CN110451874B - 一种现浇轻质墙板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种现浇轻质墙板及其制备方法。这种现浇轻质墙板的固体组分包括以下质量份的组分：水泥80～120份，干化污泥30～50份，电厂烟灰10～20份，贝壳粉1～5份，粉煤灰10～20份，纤维0.5～2份，减水剂0.5～2份，发泡剂0.02～0.1份；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。同时也公开了这种现浇轻质墙板的制备方法。本发明的现浇轻质墙板制备工艺简单，产品性能优良，具有质量轻、抗压强度高、隔热、隔音、抗水的优点，相比现有的轻质墙板，原料的耗用量少，成本低，应用前景广阔。

Description

一种现浇轻质墙板及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种现浇轻质墙板及其制备方法。

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。

用泡沫混凝土制成的轻质墙板，是一种新型的节能建筑材料，具有质轻、高强、耐火、绝热、保温等优点。然而，现有的墙板产品主要分为传统泡沫水泥墙板和夹层泡沫水泥墙板。传统的泡沫水泥墙板，一般密度需要1000kg/m³才达到抗压强度3.5MPa的要求。夹层泡沫水泥墙板的密度和强度不佳，其制备工艺复杂且材料昂贵。目前的轻质墙板多使用铝粉发泡工艺，其具有发泡不均匀，发泡效果差，价钱昂贵等缺点，同时还需要使用蒸汽加压进行施工，操作步骤繁琐且不方便。

发明内容

为了克服现有轻质墙板存在的问题，本发明的目的在于提供一种现浇轻质墙板及其制备方法。

为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种现浇轻质墙板，现浇轻质墙板的固体组分包括以下质量份的组分：水泥80～120份，干化污泥30～50份，电厂烟灰10～20份，贝壳粉1～5份，粉煤灰10～20份，纤维0.5～2份，减水剂0.5～2份，发泡剂0.02～0.1份；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。

这种现浇轻质墙板中，水泥优选的质量份为90～110份，干化污泥优选的质量份为35～45份，电厂烟灰优选的质量份为12～18份，贝壳粉优选的质量份为1～3份，粉煤灰优选的质量份为12～18份，纤维优选的质量份为0.5～1.5份，减水剂优选的质量份为0.5～1.5份，发泡剂优选的质量份为0.02～0.05份。

优选的，这种现浇轻质墙板中，发泡剂包括以下质量份的组分：聚丙烯酰胺0.5～5份；聚乙烯亚胺2～15份；聚乙烯吡咯烷酮10～20份；羟丙基甲基纤维素35～50份；三乙醇胺1～5份；表面亲水改性的纳米土粉2～8份；表面活性剂1～30份；进一步的，聚丙烯酰胺优选的质量份为1～4份；聚乙烯亚胺优选的质量份为5～14份；聚乙烯吡咯烷酮优选的质量份为12～18份；羟丙基甲基纤维素优选的质量份为38～45份；三乙醇胺优选的质量份为2～4份；表面亲水改性的纳米土粉优选的质量份为3～6份；表面活性剂优选的质量份为17～26份。

优选的，这种现浇轻质墙板的发泡剂中，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。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，这种现浇轻质墙板的发泡剂中，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，这种现浇轻质墙板的发泡剂制备方法是：按配比组成将各种发泡剂组分混合均匀，得到发泡剂。

优选的，这种现浇轻质墙板中，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，这种现浇轻质墙板中，干化污泥为水处理厂干化污泥。

优选的，这种现浇轻质墙板中，干化污泥的水含量≤5wt％。

优选的，这种现浇轻质墙板中，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。

这种现浇轻质墙板中，电厂烟灰是指火电厂的烟道灰。

优选的，这种现浇轻质墙板中，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，这种现浇轻质墙板中，粉煤灰选自Ⅰ级F类粉煤灰、Ⅱ级F类粉煤灰中的一种或两种；进一步优选的，粉煤灰选自Ⅱ级F类粉煤灰。

优选的，这种现浇轻质墙板中，纤维选自碳纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维中的至少一种。

本发明还提供了上述这种现浇轻质墙板的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)将水泥和水混合搅拌，再加入干化污泥、电厂烟灰、贝壳粉、粉煤灰、纤维、减水剂，混合均匀，得到水泥料浆；

2)将发泡剂和水混合，得到发泡剂溶液；

3)搅拌发泡剂溶液，加入水泥料浆，混合，得到泡沫料浆；

4)将泡沫料浆注入墙板模具，养护，拆模，得到现浇轻质墙板。

优选的，这种现浇轻质墙板的制备方法步骤1)中，水泥和水的质量比为1：(1.2～1.8)；进一步优选的，水泥和水的质量比为1：(1.3～1.7)。

优选的，这种现浇轻质墙板的制备方法步骤2)中，发泡剂和水的质量比为1：(250～500)；进一步优选的，发泡剂和水的质量比为1：(280～450)；再进一步优选的，发泡剂和水的质量比为1：(300～400)。

对本发明现浇轻质墙板所用的组分说明如下：

一、干化污泥和电厂烟灰

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。

二、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、发泡剂

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。使用表面亲水改性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。

7、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。

本发明的有益效果是：

本发明的轻质墙板制备工艺简单，产品性能优良，具有质量轻、抗压强度高、隔热、隔音、抗水的优点，可以直接现浇施工，无需蒸汽加压等操作，相比现有的轻质墙板，原料的耗用量更少，能耗更低，可以缩短生产施工流程，大大降低成本，应用前景广阔。

具体而言，本发明具有以下的优点：

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。

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料浆的细骨料，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。

附图说明

图1是本发明泡沫和市售泡沫的初始样品对比图；

图2是本发明泡沫和市售泡沫静置15分钟后的样品对比图；

图3是市售泡沫的光学显微镜图；

图4是本发明泡沫的光学显微镜图。

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。

实施例1

本例的现浇轻质墙板的固体组分包括以下质量份的组分：普通P·O 32.5级水泥100份，水处理厂干化污泥40份，电厂烟灰15份，贝壳粉2份，Ⅱ级F类粉煤灰12份，耐碱玻璃纤维1份，聚羧酸系减水剂1份，发泡剂0.05份。

本例的发泡剂是由以下质量份的组分组成：3份聚丙烯酰胺、5份聚乙烯亚胺、12份聚乙烯吡咯烷酮、45份羟丙基甲基纤维素、3份三乙醇胺、6份表面亲水改性的纳米凹凸棒土粉、26份十二烷基硫酸钠。将各种发泡剂组分按配比组成混合均匀，即可得到发泡剂。

所用的水处理厂干化污泥、电厂烟灰和贝壳粉的粒径均小于1mm。水处理厂干化污泥的水含量≤5wt％。

本例这种现浇轻质墙板的制备方法，包括以下步骤：

1)按上述的配比组成，将水泥和水以质量比1：1.5混合搅拌，再加入干化污泥、电厂烟灰、贝壳粉、粉煤灰、纤维、减水剂，混合均匀，得到水泥料浆；

2)将发泡剂和水以质量比1：350混合，得到发泡剂溶液；

3)搅拌发泡剂溶液发泡，加入水泥料浆，混合，得到泡沫料浆；

4)将泡沫料浆注入墙板模具，养护，拆模，得到现浇轻质墙板。

实施例2

本例所用的发泡剂是由以下质量份的组分组成：4份聚丙烯酰胺、12份聚乙烯亚胺、18份聚乙烯吡咯烷酮、40份羟丙基甲基纤维素、4份三乙醇胺、5份表面亲水改性的纳米高岭土粉、17份十二烷基苯磺酸钠。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。

实施例3

本例所用的发泡剂是由以下质量份的组分组成：3份聚丙烯酰胺、10份聚乙烯亚胺、15份聚乙烯吡咯烷酮、45份羟丙基甲基纤维素、2份三乙醇胺、6份表面亲水改性的纳米蒙脱土粉、19份AEO-9。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。

实施例4

本例所用的发泡剂是由以下质量份的组分组成：1份聚丙烯酰胺、14份聚乙烯亚胺、16份聚乙烯吡咯烷酮、38份羟丙基甲基纤维素、3份三乙醇胺、3份表面亲水改性的纳米膨润土粉、25份十二烷基硫酸钠。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。

实施例5

本例的现浇轻质墙板的固体组分包括以下质量份的组分：普通P·O 32.5级水泥100份，水处理厂干化污泥35份，电厂烟灰16份，贝壳粉1份，Ⅱ级F类粉煤灰15份，耐碱玻璃纤维1份，聚羧酸系减水剂1份，发泡剂0.04份。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。

实施例6

本例的现浇轻质墙板的固体组分包括以下质量份的组分：普通P·O 32.5级水泥100份，水处理厂干化污泥45份，电厂烟灰12份，贝壳粉2份，Ⅱ级F类粉煤灰18份，耐碱玻璃纤维1份，聚羧酸系减水剂1份，发泡剂0.03份。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。

实施例7

本例的现浇轻质墙板的固体组分包括以下质量份的组分：普通P·O 32.5级水泥100份，水处理厂干化污泥38份，电厂烟灰14份，贝壳粉3份，Ⅱ级F类粉煤灰16份，耐碱玻璃纤维1份，萘系减水剂1份，发泡剂0.04份。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。

实施例8

本例与实施例1不同的是，所用纤维是使用了1质量份碳纤维，其余组分组成及制备方法与实施例1相同。

对比例1

本例所用的发泡剂为市售W.R.Grace产品，其余组分组成及制备方法与实施例1相同。

对比例2

本例的轻质墙板的固体组分包括以下质量份的组分：普通P·O 32.5级水泥150份，Ⅱ级F类粉煤灰12份，耐碱玻璃纤维1份，聚羧酸系减水剂1份，发泡剂0.05份。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。

对比例3

本例与对比例2不同的是，本例所用的发泡剂为市售W.R.Grace产品。其余组分组成及制备方法与对比例2相同。

将实施例1得到的发泡剂溶液搅拌，可以产生泡沫。在同等条件下，将实施例1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初始样品对比图。图1中，左图为市售W.R.Grace产品(对比例1)初始得到的泡沫，右图为本发明实施例1发泡剂初始得到的泡沫。附图2是本发明泡沫和市售泡沫静置15分钟后的样品对比图。图2中，左图为市售W.R.Grace产品制得的泡沫静置15分钟后的样品图，右图为本发明实施例1发泡剂制得的泡沫静置15分钟后的样品图，即分别对应图1的样品静置15分钟后的状态图。附图3是市售泡沫的光学显微镜图。图3显示了两种不同放大倍数的光学显微镜图，左边为500μm尺度，右边为100μm尺度。附图4是本发明泡沫的光学显微镜图。图4也显示了两种不同放大倍数的光学显微镜图，左边为500μm尺度，右边为100μm尺度。从图1～4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。

实施例1～8和对比例1～3制得所得的现浇轻质墙板测试结果如表1～3所示。测试的方法均为本行业常规的国标或行标测试方法。

表1实施例1～4现浇轻质墙板的测试结果

性能	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					密度(kg/m<sup>3</sup>)	594	596	602	598
抗压强度(MPa)	3.6	3.5	3.5	3.5
					导热系数(W/m·K)	0.06	0.07	0.07	0.07
24cm厚墙板空气声计权隔音量(dB)	52	54	53	55
					吸水率(％)	4.5	4.8	5.2	5.0

表2实施例5～8现浇轻质墙板的测试结果

性能	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8
					密度(kg/m<sup>3</sup>)	592	598	610	622
抗压强度(MPa)	3.5	3.4	3.4	3.8
					导热系数(W/m·K)	0.08	0.06	0.07	0.07
24cm厚墙板空气声计权隔音量(dB)	54	58	56	53
					吸水率(％)	5.3	5.2	4.9	5.1

表3对比例1～3轻质墙板的测试结果

从以上的检测分析结果可知，相对于对比例的轻质墙板，本发明制得的轻质墙板质量轻，抗压强度高，其隔热、隔音和抗水性能良好。

据统计，使用5kg本发明的发泡剂可以生产约2300块(300mm×300mm×90mm)轻质墙板，而采用市售的发泡剂，则需要85kg才可以生产同样的数目。可见，使用本发明的发泡剂制备，其原料使用量大大减少，可以降低生产成本。

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。使用本发明的轻质墙板可以直接现浇施工，无需蒸汽加压等操作，工艺简单，操作方便。

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 (8)

1.一种现浇轻质墙板，其特征在于：所述现浇轻质墙板的固体组分包括以下质量份的组分：水泥80～120份，干化污泥30～50份，电厂烟灰10～20份，贝壳粉1～5份，粉煤灰10～20份，纤维0.5～2份，减水剂0.5～2份，发泡剂0.02～0.1份；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；

所述发泡剂包括以下质量份的组分：聚丙烯酰胺0.5～5份；聚乙烯亚胺2～15份；聚乙烯吡咯烷酮10～20份；羟丙基甲基纤维素35～50份；三乙醇胺1～5份；表面亲水改性的纳米土粉2～8份；表面活性剂1～30份；

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。

2.根据权利要求1所述的一种现浇轻质墙板，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。

3.根据权利要求1所述的一种现浇轻质墙板，其特征在于：所述干化污泥为水处理厂干化污泥。

4.根据权利要求1所述的一种现浇轻质墙板，其特征在于：所述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。

5.根据权利要求1所述的一种现浇轻质墙板，其特征在于：所述纤维选自碳纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维中的至少一种。

6.权利要求1～5任一项所述一种现浇轻质墙板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将水泥和水混合搅拌，再加入干化污泥、电厂烟灰、贝壳粉、粉煤灰、纤维、减水剂，混合均匀，得到水泥料浆；

2)将发泡剂和水混合，得到发泡剂溶液；

3)搅拌发泡剂溶液，加入水泥料浆，混合，得到泡沫料浆；

4)将泡沫料浆注入墙板模具，养护，拆模，得到现浇轻质墙板。

7.根据权利要求6所述一种现浇轻质墙板的制备方法，其特征在于：步骤1)中，水泥和水的质量比为1：(1.2～1.8)。

8.根据权利要求6所述一种现浇轻质墙板的制备方法，其特征在于：步骤2)中，发泡剂和水的质量比为1：(250～500)。

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