CN110950568A

CN110950568A - 一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂及制备方法

Info

Publication number: CN110950568A
Application number: CN201911058494.8A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Tu Yingqing
Current assignee: Tu Yingqing
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2020-04-03

Abstract

本发明公开了一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂及制备方法。本发明多功能无机复合泡沫混凝土改性剂由无机功能材料纳米硅粉、矿粉、膨胀快硬水泥、胶粉、减水剂粉、憎水剂粉组成。其制备方法按重量份数将所有材料依次加入搅拌器内，在加入原料的同时进行机械搅拌，混合均匀，即可得到多功能无机复合泡沫混凝土改性剂；然后按照0.80份的母料加0.20份的多功能无机复合泡沫混凝土改性剂的比例进行混合发泡，即可制得高性能泡沫混凝土产品。加入本改性剂的泡沫混凝土抗压强度达行业标准的1.45倍，同时具有轻质、憎水、不开裂、阻燃、保温隔热、隔音，与建筑主体结构同寿命等优良品质，本发明还具有制备简单便于操作生产的优点。

Description

一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂及制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及建筑材料添加剂技术领域。

背景技术

世界各国开展建筑节能无不首先抓建筑围护材料的革新，一些发达国家早在上世纪六十年代就开始采用保温性能好、生产能耗低的新型墙体材料替代传统墙体材料。

我国开展建筑节能工作虽然起步较晚，但推进力度很大，北京上海等一线大城市已要求建筑节能率要大于80％。随着我国建筑节能工作和建筑产业化的全面推进，传统建筑墙体材料显然不能满足现代建筑的要求，全新一代的泡沫混凝土自保温砌块应运而生。经本发明-- 多功能无机复合泡沫混凝土改性剂改性的泡沫混凝土自保温墙材，由于轻质、超高强(抗压强度达行业标准的1.5倍)、憎水、阻燃、抗裂、隔热、隔音和优越的耐久性，从而真正实现了建筑墙体围护结构的自保温，确保了墙体不开裂、不渗水，能够达到国家建筑节能标准的要求，并能与建筑主体结构同寿命。生产用的主体材料采用工业废灰渣粉，产品绿色环保，属循环经济产业。与传统同类产品比具有以下突出特征与优势，市场前景广阔。

1、早强。加入本发明改性剂的泡沫混凝土，8小时内可脱模；

2、容重小，降低建筑自重。加入本发明改性剂的泡沫混凝土容重一般可在500-530kg/m3，仅为实心粘土砖重量的1/6，为空心砌块重量的1/3，可减轻墙体负荷50--60％，建筑自重减轻 20--30％，施工速度快，大大降低工人劳动强度及建筑造价；

3、强度高，可加工性好，规格尺寸多样。加入本发明改性剂的泡沫混凝土在500-530kg/m3，对应抗压强度高达5.06MPa，高出蒸压加气块40％；产品的生产不用粗骨料，所以可锯、刨、粘、钉，根据需要任意加工，便于装修；产品有多种规格尺寸，能满足各种砌筑需要；

4、具有显著的保温隔热性能，大大降低建筑能耗。加入本发明改性剂的泡沫混凝土的导热系数为0.1072w/(m.k)，保温效果是粘土砖的5倍，是空心砌块的4倍，可实现自保温(不用再进行外墙保温)，冬暖夏凉，大大减少空调运行时间，节约电耗30--50％，是实现建筑节能的首选墙材；同时由于不需外保温，可大大降低建筑成本；

5、憎水、耐候性好。加入本发明改性剂的泡沫混凝土吸水率小于18％，在极端气候条件下不开裂、不破损，从根本上避免了包括蒸压加气块在内的传统墙体材料渗水、开裂等建筑业头痛弊病；

6、耐久性：加入本发明改性剂的泡沫混凝土墙体与主体结构同材质同寿命；

7、优良的吸音隔音性能。加入本发明改性剂的泡沫混凝土的多孔结构让其具备了良好的吸音、隔音性能，吸音能力达0.19％，是普通混凝土的5倍，200mm厚墙隔音量为58dB，完全可达到共墙分户的隔音要求；

8、廉价、绿色环保。加入本发明改性剂的泡沫混凝土掺合料采用工业废渣粉或石粉等工业废料，与胶凝料1∶1混合，属循环经济产业，低碳、绿色、环保，生产成本仅为同类产品的60％；

9、免蒸养。加入本发明改性剂的泡沫混凝土采用新工艺，靠胶凝料自然养护产生强度，无需加热蒸养，简化了生产工艺，节约了生产成本；

10、A1级防火。加入本发明改性剂的泡沫混凝土全部采用纯无机不燃原料，防火等级达 A1级。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，该改性剂属纯无机固体粉料，具有减水、早强、增强、防裂和憎水等多项功能。普通泡沫混土添加本发明改性剂后，实现了轻质、超高强(抗压强度达行业标准的1.45倍)、保温隔热、隔音、憎水、不开裂，与建筑主体结构同寿命等优良品质，使泡沫混凝土墙材克服了目前强度低、防水性差、导热系数大、易开裂等缺点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，所述的改性剂由多种无机功能材料中各组分的重量份数配比为：纳米硅粉0.62、微矿粉0.20、膨胀快硬水泥0.12、柔性乳胶粉0.019、减水剂粉0.022、憎水剂粉0.019。

本发明一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其中所述的纳米二氧化硅为SF96电炉回收二氧化硅微粉；

本发明一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其中所述的一种憎水抗裂超高强无机复合泡沫混凝土改性剂，其特征在于，所述的矿粉为S95级粒化高炉矿渣粉；

本发明一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其中所述的膨胀快硬水泥为具有微膨胀性能的R.SAC快硬硫铝酸盐水泥；

本发明一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其中所述的柔性乳胶粉为

5044N，它是一种具有抗皂化性能的遇水可再分散醋酸乙烯酯/乙烯共聚胶粉

本发明一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其中所述的减水剂粉为PCA-FHN-G-I聚羧酸系高性能减水剂；

本发明一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其中所述的憎水剂粉为工业级硬脂酸钙粉合格品；

为了解决上述技术问题，本发明的采用的另一技术方案，提供一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其制备方法是：

按重量份数将所有材料依次加入到搅拌器内，在加入原料的同时进行机械搅拌，确保混合均匀即可。制作好的改性剂按照0.80份的母料加0.20份的本发明改性剂的比例进行混合发泡，可制得轻质、超高强(抗压强度达行业标准的1.45倍)、憎水、不开裂、阻燃、隔热、隔音，与建筑主体结构同寿命的高品质泡沫混凝土自保温墙材。

本发明中为了解决现有泡沫混凝土普遍存在的强度低、防水性差、导热系数大、易开裂等业界头痛的技术难题，思路是从突破泡沫混凝土发展瓶颈--解决泡沫混凝土墙材抗压强度低、吸水太大难题入手，同时系统解决由此产生的混凝土拌合发泡过程中流动性变差和成型后易开裂等必然发生的负作用问题。

1、大幅提高泡沫混凝土抗压强。普通泡沫混凝土内部孔隙率高达40％以上，强度低是毫无疑问的。发泡过程中，为了保证料浆的流动性，水灰比需维持在0.65以上，过高的水灰比，在泡沫混凝土硬化后多余的水在水泥石中形成大量的各种孔径的孔隙，以及因水分蒸发和水泥石结构收缩所产生的微裂缝，这些缺陷又进一步大大降低泡沫混凝土的抗压强度和耐久性。针对这些情况，要得到高强度泡沫混凝土，须采取相应的应对办法：一是控制水灰比。一般水泥水化所需的用水量仅为水泥重量的15％～20％，这样就多出了近40％的水量。本发明改性剂将泡沫混凝土制作的水灰比控制在0.35以下，基本满足了高强度泡沫混凝土对水灰比的要求；二是提高孔壁密实度，改善泡孔结构、使其致密。本发明改性剂中含有适量的SF96 电炉回收二氧化硅微粉、S95级粒化高炉矿渣粉对泡沫混凝土进行改性，改性后的泡沫混凝土泡孔均匀致密、孔壁密实，抗压强度高出行标规定的1.45倍。

(1)SF96电炉回收二氧化硅微粉的改性作用

SF96电炉回收二氧化硅微粉掺入到泡沫混凝土后，由于其粒径很小，比表面积很大，因而可以对水泥凝胶体中的毛细孔进行填充，可有效提高孔壁密实度，减少孔壁上的胶凝孔隙率，减少微裂缝，大幅提高泡沫混凝土的抗压强度；同时硅灰的高火山灰性在水化早期可以加速C3S的水化，产生更多的氢氧化钙，加速其水化反应，生成CSH凝胶体，从而改善孔壁水泥石的孔结构，使其致密，提高泡沫混凝土的早期强度。

本发明改性剂对SF96电炉回收二氧化硅微粉进严格限量控制。占有量太小，满足不了泡沫混凝土改性的需要；占有量太大，会加重对泡沫混凝土料浆流动性不利影响，导致减水剂用量的增加。减水剂有一定缓凝作用，量增加会导致快硬水泥用量增加，造成多米诺效应。SF96电炉回收二氧化硅微粉过量，还会增产品成型后开裂的风险。经反复试验，本发明改性剂SF96电炉回收二氧化硅微粉的量控制在改性剂总量的62％，既满足了泡沫混凝土改性的需要，又兼顾改性剂内部体系的平衡。

(2)S95级粒化高炉矿渣粉的改性作用

S95级粒化高炉矿渣粉在泡沫混凝土中的改性增强机理与SF96电炉回收二氧化硅微粉类似，这里不再重复叙述。主要介绍一下它改善流动性的作用。由于超细矿渣粉是细微玻璃体，其表面光滑，尤其是在水泥水化初期基本上不参与化学反应，而是在料浆中填充间隙，从而起到降低摩擦阻力的作用，有效地改善了水泥料浆的和易性(包括流动性、黏聚性、保水性等)。对泡沫混凝土混合浆体流动性的观察表明，掺入超细矿渣粉后水泥料浆的流动性显著改善，意味着在相同流动性条件下成型水胶比降低。为此，本发明改性剂中添加了适量的S95 级粒化高炉矿渣粉，用以辅助SF96电炉回收二氧化硅微粉对泡沫混凝土进行增强改性，同时缓解由于SF96电炉回收二氧化硅微粉加入导致泡沫混凝土料浆流动性变差的问题。

当然S95级粒化高炉矿渣粉添量也要适度。有研究表明，S95级粒化高炉矿渣粉用量过大至矿渣比表面积＜450m2/kgM，矿渣的活性作用无法充分发挥，不能进行二次水化反应从而消耗Ca(OH)2以提高水泥石结构的密实度，反而减少了水泥与硅灰的掺量，减少了水化产物，降低了泡沫混凝土的强度。经反复试验，本发明改性剂中S95级粒化高炉矿渣粉占改性剂总量20％时对泡沫混凝土改性作用最佳。

2、显著降低泡沫混土吸水率

普通泡沫混土吸水率大都在20％以上，这是导致建筑墙体渗水的主要因素。普通混凝土中加入本发明改性剂后，吸水率猛将至18％以下，并对抗压强度等技术参数未带来负面影响。本发明改性剂中发挥憎水功能的是硬脂酸钙。泡沫混凝土中添加适量的硬脂酸钙，能有效降低其吸水率，并不会降低泡沫混凝土的品质和生产的稳定性。实验证明，本发明改性剂中硬脂酸钙的最佳占比为1.9％。太少，憎水效果不佳；过多，会严重降低泡沫混凝土料浆的流动性，还会延长泡沫混凝土脱模时间。

3、解决因提高强度带来的负面问题

(1)解决泡沫混凝土流动性差的问题。低水灰比、纳米二氧化硅的叠加影响，会大大降低了泡沫混凝土料浆的流动性，如不采取相应措施，生产将无法进行。解决办法是赋予本发明改性剂强大的减水功能。本发明改性剂承担减水功能的是PCA-FHN-G-I聚羧酸系高性能减水剂，聚羧酸系高性能减水剂减水功能强大，经试验测试，本发明改性剂中聚羧酸系减水剂控制在改性剂总量的2.2％可满足生产流动性的要求。当然，由于改性剂中的减水剂有一定的缓凝作用，泡沫混凝土初凝时间会因此延长20分钟左右，这将造成泡沫混凝土稳定性变差。为防止这一现象发生，在改性剂中考虑了一定量的R.SAC快硬硫铝酸盐水泥，经实验确定合适的量为本发明改性剂总量的12％。

(2)解决泡沫混凝土耐久性差、易开裂的问题。首先，泡沫混凝土内部孔隙率高达40％以上，因而密度小，强度低，弹性模量小，收缩大，易开裂；其次，硅酸盐水泥在水化硬化过程中，水泥水化产物的体积大于水泥体积，但是小于水泥+水的体积，一旦水分蒸干，体积缩小，必然引起开裂；同时，水泥水化过程中还伴随放热，引起初始体积膨胀而冷却时又收缩，导致表观收缩量增大而开裂；再次，采用本发明改性剂后，纳米硅虽起到了大幅提高泡沫混凝土抗压强度的作用，但水化反应也更强烈，生成的水化产物大大增加，导致泡沫混凝土的体积稳定性变差开裂。面对这些问题，解决办法是考虑本发明的改性剂的防裂抗裂功能。本发明的改性剂中充当防裂抗裂作用的是

5044N可再分散醋酸乙烯酯/乙烯共聚胶粉和R.SAC微膨胀性快硬硫铝酸盐水泥。

①在本发明改性剂中采用了适量的

5044N乳胶粉

5044N乳胶粉相对较高的乙烯含量，胶粉具有极好的柔韧性。其玻璃化转变温度在零度以下。在泡沫混凝土中掺入

5044N可再分散乳胶粉，在水泥水化产物及骨料之间形成空间连续的网状结构，提高了水化产物之间的结合度，同时这些网状结构可以穿过孔隙和裂缝进行穿梭连接，增加了变形能力；而且胶粉中的某些活性基团也能与水泥水化产物之间发生化学作用，形成特殊的桥键，改善泡沫混凝土的结构，从而显著增强其抗裂性。另外，聚合物膜能封堵水泥水化产物之间、水化产物与骨料之间的孔隙，并且在裂缝形成时起搭接作用，从而改善泡沫混凝土的抗裂性能。同样，

5044N乳胶粉的量也是要控制的。过量使用在泡沫混凝土中难以充分分散，导致泡沫混凝土抗压强度降低，初凝时间延长，破坏本发明改性剂系统平衡性，增加泡沫混土塌陷风险。实验证明，

5044N乳胶粉占本发明改性剂总量的1.9％为最佳。

②在改性剂中考虑采用适量的R.SAC微膨胀性快硬硫铝酸盐水泥。

采用微膨胀水泥时，其在强度增长过程中即产生体积膨胀，内部产生压应力和压应变，能部分补偿泡沫混凝土各种收缩变形，抵消相应产生的拉应力，有效地提高结构的抗裂性；同时，由于膨胀变形时释放的大部分能量均发生在混凝土养护的早期阶段，此时尚处在塑性状态，故大量空隙易于被压缩密实；同时，因游离的钙矾石结晶颗粒具有填充孔隙的作用，使空隙进一步减少，密实作用显著提高。本发明改性剂中采用了12％的R.SAC微膨胀性快硬硫铝酸盐水泥，既缩短了泡沫混凝土的初凝时间，以防范其塌陷；又提高了泡沫混凝土的抗裂性，真可谓是一举两得。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：实施例1-5 的母料以及辅料的重量份数配比详见下表1。

表1具体实施表

实施例中所用原料皆为市售产品。

实施例所述本发明改性剂改性泡沫混凝土的制备方法包括以下步骤：

(1)按重量份数将水加入到搅拌器中；

(2)按重量份数将本发明改性剂、稳泡剂等加入到步骤(1)中搅拌0.5min获得均匀的浆体；

(3)按重量份数将母料加入到步骤(2)中混合均匀的浆体内搅拌2.5min获得均匀的浆体；

(4)按重量份数将发泡剂加入到步骤(3)中混合均匀的浆体内，搅拌10s；

(5)将(4)搅拌均匀的浆体浇注于模具内开始发泡，经养护形成坯体；

(6)按要求将达到一定强度坯体分割成自保温砌块或自保温墙板。

实例1-5生产的本发明改性剂改性的轻质高强泡沫混凝土自保温砌块的相关数据如下表2所示：

表2性能数据表

Claims

1.一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其特征在于所述的改性剂由多种无机功能材料中各组分的重量份数配比为：纳米硅粉0.62、微矿粉0.20、膨胀快硬水泥0.12、柔性乳胶粉0.019、减水剂粉0.022、憎水剂粉0.019。

2.根据权利要求1所述的一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其特征在于，所述的纳米二氧化硅为SF96电炉回收二氧化硅微粉。

3.根据权利要求1所述的一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其特征在于，所述的微矿粉为S95级粒化高炉矿渣粉。

4.根据权利要求1所述的一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其特征在于，所述的膨胀快硬水泥为具有微膨胀性能的R.SAC快硬硫铝酸盐水泥。

5.根据权利要求1所述的一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其特征在于，所述的柔性乳胶粉为

它是一种具有抗皂化性能的遇水可再分散醋酸乙烯酯/乙烯共聚胶粉。

6.根据权利要求1所述的一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其特征在于，所述的减水剂粉为PCA-FHN-G-I聚羧酸系高性能减水剂。

7.根据权利要求1所述的一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其特征在于，所述的憎水剂粉为工业级硬脂酸钙粉合格品。

8.一种多功能无机复合泡沫混凝土改性剂，其特征在于其制备方法为：按重量份数将所有材料依次加入到搅拌器内，在加入原料的同时进行机械搅拌，确保混合均匀即可。该改性剂属纯无机固体粉料，具有减水、早强、显著增强、防裂、耐久、阻燃和憎水等多项功能，制作好的改性剂按照0.80份的母料加0.20份的改性剂的比例进行混合发泡，可制得轻质、超高强(抗压强度达行业标准的1.5倍)、憎水、不开裂、阻燃、隔热、隔音，与建筑主体结构同寿命，8小时内可脱模的优良品质的泡沫混凝土自保温墙材。