CN110577377A - 一种发泡水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥发泡剂以及利用水泥发泡剂制备发泡水泥的技术方案；本发明中，所述水泥发泡剂包括离子型表面活性剂、增泡剂和稳泡剂，所述离子型表面活性剂包括十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠，所述增泡剂选自樟脑油、桉树油、茶皂素中的至少一种，所述稳泡剂选自聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素中的至少一种。

Description

一种发泡水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及发泡水泥领域，尤其涉及一种复配的水泥发泡剂，及用其制备的发泡水泥，还涉及发泡水泥的制备方法。

背景技术

发泡水泥是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。它属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。

发泡水泥具有良好的绝热、保温、隔音、轻承载等性能，优于其他轻质实心塑料膨化珍珠岩、陶粒、石棉制品等保温材料，具有操作简便、机械化程度高、节时、省工特点。

发泡水泥在制备过程中，有多种因素会影响产品的质量，其中，水泥发泡剂的影响尤为显著。所谓发泡剂就是使水泥成孔的物质，包括化学发泡剂和物理发泡剂和表面活性剂三大类。

化学发泡剂是那些经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体，并在聚合物组成中形成细孔的化合物；物理发泡剂就是泡沫细孔是通过某一种物质的物理形态的变化，即通过压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而形成的；发泡剂均具有较高的表面活性，能有效降低液体的表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成气泡，再由单个气泡组成泡沫。

用于水泥中的发泡剂要求发泡能力特别强，单位体积产泡量大，泡沫非常稳定，可长时间不消泡，泡沫细腻，还要保证与水泥的相容性好。选择单种成分作为发泡剂已经无法满足发泡水泥的要求，如何从众多可选的组分中复配一种发泡效果好的水泥发泡剂，是本领域一直所存在的问题。

发明内容

为了复配一种发泡倍数高、泡沫稳定性好的水泥发泡剂，本申请提供了一种复配的水泥发泡剂。

本发明以离子型表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠为基础，根据互补增效原理，考察了增泡剂樟脑油、桉树油、茶皂素，以及稳泡剂聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素对于发泡性能的影响。

增泡剂可以看作是非离子型的表面活性剂，含有特殊的基团，这些基团会与离子型表面活性剂中的某些基团结合，可以增大其分子量，并提高其疏水性，与此同时，可以提高泡沫膜壁的致密性，促进泡沫的稳定性。但是，由于不同的增泡剂含有的基团的种类不同，在与离子型表面活性剂复配时，所起到的效果也并不相同。

稳泡剂作为水溶性的高分子聚合物，其分子中含有较多的亲水基团，如果在水泥发泡剂中加入这些高分子聚合物，其可以大量的吸附水分子，这可以提高发泡剂发泡能力，包括发泡倍数和泡沫稳定性。但是，不同的高分子聚合物的加入，可能会影响发泡剂中的表面活性分子在气泡壁上的排列，会影响发泡性能。

本发明中，以含有十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠的离子型表面活性剂为基础，考察了不同的增泡剂和稳泡剂对于上述发泡剂发泡效果的影响，结果显示，不同的增泡剂和稳泡剂对离子型表面活性剂的影响显著不同，本发明的优选实施方案得到的发泡剂能够显著的提高发泡倍数和泡沫稳定性，带来了预料不到的效果。

本发明的水泥发泡剂包括离子型表面活性剂、增泡剂和稳泡剂，所述离子型表面活性剂包括十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠，所述增泡剂选自樟脑油、桉树油、茶皂素中的至少一种，所述稳泡剂选自聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素中的至少一种。

在优选的实施方案中，本发明的增泡剂选自桉树油，稳泡剂选自羟乙基纤维素。

在优选的实施方案中，所述离子型表面活性剂中十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠的质量比为1:1。

进一步的，以质量终浓度计，本发明的水泥发泡剂中，离子型表面活性剂的浓度为1-5%，优选，2%；增泡剂的浓度为0.1-2%，优选，0.5%；稳泡剂的浓度为0.01-0.2%，优选，0.05%-0.1%，更优选，0.08%。

进一步的，本发明的水泥发泡剂还包括液体溶剂，所述溶剂优选水。

另一方面，本发明还提供了水泥发泡剂在制备发泡水泥中的用途，优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥。

另一方面，本发明还提供了一种制备发泡水泥的方法，所述方法包括利用水泥发泡剂制备发泡水泥的步骤；优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥。

另一方面，本发明还提供了水泥发泡剂在提高发泡倍数以及提高泡沫稳定性中的应用；优选的，所述提高泡沫稳定性为降低沉降距和降低泌水量。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以示例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

实施例1 水泥发泡剂的复配

在制备发泡水泥的过程中，可供选择的发泡剂多种多样，包括离子表面活性剂、增泡剂，还包括稳泡剂等。不同类型的发泡剂有着不同的发泡力，泡沫稳定性也不尽相同。

本发明以离子型表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠为基础，其中，十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠的质量比例为1:1；并根据互补增效原理，考察了增泡剂樟脑油、桉树油、茶皂素，以及稳泡剂聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素对于发泡性能的影响。

本实施例首先考察了增泡剂对于离子型表面活性剂发泡效果的影响，增泡剂与离子型表面活性剂的配比如下：

表1 增泡剂和离子型表面活性剂配比

实验组	离子型表面活性剂（终浓度，2%）	增泡剂（终浓度，0.5%）
			实验组1	十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠	不添加
实验组2	十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠	樟脑油
			实验组3	十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠	桉树油
实验组4	十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠	茶皂素

其中，离子型表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠的混合物，质量比例为1:1。由上述成分复配得到的发泡剂中，离子型表面活性剂最终质量浓度为2%，增泡剂最终质量浓度为0.5%。

采用空气压缩法制泡，并按照JG/T 266-2011《泡沫混凝土》对发泡剂的发泡倍数、泡沫1h沉降距、1h泌水量进行测试。上述实验组1-4的发泡剂的性能参数如下表所示：

表2实验组1-4的发泡剂效果表

实验组	发泡倍数	1h沉降距（mm）	1h泌水量（mL）
				实验组1	30	13	75
实验组2	31	12	59
				实验组3	48	8	34
实验组4	41	7	40

由表2可知，增泡剂（樟脑油、桉树油和茶皂素）的加入可以改善离子型表面活性剂（十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠）的发泡效果，这可能是由于樟脑油、桉树油和茶皂素作为增泡剂，其可以看作是非离子型的表面活性剂，含有特殊的基团，这些基团会与离子型表面活性剂中的某些基团结合，可以增大其分子量，并提高其疏水性，与此同时，可以提高泡沫膜壁的致密性，促进泡沫的稳定性。从实验结果也可以反映出，樟脑油、桉树油或茶皂素的加入，能够提高发泡剂的发泡倍数，并且能够改善发泡剂的1h沉降距和1h泌水量。

尽管樟脑油、桉树油和茶皂素都增泡剂，但是，其含有的基团的种类不同，在与十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠复配时，所起到的效果也并不相同。其中，樟脑油与十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠的复配效果最差，桉树油的加入可以最大程度的提高发泡剂的发泡倍数和泡沫稳定性。

稳泡剂，如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素，作为水溶性的高分子聚合物，其分子中含有较多的亲水基团，如果在水泥发泡剂中加入这些高分子聚合物，其可以大量的吸附水分子，这可以提高发泡剂发泡能力，包括发泡倍数和泡沫稳定性。但是，不同的高分子聚合物的加入，可能会影响发泡剂中的表面活性分子在气泡壁上的排列，会影响发泡性能。发明人考察了不同的稳泡剂对于实验组3发泡剂的发泡效果的影响。在实验组3的基础上，分别添加质量终浓度为0.05%的聚乙烯醇、聚丙烯酰胺或羟乙基纤维素，考察其对于发泡剂发泡能力的影响，结果如下表所示。

表3稳泡剂对发泡效果的影响

实验组	发泡倍数	1h沉降距（mm）	1h泌水量（mL）
				实验组3	48	8	34
实验组3+聚乙烯醇	50	7	15
				实验组3+聚丙烯酰胺	57	6	16
实验组3+羟乙基纤维素	60	6	13

由上表可知，不同稳泡剂对于水泥发泡剂的影响各不相同，其中，三种稳泡剂的加入显著改善了1h沉降距和1h泌水量；但是，其对于发泡效果的整体改善各有差异。其中，聚乙烯醇的加入，几乎没有影响发泡剂的发泡倍数，这可能是由于在与发泡剂中的表面活性剂相互作用时，其会影响表面活性分子在气泡壁上的排列，影响其发泡性能。在上述三种待考察的稳泡剂中，羟乙基纤维素的加入对于发泡剂的发泡效果改善最为显著。

稳泡剂对于发泡效果的影响，一方面要考虑其本身的性质，另外一方面，还要考虑其在与发泡剂中其他的成分的相互作用，稳泡剂加入的量会影响其对于发泡剂发泡效果的影响。申请人进一步考察了羟乙基纤维素加入的量对于发泡剂性能的影响。如下表所示，采用实验组3的条件，改变羟乙基纤维素的加入量。

表4不同量的羟乙基纤维素对发泡效果的影响

羟乙基纤维素在发泡剂中的质量终浓度	发泡倍数	1h沉降距（mm）	1h泌水量（mL）
				0.01%	56	7	18
0.02%	58	6	16
				0.05%	60	6	13
0.08%	65	3	11
				0.1%	54	5	12
1.2%	46	5	13

由上表可知，当羟乙基纤维素的量超过1%时，其会显著影响发泡剂的发泡倍数，这可能是因为，羟乙基纤维素的量太多，会吸附过多的水分，导致发泡能力减弱。但是，羟乙基纤维素的量过低时，对于其效果的发挥并不有利。羟乙基纤维素加入的量最好控制在0.05-0.08%，最佳的加入量为0.08%。

实施例2 发泡水泥的制备

本实施例中采用实施例1中最优选的水泥发泡剂（质量终浓度为1%的十二烷基三甲基氯化铵、质量终浓度为1%的十二烷基硫酸钠、质量终浓度为0.5%的桉树油、质量终浓度为0.08%的羟乙基纤维素，溶剂为水）。

使用上述水泥发泡剂制备发泡水泥，具体制备方法可以采用本领域常规的方法，具体到本实施例中采用如下的制备方法：

取2000ml的水泥发泡剂，利用制泡机将水泥发泡剂制备出泡沫，待用。称取200g的普通硅酸盐水泥，10g的减水剂，15g的膨润土，将其添加到2000ml的制备出泡沫的水泥发泡剂中，搅拌均匀后倒入模具中成型养护30天，制备出发泡水泥。对发泡水泥的各项性能进行检测，本实施例制备得到的发泡水泥的技术指标如下表所示：

表5实施例2制备得到的发泡水泥的技术指标

干密度（kg/m<sup>3</sup>）	抗压强度(Mpa)	弯曲强度（Mpa）	吸水率（%）
				613.6	3.12	1.54	5.6

上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种水泥发泡剂，包括离子型表面活性剂、增泡剂和稳泡剂，其特征在于，所述离子型表面活性剂包括十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基硫酸钠，所述增泡剂选自桉树油，所述稳泡剂选自羟乙基纤维素。

2.根据权利要求1所述的水泥发泡剂，其特征在于，以质量终浓度计，所述离子型表面活性剂的浓度为1-5%；所述增泡剂的浓度为0.1-2%；所述稳泡剂的浓度为0.01-0.2%。

3.根据权利要求2所述的水泥发泡剂，其特征在于，所述离子型表面活性剂的浓度为2%；所述增泡剂的浓度为0.5%；所述稳泡剂的浓度为0.05%-0.1%。

4.根据权利要求3所述的水泥发泡剂，其特征在于，所述稳泡剂的浓度为0.08%。

5.根据权利要求1所述的水泥发泡剂，其特征在于，所述离子型表面活性剂中，十二烷基三甲基氯化铵和十二烷基硫酸钠的质量比为1:1。

6.根据权利要求1-5任一所述的水泥发泡剂，其特征在于，所述水泥发泡剂还包括液体溶剂，优选的，所述溶剂为水。

7.一种制备发泡水泥的方法，其特征在于，所述方法包括选取原料水泥、采用权利要求1-6任一所述的水泥发泡剂制备发泡水泥的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述原料水泥为普通硅酸盐水泥。

9.权利要求1-6任一所述的水泥发泡剂在提高发泡倍数以及提高泡沫稳定性中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述提高泡沫稳定性为降低沉降距和降低泌水量。