CN110642559B - 粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土及制备方法 - Google Patents

粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的方法，‑将粉煤灰、碱渣和水混合后送入湿式球磨机中，再将助磨剂加入湿式球磨机中进行研磨得到浆料A‑将硅灰、表面活性剂和发泡剂送入湿式球磨机中，然后将水加入湿式球磨机中湿磨得到浆料B‑将浆料A和浆料B混合得到混合浆料C‑将氢氧化钠和水玻璃加入浆料C中得到粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料；解决了传统泡沫混凝土中低强度、易受潮问题；所制备的混凝土成品，在耗资成本方面要远低于传统泡沫混凝土，并且强度、耐高温性能等方面都优于传统工艺所制备的地质聚合物混凝土。

Description

粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料的技术领域，具体地指一种粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土及制备方法。
背景技术
泡沫混凝土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。泡沫混凝土作为一种轻质多孔材料相比于普通混凝土，具有保温、利废、减震、吸波等优良性能，随着全球能源的日趋紧张及我国建筑节能政策的出台以和墙体材料改革的推行，泡沫混凝土被广泛应用于保温隔热材料、墙体材料、地基的处理、采矿区的充填等方面，日益受到人们的关注。
地质聚合物由法国人Davidovits提出，研究这一材料是为了解决有机聚合物材料耐热性差等问题，地质聚合物也被称为无机聚合物、矿物聚合物等。地质聚合物可以采用天然矿物或者工业固体废弃物为材料，在化学激发剂作用条件下制备，是一种具有三维网络结构的胶凝材料。中国发明专利申请(公开号CN106588107A，公开日2017-04-26)公开了一种地质聚合物基泡沫混凝土及制备方法，以膨润土微粉，铁尾矿渣微粉，膨胀蛭石粉以5:3:2的比例混合，加入发泡剂，水，碱性激发剂制得地质聚合物泡沫混凝土。该方法中所用碱性激发剂为苛性碱与液态水玻璃，成本昂贵，强碱会导致后期泛碱现象严重，可能会造成结构损伤。
发明内容
本发明的目的就是要针对上述技术的不足，提供了一种耐高温性和抗压强度优良、保温性能优良、导热性低且成本低的粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土及制备方法。
为实现上述目的，本发明所设计的制备粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的方法，包括以下重量份数的原料：粉煤灰60～85份、碱渣30～50份、助磨剂0.5～0.7份、硅灰4～8份、表面活性剂1～6份、发泡剂0.35～0.72份、氢氧化钠2～5份及水玻璃3～5份；
上述原料按照以下步骤进行：
1)将粉煤灰、碱渣和水混合后送入湿式球磨机中，再将助磨剂加入湿式球磨机中进行研磨得到浆料A；
2)将硅灰、表面活性剂和发泡剂送入湿式球磨机中，然后将水加入湿式球磨机中湿磨得到浆料B；
3)将步骤1)得到的浆料A和步骤2)得到的浆料B混合得到混合浆料C；
4)将氢氧化钠和水玻璃加入浆料C中得到粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料；
5)将粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料在温度为20±2℃，相对湿度为60～70％的环境中养护形成粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土。
碱渣氯化物含量很高，主要以CaCl2、NaCl形式存在，碱渣在湿法研磨下会溶出OH-和Na+，这两种离子会破坏部分粉煤灰中的Al-O八面体和Si-O四面体结构，对粉煤灰进行提前解聚，提高其活性、缩短凝结时间，通过缩聚形成硅氧四面体与铝氧四面体组成的三维网状聚合胶凝材料(水化硅铝酸钠)，可避免热养护，降低成本，同时利用湿磨碱渣溶出OH-的特性，让其所含CaO成分更容易生成硅酸钙，铝酸钙等水泥成分，提高泡沫混凝土强度；另外，硅灰粒径很小，硅灰的加入，填充基质中的连通孔，一方面增强基石骨架，从而提高的强度，另一方面减小了泡沫混凝土导热性，让其有更好的保温效果，同时，硅灰对微米材料有着很好的分散效果，在发泡过程有很好的稳泡效果。
在20±2℃、相对湿度约为60～70％的环境中养护孔隙阻滞效应，养护过程中允许更多的水化反应发生，从而形成更多的水化硅铝酸钠，减少收缩，提高强度性能。
进一步地，所述浆料A的中值粒径为1～3μm，该粒径能吸附其它离子，提高耐热性能。
进一步地，所述浆料B的中值粒径为150～800nm，纳米级的颗粒能产生晶核诱导效应，在碱性环境下更能促进粉煤灰颗粒火山灰反应的进行，发生二次水化。
由两种不同粒径的浆料混合成浆料C，其作用是：不同粒径离子混合可以增大其比表面积，发挥微集料填充效应，填充胶凝材料体系的空隙，使孔结构更密实，提高其强度。
进一步地，所述步骤1)中水的重量份数为35～65份。
进一步地，所述步骤2)中水的重量份数为2～7份。
进一步地，所述助磨剂为聚羧酸系高效减水剂，助磨剂降低固体颗粒表面能，提高物料的易磨性。
进一步地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠表面活性剂。
进一步地，所述发泡剂为动物蛋白发泡剂。
进一步地，所述水玻璃的模数为3.3，固体含量为40％，其作用为反应生成的硅酸凝胶能起到固结作用，提高泡沫混凝土强度。
还提供一种粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土，由上述所述的方法制得。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明所制备的粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土较传统工艺所制备地质聚合物泡沫混凝土，解决了传统泡沫混凝土中低强度、易受潮问题；所制备的混凝土成品，在耗资成本方面要远低于传统泡沫混凝土，并且强度、耐高温性能等方面都优于传统工艺所制备的地质聚合物混凝土。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
按以下重量份数称取原料：
粉煤灰60份、碱渣30份、助磨剂0.5份、硅灰4份、表面活性剂1份、发泡剂0.35份、氢氧化钠2份及水玻璃3份；
上述原料按照以下步骤进行：
1)将粉煤灰、碱渣和水混合后送入湿式球磨机中，再将助磨剂加入湿式球磨机中进行研磨得到浆料A，浆料A的中值粒径为1～3μm，水的重量份数为35份；
2)将硅灰、表面活性剂和发泡剂送入湿式球磨机中，然后将水加入湿式球磨机中湿磨得到浆料B，浆料B的中值粒径为150～800nm水的重量份数为2份；
3)将步骤1)得到的浆料A和步骤2)得到的浆料B混合得到混合浆料C；
4)将氢氧化钠和水玻璃加入浆料C中得到粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料；
5)将粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料在温度为20±2℃，相对湿度约为65％的环境中养护24h形成粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土。
该粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的气干表观密度为349kg/m3，三天抗压强度为1.65MPa，含水率为7.2％，导热系数为0.068W/(m·K)。
实施例2
按以下重量份数称取原料：
粉煤灰65份、碱渣35份、助磨剂0.6份、硅灰5份、表面活性剂2份、发泡剂0.43份、氢氧化钠3份及水玻璃3份；
上述原料按照以下步骤进行：
1)将粉煤灰、碱渣和水混合后送入湿式球磨机中，再将助磨剂加入湿式球磨机中进行研磨得到浆料A，浆料A的中值粒径为1～3μm，水的重量份数为45份；
2)将硅灰、表面活性剂和发泡剂送入湿式球磨机中，然后将水加入湿式球磨机中湿磨得到浆料B，浆料B的中值粒径为150～800nm水的重量份数为4份；
3)将步骤1)得到的浆料A和步骤2)得到的浆料B混合得到混合浆料C；
4)将氢氧化钠和水玻璃加入浆料C中得到粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料；
5)将粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料在温度为20±2℃，相对湿度约为65％的环境中养护24h形成粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土。
该粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的气干表观密度为337kg/m3，三天抗压强度为1.73MPa，含水率为6.8％，导热系数为0.054W/(m·K)。
实施例3
按以下重量份数称取原料：
粉煤灰75份、碱渣45份、助磨剂0.65份、硅灰7份、表面活性剂4份、发泡剂0.6份、氢氧化钠4份及水玻璃4份；
上述原料按照以下步骤进行：
1)将粉煤灰、碱渣和水混合后送入湿式球磨机中，再将助磨剂加入湿式球磨机中进行研磨得到浆料A，浆料A的中值粒径为1～3μm，水的重量份数为55份；
2)将硅灰、表面活性剂和发泡剂送入湿式球磨机中，然后将水加入湿式球磨机中湿磨得到浆料B，浆料B的中值粒径为150～800nm水的重量份数为5份；
3)将步骤1)得到的浆料A和步骤2)得到的浆料B混合得到混合浆料C；
4)将氢氧化钠和水玻璃加入浆料C中得到粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料，其中，水玻璃的重量份数为3～5份；
5)将粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料在温度为20±2℃，相对湿度约为65％的环境中养护24h形成粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土。
该粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的气干表观密度为325kg/m3，三天抗压强度为1.865MPa，含水率为6.3％，导热系数为0.043W/(m·K)。
实施例4
按以下重量份数称取原料：
粉煤灰85份、碱渣50份、助磨剂0.7份、硅灰8份、表面活性剂6份、发泡剂0.72份、氢氧化钠5份及水玻璃5份；
上述原料按照以下步骤进行：
1)将粉煤灰、碱渣和水混合后送入湿式球磨机中，再将助磨剂加入湿式球磨机中进行研磨得到浆料A，浆料A的中值粒径为1～3μm，水的重量份数为65份；
2)将硅灰、表面活性剂和发泡剂送入湿式球磨机中，然后将水加入湿式球磨机中湿磨得到浆料B，浆料B的中值粒径为150～800nm水的重量份数为7份；
3)将步骤1)得到的浆料A和步骤2)得到的浆料B混合得到混合浆料C；
4)将氢氧化钠和水玻璃加入浆料C中得到粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料，其中，水玻璃的重量份数为3～5份；
5)将粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料在温度为20±2℃，相对湿度约为65％的环境中养护24h形成粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土。
该粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的气干表观密度为316kg/m3，三天抗压强度为2.05MPa，含水率为5.5％，导热系数为0.039W/(m·K)。
对比例1
1)取45重量份的粉煤灰、60重量份的碱渣、20重量份的水送入湿式球磨机中，再加入0.4重量份助磨剂进行研磨，得到浆料A；
2)取9重量份的硅灰，7重量份的表面活性剂、0.8重量份的发泡剂，再加入5重量份的水，磨得到浆料B；
3)将步骤1)得到的浆料A和步骤2)得到的浆料B得到的混合得到浆料C；
4)再向步骤3)浆料C加入6重量份氢氧化钠和2重量份水玻璃得到地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料，将浆料注入模具中，放在温度为20±2℃，相对湿度约为65％的环境中养护24h。
该地质聚合物泡沫混凝土的气干表观密度为382kg/m3，三天抗压强度为1.23MPa，含水率为8.6％，导热系数为0.072W/(m·K)。
比较例2
1)取60重量份的粉煤灰、30重量份的碱渣、4重量份的硅灰、1重量份的表面活性剂、0.35重量份的发泡剂；
2)取2重量份的氢氧化钠和3重量份水玻璃加入35重量份的水，配制碱性激发剂溶液；
3)将步骤2)得到的碱性激发剂溶液加入步骤1)的混合原材料中，搅拌得到地质聚合物泡沫混凝土。
该地质聚合物泡沫混凝土的气干表观密度为403kg/m3，三天抗压强度为0.98MPa，含水率为9.3％，导热系数为0.085W/(m·K)。
比较例3
1)取85重量份的粉煤灰、50重量份的碱渣、8重量份的硅灰、6重量份的表面活性剂、0.72重量份的发泡剂。
2)取5重量份的氢氧化钠和5重量份水玻璃加入65重量份的水，配制碱性激发剂溶液。
3)将步骤2)得到的碱性激发剂加入步骤1)的混合原材料中，搅拌得到地质聚合物泡沫混凝土。
该地质聚合物泡沫混凝土的气干表观密度为376kg/m3，3天抗压强度为1.38MPa，含水率为6.9％，导热系数为0.075W/(m·K)。
本实施例较对比例强度增长约30％，含水率有明显降低，解决了传统泡沫混凝土中低强度，易吸水受潮的问题，在成本方面也要远低于传统泡沫混凝土，有着良好的经济效益。本发明所制备的粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土较传统工艺所制备地质聚合物泡沫混凝土，解决了传统泡沫混凝土中低强度、易受潮问题；所制备的混凝土成品，在耗资成本方面要远低于传统泡沫混凝土，并且强度，耐高温性能等方面都优于传统工艺所制备的地质聚合物混凝土。

Claims (8)

1.一种制备粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的方法，其特征在于，包括以下重量份数的原料：粉煤灰60～85份、碱渣30～50份、助磨剂0.5～0.7份、硅灰4～8份、表面活性剂1～6份、发泡剂0.35～0.72份、氢氧化钠2～5份及水玻璃3～5份；
上述原料按照以下步骤进行：
1)将粉煤灰、碱渣和水混合后送入湿式球磨机中，再将助磨剂加入湿式球磨机中进行研磨得到浆料A，所述浆料A的中值粒径为1～3μm；
2)将硅灰、表面活性剂和发泡剂送入湿式球磨机中，然后将水加入湿式球磨机中湿磨得到浆料B，所述浆料B的中值粒径为150～800nm；
3)将步骤1)得到的浆料A和步骤2)得到的浆料B混合得到混合浆料C；
4)将氢氧化钠和水玻璃加入浆料C中得到粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料；
5)将粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土固液混合浆料在温度为20±2℃，相对湿度为60～70％的环境中养护形成粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土。
2.根据权利要求1所述制备粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述步骤1)中水的重量份数为35～65份。
3.根据权利要求1所述制备粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述步骤2)中水的重量份数为2～7份。
4.根据权利要求1所述制备粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述助磨剂为聚羧酸系高效减水剂。
5.根据权利要求1所述制备粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠表面活性剂。
6.根据权利要求1所述制备粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述发泡剂为动物蛋白发泡剂。
7.根据权利要求1所述制备粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述水玻璃的模数为3.3，固体含量为40％。
8.一种粉煤灰地质聚合物泡沫混凝土，其特征在于：由权利要求1～7任一项所述的方法制得。
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