CN110963762A - 建筑外围护结构的泡沫混凝土及其混凝土砌块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑外围护结构的泡沫混凝土及其混凝土砌块的制备方法，按质量分数计，包括水泥55.3％～63.1％、粉煤灰3.5％～14.0％、微硅粉1.4％～5.7％、促凝剂0.1％～0.3％、减水剂0.018％～0.071％、增强剂0.4％～2.0％以及不超过0.14％的稳泡剂其余为水，将水泥、粉煤灰、微硅粉、促凝剂、减水剂、稳泡剂和增强剂进行干拌预混，在加入水搅拌制成水泥混合料浆，同时将复合型发泡剂与水1:30混合加入物理发泡机中制备得到均匀泡沫后加入到水泥混合料浆中，搅拌至泡沫料浆表面无浮泡，得到泡沫混凝土浆料，本发明制备的泡沫混凝土原材料使用部分粉煤灰和微硅粉代替水泥，可有效降低泡沫混凝土的生产成本；促凝剂和稳泡剂复合使用，有助于泡沫混凝土砌块气孔大小及分布更加均匀，无料浆沉淀及消泡现象。

Description

建筑外围护结构的泡沫混凝土及其混凝土砌块的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料科学领域，具体涉及一种建筑外围护结构的泡沫混凝土及其混凝土砌块的制备方法。
背景技术
轻质混凝土在节材、节能、环保等方面具有众多优良特性，在建筑结构中的应用越来越广泛。轻质混凝土是一种通过在水泥浆中添加轻质材料来降低混凝土密度的建筑材料。这种复合材料的密度各不相同，一般在300kg/m3到1600kg/m3，较重的混合物可用作承重构件，包括缓冲垫和挡土墙，较轻的(<800kg/m3)用于保温和吸声。
泡沫混凝土，主要由钙质材料(水泥、石灰)和硅质材料(石英砂、粒化高炉矿渣、粉煤灰、页岩等)以及各类外加剂，并通过物理发泡机制备气孔均匀、质量稳定的泡沫，经过配料、搅拌、浇筑、养护、切割而成的多孔建筑材料。泡沫混凝土作为一种轻质混凝土，是通过将预先制备好的泡沫添加到水泥浆中而制成的混凝土。它是一种含有大量封闭气孔的新型轻质无机保温材料，且具有密度低、导热系数小、防火和防水性能优良的特点。因此，在建筑施工中大量使用泡沫混凝土可以获得良好的经济效益和环境效益。研究表明，合理使用泡沫混凝土亦可以使建筑较普通建筑具有更高的抗震性能。
现有的泡沫混凝土，主要存在以下问题：(1)由于材料的多孔结构，导致水泥在水化反应过程中，热量难以扩散，易产生温度应力从而形成裂缝；(2)泡沫混凝土的孔隙率较高，在成型后的养护过程中，蒸发失水，造成干缩现象，容易产生裂缝；(3)制备过程中，气孔结构难以控制，尤其是不规则的孔结构，导致应力集中现象比较明显。这些因素，均导致其具强度普遍较低，因此通常被作为非结构性的绝热材料，极大地限制了它们作为承重构件的应用范围。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种建筑外围护结构的泡沫混凝土及其混凝土砌块的制备方法，气孔的比例得以控制，而且还能避免混凝土块中产生应力集中，能提高最终泡沫混凝土块的强度以及散热能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种用于建筑外围护结构的泡沫混凝土，按质量分数计，包括水泥55.3％～63.1％、粉煤灰3.5％～14.0％、微硅粉1.4％～5.7％、促凝剂0.1％～0.3％、减水剂0.018％～0.071％、水26％～30％、增强剂0.4％～2.0％以及不超过0.14％的稳泡剂。
增强剂为聚丙烯纤维和玻璃纤维中的一种或两种；聚丙烯纤维长度为6mm，抗拉强度≥485MPa，玻璃纤维长度为6mm，抗拉强度≥1800MPa。
水泥采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥。
粉煤灰为一级粉煤灰，细度模量45μm方孔筛筛余量≤9.6％，烧失重≤4.8％。
微硅粉二氧化硅含量≥95％，活性指数≥112，比表面积≥23.7kg/m2，含水率≤0.13％。
促凝剂为市售甲酸钙，减水剂为聚羧酸高性能减水剂，固含量40％～50％，减水率15％～35％，稳泡剂为硬脂酸钙。
一种建筑外围护结构泡沫混凝土砌块的制备方法，包括以下步骤：
S1，按照质量分数计，分别称量水泥55.3％～63.1％、粉煤灰3.5％～14.0％、微硅粉1.4％～5.7％、促凝剂0.1％～0.3％、减水剂0.018％～0.071％、水26％～30％、增强剂0.4％～2.0％；
将称量的水泥、粉煤灰、微硅粉、促凝剂、减水剂、稳泡剂增强剂干拌预混，得到混合均匀的混合干料；
S2，将称量好的水加入S1所得混合干料中，搅拌，制成水泥混合料浆；
S3，将复合型发泡剂与水1:30混合制备水溶液，将所述水溶液加入物理发泡机中制备得到均匀泡沫；
S4，将S3所得均匀泡沫加入到S2所得水泥混合料浆中，继续搅拌至泡沫料浆表面无浮泡，得到泡沫混凝土浆料；
S5，将S4所得泡沫混凝土浆料浇筑至标准混凝土模具中，再振捣，表面整形后静置24～36小时，然后脱模，养护28天，最终形成泡沫混凝土砌块。
S1中采用水泥低速搅拌机进行干拌预混。
S4中，搅拌速度不超过100rpm。
S5中，采用质量不大于200g的金属棒敲击模具外檐进行振捣。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明的组分经合理设计配比，加入0.018％～0.071％减水剂，在保证混凝土工作性能的同时，能极大地提高泡沫混凝土块的抗压强度；3.5％～14.0％的粉煤灰和1.4％～5.7％微硅粉的加入，能减少由于水泥在水化反应过程中的水化热而产生的微裂缝，且由于少量微硅粉的掺入，改善泡沫混凝土的孔结构、减少了混凝土中水分的快速蒸发、增强了气孔壁的密实度，最终使得本发明制备的泡沫混凝土砌块具有较高的抗压强度；在混合料浆中掺入增强剂，以提高其抗压强度并进一步降低其导热系数；本发明制备的泡沫混凝土原材料使用部分粉煤灰和微硅粉代替水泥，在环保节材、废旧利用的同时，还可有效降低泡沫混凝土的生产成本；促凝剂和稳泡剂复合使用，有助于泡沫混凝土砌块气孔大小及分布更加均匀，无料浆沉淀及消泡现象，提高外观质量。
进一步的，甲酸钙可加快浆料的凝结时间，硬脂酸钙的存在利于所形成的气泡的稳定，可以在制备的泡沫和料浆在搅拌时避免气泡的破裂，尽可能减少泡沫混凝土硬化成型后的气孔孔径不均的问题，养护好的泡沫混凝土气泡孔径及分布更加均匀，具有轻质、强度较高以及保温隔热性能好的优点。
本发明所述泡沫混凝土砌块的制备方法中，向水泥混合浆料中注入均匀的复合型泡沫，经过搅拌和振捣，以及养护，所述组分的配比，减少水泥使用量的同时避免了水泥在水化反应过程中的水化热而产生的微裂缝，改善泡沫混凝土的孔结构、减少了混凝土中水分的快速蒸发、增强了气孔壁的密实度，最终使得本发明制备的泡沫混凝土砌块具有较高的抗压强度；少量减水剂，在保证混凝土工作性能的同时，极大地提高了泡沫混凝土的抗压强度，采用本发明所述方法制备的泡沫混凝土砌块，无料浆沉淀及消泡现象，外观质量较高；与中国国家规范《蒸压加气混凝土砌块》GB 11968-2006相关条目进行对比，其内部密实均匀的孔结构，泡沫混凝土干密度在B07级别时，导热系数最大为0.078W/(m·K)，极大地优于规范规定的0.18W/(m·K)标准。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述，但不局限于实施例。
建筑外围护结构的泡沫混凝土及其混凝土砌块的制备方法，具体如下：
首先将准确称量水泥、粉煤灰、微硅粉和增强剂投入水泥低速搅拌机进行干拌预混，搅拌60s；
其次，将称量好的水加入混合干料中，搅拌90s，制成水泥混合料浆，同时将复合型发泡剂与水1:30混合制备水溶液，加入由空气压缩机和控制器组成的普通物理发泡机中制备得到均匀泡沫；
将泡沫迅速加入到水泥混合料浆中，继续低速搅拌120s，至泡沫料浆表面无浮泡，迅速浇筑至100*100*100mm标准混凝土模具中，以质量不大于200g的金属棒敲击模具外檐进行轻微振捣，刮平表面静置；24～36小时后脱模，进行自然或蒸汽养护28天，最终形成轻质高强的泡沫混凝土砌块。
促凝剂为市售甲酸钙，减水剂为聚羧酸高性能减水剂，固含量40％～50％，减水率15％～35％，稳泡剂为市售硬脂酸钙。
实施例1
一种用于建筑外围护结构的泡沫混凝土组成为：水泥63.1％，粉煤灰3.5％，微硅粉4.3％，聚丙烯纤维0.4％，促凝剂0.1％，减水剂0.071％，稳泡剂0.07％，其余为水。
将上述水泥、粉煤灰、微硅粉、促凝剂、减水剂、稳泡剂、聚丙烯纤维准确称量后，加至搅拌机搅拌60秒，制成混合干料，加入称量好的普通自来水后，搅拌90秒制成混合料浆，继续加入由发泡机制备的泡沫继续搅拌120秒，迅速倒入模具，采用质量不大于200g的金属棒敲击模具外檐进行振捣，刮平表面，静置24小时后脱模在温度为20±2℃、相对湿度＞95％的条件下养护28天，得到泡沫混凝土砌块。
实施例2
一种用于建筑外围护结构的泡沫混凝土组成为：水泥63.1％，粉煤灰3.5％，微硅粉4.3％，聚丙烯纤维1.2％，促凝剂0.1％，减水剂0.071％，稳泡剂0.07％，其余为水。
将上述水泥、粉煤灰、微硅粉、促凝剂、减水剂、稳泡剂、聚丙烯纤维准确称量后，加至搅拌机搅拌60秒，制成混合干料，加入称量好的普通自来水后，搅拌90秒制成混合料浆，继续加入由发泡机制备的泡沫继续搅拌120秒，迅速倒入模具，采用质量不大于200g的金属棒敲击模具外檐进行振捣，刮平表面，静置24小时后脱模在温度为20±2℃、相对湿度＞95％的条件下养护28天，得到泡沫混凝土砌块。
实施例3
一种用于建筑外围护结构的泡沫混凝土组成为：水泥63.1％，粉煤灰3.5％，微硅粉4.3％，玻璃纤维0.4％，促凝剂0.1％，减水剂0.071％，稳泡剂0.07％，其余为水。
将上述水泥、粉煤灰、微硅粉、促凝剂、减水剂、稳泡剂、聚丙烯纤维准确称量后，加至搅拌机搅拌60秒，制成混合干料，加入称量好的普通自来水后，搅拌90秒制成混合料浆，继续加入由发泡机制备的泡沫继续搅拌120秒，迅速倒入模具，采用质量不大于200g的金属棒敲击模具外檐进行振捣，刮平表面，静置24小时后脱模在温度为20±2℃、相对湿度＞95％的条件下养护28天，得到泡沫混凝土砌块。
实施例4
一种用于建筑外围护结构的泡沫混凝土组成为：水泥63.1％，粉煤灰3.5％，微硅粉4.3％，玻璃纤维1.2％，促凝剂0.1％，减水剂0.071％，稳泡剂0.07％，其余为水。
将上述水泥、粉煤灰、微硅粉、促凝剂、减水剂、稳泡剂、聚丙烯纤维准确称量后，加至搅拌机搅拌60秒，制成混合干料，加入称量好的普通自来水后，搅拌90秒制成混合料浆，继续加入由发泡机制备的泡沫继续搅拌120秒，迅速倒入模具，采用质量不大于200g的金属棒敲击模具外檐进行振捣，刮平表面，静置24小时后脱模在温度为20±2℃、相对湿度＞95％的条件下养护28天，得到泡沫混凝土砌块。
实施例5
一种用于建筑外围护结构的泡沫混凝土组成为：水泥63.1％，粉煤灰3.5％，微硅粉4.3％，聚丙烯纤维0.8％，玻璃纤维0.8％，促凝剂0.1％，减水剂0.071％，稳泡剂0.07％，其余为水。
将上述水泥、粉煤灰、微硅粉、促凝剂、减水剂、稳泡剂、聚丙烯纤维准确称量后，加至搅拌机搅拌60秒，制成混合干料，加入称量好的普通自来水后，搅拌90秒制成混合料浆，继续加入由发泡机制备的泡沫继续搅拌120秒，迅速倒入模具，采用质量不大于200g的金属棒敲击模具外檐进行振捣，刮平表面，静置24小时后脱模在温度为20±2℃、相对湿度＞95％的条件下养护28天，得到泡沫混凝土砌块。
实施例6
一种用于建筑外围护结构的泡沫混凝土组成为：水泥60.3％，粉煤灰10.6％，微硅粉1.4％，聚丙烯纤维0.8％，玻璃纤维0.8％，促凝剂0.23％，减水剂0.018％，稳泡剂0.14％，其余为水。
将上述水泥、粉煤灰、微硅粉、促凝剂、减水剂、稳泡剂、聚丙烯纤维准确称量后，加至搅拌机搅拌60秒，制成混合干料，加入称量好的普通自来水后，搅拌90秒制成混合料浆，继续加入由发泡机制备的泡沫继续搅拌120秒，迅速倒入模具，采用质量不大于200g的金属棒敲击模具外檐进行振捣，刮平表面，静置24小时后脱模在温度为20±2℃、相对湿度＞95％的条件下养护28天，得到泡沫混凝土砌块。
实施例7
一种用于建筑外围护结构的泡沫混凝土组成为：水泥55.3％，粉煤灰14.0％，微硅粉1.4％，聚丙烯纤维0.8％，玻璃纤维0.8％，促凝剂0.3％，减水剂0.036％，稳泡剂0.14％，其余为水。
将上述水泥、粉煤灰、微硅粉、促凝剂、减水剂、稳泡剂、聚丙烯纤维准确称量后，加至搅拌机搅拌60秒，制成混合干料，加入称量好的普通自来水后，搅拌90秒制成混合料浆，继续加入由发泡机制备的泡沫继续搅拌120秒，迅速倒入模具，采用质量不大于200g的金属棒敲击模具外檐进行振捣，刮平表面，静置24小时后脱模在温度为20±2℃、相对湿度＞95％的条件下养护28天，得到泡沫混凝土砌块。
上述实施例中：所述水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为一级粉煤灰，细度模量45μm方孔筛筛余量≤9.6％，烧失重≤4.8％；所述微硅粉二氧化硅含量≥95％，活性指数≥112，比表面积≥23.7kg/m2，含水率≤0.13％；所述促凝剂为市售甲酸钙，减水剂为聚羧酸高性能减水剂，固含40％～50％，减水率15％～35％，稳泡剂为市售硬脂酸钙；所述增强剂为市售聚丙烯纤维和玻璃纤维，聚丙烯纤维长度为6mm，抗拉强度≥485MPa，玻璃纤维长度为6mm，抗拉强度≥1800MPa。
测试本实施例1～7制备的泡沫混凝土试块，干密度试验检测方法依照中国行业标准JGT266-2011《泡沫混凝土》进行测定。泡沫混凝土的抗压强度试验检测方法依照国家标准GBT11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》进行测定。泡沫混凝土的导热系数检测方法依照国家标准GBT 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定——防护热板法》进行测定，其试验结果如下：
表1本发明实施例所得泡沫混凝土砌块的实测性能
Figure BDA0002331792370000081
本实施例1～7制备的泡沫混凝土试块，其干密度为622.1.4～680.2kg/m3，导热系数0.0653～0.0783W/(m·K)，抗压强度5.66～6.02MPa，与中国国家规范《蒸压加气混凝土砌块》GB 11968-2006相关条目进行对比，本实施例1～7制备的泡沫混凝土，导热系数最大为0.078W/(m·K)，极大地优于规范规定B07级别的0.18W/(m·K)标准，在抗压强度方面，最小抗压强度为5.66MPa，优于规范规定B07级别的5.5MPa标准。因此可以在保证其保温隔热性能的同时，具备较好的结构承载力。在后续制备中，提高其干密度的同时，抗压强度随之增长，导热系数增长幅度较小，因此在满足建筑保温节能的要求下，本发明制备的泡沫混凝土可以作为独立承重砌体结构应用于建筑外围护结构。
本发明所使用的甲酸钙可加快浆料的凝结时间，硬脂酸钙的存在利于所形成的气泡的稳定，可以在制备的泡沫和料浆在搅拌时避免气泡破裂，尽可能减少泡沫混凝土硬化成型后的气孔孔径不均的问题，养护好的泡沫混凝土气泡孔径及分布更加均匀。且由于粉煤灰和微硅粉的加入，减少了由于水泥在水化反应过程中的水化热而产生的微裂缝，改善了泡沫混凝土的孔结构、减少了混凝土中水分的快速蒸发、增强了气孔壁的密实度，最终使得本发明制备的泡沫混凝土砌块具有较高的抗压强度具有轻质、强度较高、保温隔热性能好的优点。

Claims (10)

1.一种用于建筑外围护结构的泡沫混凝土，其特征在于，按质量分数计，包括水泥55.3％～63.1％、粉煤灰3.5％～14.0％、微硅粉1.4％～5.7％、促凝剂0.1％～0.3％、减水剂0.018％～0.071％、水26％～30％、增强剂0.4％～2.0％以及不超过0.14％的稳泡剂。
2.根据权利1要求所述的用于建筑外围护结构的泡沫混凝土，其特征在于，增强剂为聚丙烯纤维和玻璃纤维中的一种或两种；聚丙烯纤维长度为6mm，抗拉强度≥485MPa，玻璃纤维长度为6mm，抗拉强度≥1800MPa。
3.根据权利1要求所述的用于建筑外围护结构的泡沫混凝土，其特征在于，水泥采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥。
4.根据权利1要求所述的用于建筑外围护结构的泡沫混凝土，其特征在于，粉煤灰为一级粉煤灰，细度模量45μm方孔筛筛余量≤9.6％，烧失重≤4.8％。
5.根据权利1要求所述的用于建筑外围护结构的泡沫混凝土，其特征在于，微硅粉二氧化硅含量≥95％，活性指数≥112，比表面积≥23.7kg/m2，含水率≤0.13％。
6.根据权利1要求所述的用于建筑外围护结构的泡沫混凝土，其特征在于，促凝剂为市售甲酸钙，减水剂为聚羧酸高性能减水剂，固含量40％～50％，减水率15％～35％，稳泡剂为硬脂酸钙。
7.一种建筑外围护结构泡沫混凝土砌块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，按照质量分数计，分别称量水泥55.3％～63.1％、粉煤灰3.5％～14.0％、微硅粉1.4％～5.7％、促凝剂0.1％～0.3％、减水剂0.018％～0.071％、水26％～30％、增强剂0.4％～2.0％；
将称量的水泥、粉煤灰、微硅粉、促凝剂、减水剂、稳泡剂增强剂干拌预混，得到混合均匀的混合干料；
S2，将称量好的水加入S1所得混合干料中，搅拌，制成水泥混合料浆；
S3，将复合型发泡剂与水1:30混合制备水溶液，将所述水溶液加入物理发泡机中制备得到均匀泡沫；
S4，将S3所得均匀泡沫加入到S2所得水泥混合料浆中，继续搅拌至泡沫料浆表面无浮泡，得到泡沫混凝土浆料；
S5，将S4所得泡沫混凝土浆料浇筑至标准混凝土模具中，再振捣，表面整形后静置24～36小时，然后脱模，养护28天，最终形成泡沫混凝土砌块。
8.根据权利要求7所述的建筑外围护结构泡沫混凝土砌块的制备方法，其特征在于，S1中采用水泥低速搅拌机进行干拌预混。
9.根据权利要求7所述的建筑外围护结构泡沫混凝土砌块的制备方法，其特征在于，S4中，搅拌速度不超过100rpm。
10.根据权利要求7所述的建筑外围护结构泡沫混凝土砌块的制备方法，其特征在于，S5中，采用质量不大于200g的金属棒敲击模具外檐进行振捣。
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