30mL，发泡气压控制在0.9 ±0.01MPa；
(4)将步骤(2)得到的浆料、步骤(3)得到的发泡泡沫和1500目微硅粉、氯化镁搅拌通过混泡器混合，并通过软管泵泵送浇注，浇注口埋入泡沫轻质土里面，出料时料口压力与外部压力匹配稳定，压力差大于70KPA。
经检测，所得泡沫轻质土气孔扁长，1mm以下的微孔率92.2％，闭孔率81.3％，抗压强度0.85MPa，导热系数0.11W/(M.K)和吸水率16.2％。
该对比例的泡沫轻质土虽然微孔率高，但是毛细孔明显，吸水率大、易塌落。
性能检测
将实施例2制得的微孔结构泡沫轻质土和对比例1-4所得泡沫轻质土进行性能测试(闭孔率、导热系数、抗压强度和系数率)，结果如表1所示：
表1性能测试结果
由表1可以看出，实施例2相对于对比例1-4，闭孔率和抗压强度明显提高，导热系数和吸水率明显降低，闭孔率可有效提高20-30％，泡沫轻质土的硬化强度可有效提高10-20％，导热系数降低5-10％，透水性和吸水率降低 5-10％。

Claims (10)

1.一种微孔结构泡沫轻质土，其特征在于，由以下原料制成：胶凝材料、发泡泡沫、微硅粉、改性剂和水；
所述胶凝材料、发泡泡沫、微硅粉、改性剂和水的质量比为：100:(0.51-30.3):(0-10):(0-8):(61-80)。
2.根据权利要求1所述的一种微孔结构泡沫轻质土，其特征在于，所述胶凝材料由PO425水泥、粉煤灰、钼尾矿粉以质量比10:(0-9):(0-9)组成。
3.根据权利要求1所述的一种微孔结构泡沫轻质土，其特征在于，所述胶凝材料的目数为300-1000目。
4.根据权利要求1所述的一种微孔结构泡沫轻质土，其特征在于，所述发泡泡沫是由发泡剂和水以质量比1:(50-100)制得。
5.根据权利要求1所述的一种微孔结构泡沫轻质土，其特征在于，所述微硅粉的目数为1000-2000目。
6.根据权利要求1所述的一种微孔结构泡沫轻质土，其特征在于，所述改性剂为氯化镁、无水硫酸钠、氯化钙、氯化钠或三乙醇胺中的任意一种。
7.一种微孔结构泡沫轻质土的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)按权利要求1-6任一项所述微孔结构泡沫轻质土的质量比称取各原料；
(2)将胶凝材料与水混合，并搅拌均匀，得到浆料；
(3)将步骤(2)得到的浆料、发泡泡沫和剩余的原料搅拌混合，并搅拌均匀，即得所述微孔结构泡沫轻质土。
8.根据权利要求7所述的一种微孔结构泡沫轻质土的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述发泡泡沫的制备方法为：将发泡剂与水混合后置于发泡机中进行发泡，即得所述发泡泡沫。
9.根据权利要求8所述的一种微孔结构泡沫轻质土的制备方法，其特征在于，所述发泡过程中，发泡气压为0.6-0.8MPa。
10.根据权利要求8所述的一种微孔结构泡沫轻质土的制备方法，其特征在于，所述发泡泡沫的密度为40-60kg/m3，沉降距为0-3mm，泌水量为0-25mL。
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