CN110386786A - 一种泡沫混凝土及砌块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫混凝土及砌块。这种泡沫混凝土，包括水泥料浆，还包括占水泥料浆质量百分比为0.01％～0.05％的发泡剂；其中发泡剂包括以下的组分：聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉、表面活性剂。本发明还公开了一种使用该泡沫混凝土制备得到的砌块。本发明提供的泡沫混凝土或砌块，制备工艺简单，产品的性能优良，相比现有的泡沫混凝土材料，其水泥耗用量少，成本更低，适合推广使用，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种泡沫混凝土及砌块

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种泡沫混凝土及砌块。

背景技术

随着科技的发展和混凝土技术的进步，混凝土外加剂成为了高性能混凝土材料不可缺少的重要组分部分。通过在混凝土中加入化学外加剂，可以改善混凝土的内部结构，提高混凝土的性能。

发泡剂又名起泡剂，是能促进泡沫以形成闭孔或者联孔结构的物质。在特定的条件下，通过化学反应变化或者物理方法处理，使其在短时间内形成大量均匀、稳定的泡沫。将发泡剂引入混凝土中，在混凝土内部产生微小密闭的均匀气泡，可以形成轻质、高强、保温、隔热、抗震等优良特性的泡沫混凝土。泡沫混凝土可应用于砌块、轻质墙板、墙体保护隔热层、隔音材料、夹芯构件、路桥加固、跑道修建、垃圾掩盖等方面。但是，目前泡沫混凝土还存在一些问题，包括料浆稳定性差、硬化后气泡不均匀、强度偏低、易开裂、易吸水等。影响泡沫混凝土的性能因素有很多，包括组成原料、配合比、发泡剂类型、工艺、制备设备等。

应用于泡沫混凝土的发泡剂种类很多，包括有松香皂类发泡剂、合成类表面活性剂型发泡剂、动物蛋白发泡剂、植物蛋白发泡剂等。经历了几十年的发展，发泡剂的成分也由单一成分逐渐向多成分复合发展。目前所用的发泡剂，存在用量大成本高的问题，而且其搅拌混合时，气泡容易团聚，导致尺寸增大，因而导致泡沫不稳定。现有文献中，也提及使用纳米粒子作为稳泡剂的纳米发泡剂，但是这些纳米发泡剂的成本高昂，不适合大量生产使用。因此，如何开发出一种成本低廉、泡沫稳定的发泡剂用于泡沫混凝土中，是建筑领域工作者关注的重点问题。

另一方面，现在的泡沫混凝土材料常采用天然砂作为细骨料。而目前随着社会经济的发展，废弃资源特别多，包括污泥、烟灰等，这些原料如果作为垃圾丢弃，不仅会污染环境，而且还占用土地资源。如何回收利用这些资源，实现循环再生，变废为宝，成为了行内工作者亟需解决的课题。

发明内容

为了克服现有技术中存在泡沫混凝土所用的发泡剂成本高昂，用量大且产生的泡沫不稳定的问题，本发明综合利用固废资源，提供了一种泡沫混凝土及砌块。

为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种泡沫混凝土，包括水泥料浆，还包括占水泥料浆质量百分比为0.01％～0.05％的发泡剂；所述发泡剂包括以下的组分：聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉、表面活性剂。

优选的，这种泡沫混凝土中，发泡剂中各组分的质量百分比为：聚丙烯酰胺0.5％～5％；聚乙烯亚胺2％～15％；聚乙烯吡咯烷酮10％～20％；羟丙基甲基纤维素35％～50％；三乙醇胺1％～5％；表面亲水改性的纳米土粉2％～8％；表面活性剂1％～30％；进一步的，聚丙烯酰胺优选的质量百分比为1％～4％；聚乙烯亚胺优选的质量百分比为5％～14％；聚乙烯吡咯烷酮优选的质量百分比为12％～18％；羟丙基甲基纤维素优选的质量百分比为38％～45％；三乙醇胺优选的质量百分比为2％～4％；表面亲水改性的纳米土粉优选的质量百分比为3％～6％；表面活性剂优选的质量百分比为17％～26％。

优选的，这种泡沫混凝土的发泡剂中，纳米土粉选自表面亲水改性的纳米凹凸棒土粉、纳米高岭土粉、纳米蒙脱土粉、纳米膨润土粉中的至少一种。表面亲水改性的方法为本领域的常规方法，如采用表面活性剂对纳米土粉进行浸泡或包覆处理。

优选的，这种泡沫混凝土的发泡剂中，表面活性剂选自硫酸盐类表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种；进一步优选的，表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、AEO-7、AEO-9中的至少一种。

优选的，这种泡沫混凝土中，水泥料浆的固体组分包括以下质量百分比的组分：水泥40％～60％；干化污泥20％～40％；电厂烟灰5％～20％；贝壳粉1％～5％；减水剂0.5％～3％；进一步的，水泥优选的质量百分比为44％～56％；干化污泥优选的质量百分比为24％～38％；电厂烟灰优选的质量百分比为9％～18％；贝壳粉优选的质量百分比为2％～3％；减水剂优选的质量百分比为1％～2％。

优选的，这种泡沫混凝土的水泥料浆中，水泥选自硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的至少一种。

优选的，这种泡沫混凝土的水泥料浆中，干化污泥、电厂烟灰、贝壳粉各自的粒径<2mm；进一步优选的，干化污泥、电厂烟灰、贝壳粉各自的粒径<1mm。

优选的，这种泡沫混凝土的水泥料浆中，干化污泥为水处理厂干化污泥。

优选的，这种泡沫混凝土的水泥料浆中，干化污泥的水含量≤5wt％。

这种泡沫混凝土的水泥料浆中，电厂烟灰是指火电厂的烟道灰。

优选的，这种泡沫混凝土的水泥料浆中，减水剂选自木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种；进一步优选的，减水剂选自萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。

优选的，这种泡沫混凝土的固体质量百分比为55％～80％；进一步优选的，泡沫混凝土的固体质量百分比为60％～75％。

本发明还提供了上述泡沫混凝土的制备方法，这种泡沫混凝土的制备方法：包括以下步骤：

1)将聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉和表面活性剂混合均匀，得到发泡剂；

2)将发泡剂和水以质量比1：(250～500)混合，得到发泡剂溶液；

3)发泡剂溶液在搅拌下加入水泥料浆中，混合均匀，得到泡沫混凝土。

优选的，这种泡沫混凝土的制备方法步骤2)中，发泡剂和水以质量比1：(280～450)混合；进一步优选的，发泡剂和水以质量比1：(300～400)混合。

优选的，这种泡沫混凝土的制备方法步骤3)中，水泥料浆的制备方法是：将水泥、干化污泥、电厂烟灰、贝壳粉和水混合均匀，得到水泥料浆。

本发明还提供了一种砌块，这种砌块的制备组分包括上述的泡沫混凝土。

这种砌块的制备方法，包括如下步骤：将上述的泡沫混凝土浇注入模具成型，得到砌块。

本发明的有益效果是：

本发明提供的泡沫混凝土或砌块，制备工艺简单，产品的性能优良，相比现有的泡沫混凝土材料，其水泥耗用量少，成本更低，适合推广使用，具有广阔的市场应用前景。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

一、本发明提供的发泡剂具有较大的发泡效率，可以使形成的泡沫量增加，在满足工程强度的同时，可以节省水泥的用量，减轻产品的重量。

发泡剂使用的组分包括聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉、表面活性剂，各组分的作用如下：

聚丙烯酰胺：聚丙烯酰胺可以与水泥发生活性反应，由于聚丙烯酰胺与水泥界面具有化学结合，使界面的承载能力提高，从而提高了界面的韧性和抗断裂性，形成良好的物理力学性能。通过加入聚丙烯酰胺有利于微型、封闭式泡孔体的形成。

聚乙烯亚胺：聚乙烯亚胺分子链上的N原子接枝有一定量的相应疏水链，屏蔽了分子链上的部分胺基，因而聚乙烯亚胺能够内部亲水，外部疏水，可以增强泡沫与水泥料浆的相容性，增强泡沫混凝土的机械性能。

聚乙烯吡咯烷酮：聚乙烯吡咯烷酮作为一种水溶性高分子化合物，具有良好的增溶和凝聚性，有利于稳定泡沫。

羟丙基甲基纤维素：羟丙基甲基纤维素水溶液的粘度大，可以使发泡剂溶液保持足够的粘度，提高泡沫的稳定性。

三乙醇胺：选用三乙醇胺和羟丙基甲基纤维素相互配合，可以增加泡沫的稳定性，进一步提高泡沫混凝土内部结构的致密性，提高强度和韧性。

表面亲水改性的纳米土粉：本发明选用的纳米土粉均为来源广泛的矿物土粉，成本低廉。使用经表面亲水改性后的纳米土粉可以稳定泡沫，保证生产的混凝土具有孔径小、分散均匀的气孔，从而提高泡沫混凝土的性能。

表面活性剂：表面活性剂的主要作用是起泡，本发明所用的硫酸盐类表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚具有起泡效率高，效果好的优点。

二、本发明利用了水处理厂干化污泥、电厂烟灰和贝壳粉作为泡沫混凝土的细骨料，实现了资源再生循环，减少了胶凝材料的耗用量，达到节能环保的目的。

水处理厂干化污泥和电厂烟灰在城市中的存量很大，这些废弃物中含有大量的Ca、Si等元素，有利于水化反应的进行，生成具有胶凝能力的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，提高胶凝材料的强度以及其他物理性能。

本发明还加入了贝壳粉，贝壳粉可与混凝土相互填充孔隙，提高混凝土的密实度和抗渗性，减少混凝土裂缝。

三、相对于现有的产品，本发明的砌块具有轻质高强、耐水防潮、流动度高、隔热隔音、抗压性好、使用寿命更长的优点。

附图说明

图1是本发明泡沫和市售泡沫的样品对比图；

图2是市售泡沫的光学显微镜图；

图3是本发明泡沫的光学显微镜图；

图4是市售产品制得的砌块图；

图5是本发明制得的砌块图；

图6是市售产品砌块的扫描电镜图；

图7是本发明砌块的扫描电镜图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过常规的方法制备得到。

以下的测试的方法如无特殊说明，均为本领域的常规测试方法，如GB 11968-2006(蒸压混凝土)、JG/T 266-2011(泡沫混凝土)。主要测试了泡沫混凝土的密度、导热系数、抗压强度、流动度、吸水率、干燥收缩率和坍塌度。

发泡剂实施例1～3

发泡剂实施例1～3的组分组成见表1。

表1发泡剂实施例1～3的组分组成

表1中，发泡剂实施例1中所用表面亲水改性的纳米土粉为表面亲水改性的纳米凹凸棒土粉、表面活性剂为十二烷基硫酸钠；发泡剂实施例2中所用的纳米土粉为表面亲水改性的纳米高岭土粉、表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；发泡剂实施例3中所用的纳米土粉为表面亲水改性的纳米蒙脱土粉、表面活性剂为AEO-9；发泡剂实施例4中所用的纳米土粉为表面亲水改性的纳米膨润土粉、表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

按表1所述的组成称量，混合均匀，得到实施例1～4的发泡剂。将发泡剂和水以质量比1：350混合，得到发泡剂溶液，通过搅拌发泡剂溶液，可以产生泡沫。在同等条件下，将本发明得到的泡沫与市售W.R.Grace产品得到的泡沫进行比较。附图1是本发明泡沫和市售泡沫的样品对比图。图1中，左图为市售W.R.Grace产品得到的泡沫，右图为本发明发泡剂实施例1所得到的泡沫。附图2和附图3分别是市售泡沫和本发明泡沫的光学显微镜图。从图1～3对比可知，市售产品的泡沫疏松、不均匀；本发明得到的泡沫稳定、均匀。

泡沫混凝土实施例1～6

泡沫混凝土实施例1～6的组成见表2。表2中，所用的水泥为普通P·O 32.5水泥，减水剂为聚羧酸系减水剂，水处理厂干化污泥、电厂烟灰和贝壳粉的粒径均小于1mm。所用水处理厂干化污泥的水含量≤5wt％。

表2泡沫混凝土实施例1～6的组成

泡沫混凝土实施例1～6的制备方法是：

S1：将发泡剂(发泡剂实施例1或发泡剂实施例2)和水以质量比1：350混合，得到发泡剂溶液。

S2：按表2的组成，将水泥、水处理厂干化污泥、电厂烟灰、贝壳粉和减水剂混合，再加入水，制成水泥料浆。

S3：搅拌发泡剂溶液发泡，然后加入水泥料浆混合均匀，得到泡沫混凝土。

泡沫混凝土制备过程中的水用量可以根据实际需要进行调整，最终得到的泡沫混凝土固含量为表2所示的用量。

泡沫混凝土对比例1～3的组成见表3。

表3泡沫混凝土对比例1～3的组成

泡沫混凝土对比例1～3的制备方法与泡沫混凝土实施例1～6的相同，所不同的组分组成按表3所示的组成。所用的市售发泡剂为W.R.Grace产品。

泡沫混凝土先固化，然后干燥，再测试性质。泡沫混凝土实施例1～6和泡沫混凝土对比例1～3的性能测试结果可见表4(密度、导热系数和抗压强度)和表5(流动性、吸水率、干燥收缩率、坍塌度)。

表4实施例1～6和对比例1～3的泡沫混凝土性能一

表5实施例1～6和对比例1～3的泡沫混凝土性能二

砌块实施例1～6

将实施例1～6制得的泡沫混凝土以及对比例1～3制得的泡沫混凝土分别浇注入模具中成型，可得到实施例1～6和对比例1～3的砌块。将泡沫混凝土浇注得到砌块的方法属于本领域的常规方法。在本发明中，选用尺寸为100mm(长)×100mm(宽)×100mm(高)的模具生产砌块。

附图4和附图5分别是市售产品和本发明制得的砌块图。其中，图4所示为对比例3砌块，图5所示为实施例1砌块。附图6和附图7分别是市售产品砌块和本发明砌块的扫描电镜图。其中，图6所示为对比例3砌块，图7所示为实施例1砌块。通过图4～7对比可知，市售产品的砌块气孔分布不均，且气孔尺寸较大，气孔平均尺寸大于500μm。本发明制得的砌块气孔分布均匀，且气孔尺寸较小，气孔平均尺寸为65μm。

将实施例1～6的砌块进行隔音测试，24cm厚墙体隔音量为50dB～55dB。另外，使用本发明的砌块不会出现开裂现象，无需涂刷界面剂，抗老化性能良好，使用寿命长。在同等抗压强度下，本发明的泡沫混凝土可以节省40％的水泥。例如本发明的泡沫混凝土每立方米只需要600kg水泥，就可以达到3.5MPa的抗压强度。市面上其他产品达到3.5MPa的抗压强度，每立方米需要1000kg的水泥。

从以上的检测分析结果可知，相对于对比例的泡沫混凝土或砌块产品，本发明制得的泡沫混凝土或砌块具有更好的强度、耐久性和防水性能，且隔热隔音效果良好，使用寿命长。而且，本发明还可以大大节约水泥的用量，循环利用固废资源，使生产成本进一步降低，符合绿色建筑产业的发展要求。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种泡沫混凝土，包括水泥料浆，其特征在于：还包括占水泥料浆质量百分比为0.01％～0.05％的发泡剂；所述发泡剂包括以下的组分：聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉、表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述发泡剂中各组分的质量百分比为：聚丙烯酰胺0.5％～5％；聚乙烯亚胺2％～15％；聚乙烯吡咯烷酮10％～20％；羟丙基甲基纤维素35％～50％；三乙醇胺1％～5％；表面亲水改性的纳米土粉2％～8％；表面活性剂1％～30％。

3.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述发泡剂中，表面亲水改性的纳米土粉选自表面亲水改性的纳米凹凸棒土粉、纳米高岭土粉、纳米蒙脱土粉、纳米膨润土粉中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述发泡剂中，表面活性剂选自硫酸盐类表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述水泥料浆的固体组分包括以下质量百分比的组分：水泥40％～60％；干化污泥20％～40％；电厂烟灰5％～20％；贝壳粉1％～5％；减水剂0.5％～3％。

6.根据权利要求5所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述水泥料浆中，干化污泥为水处理厂干化污泥。

7.根据权利要求5所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述水泥料浆中，减水剂选自木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述泡沫混凝土的固体质量百分比为55％～80％。

9.一种如权利要求1～8任一项所述泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、纳米土粉和表面活性剂混合均匀，得到发泡剂；

2)将发泡剂和水以质量比1：(250～500)混合，得到发泡剂溶液；

3)发泡剂溶液在搅拌下加入水泥料浆中，混合均匀，得到泡沫混凝土。

10.一种砌块，其特征在于：所述砌块的制备组分包括权利要求1～8任一项所述的泡沫混凝土。