CN111039630A - 一种抗压防水型发泡水泥的制备方法 - Google Patents

一种抗压防水型发泡水泥的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料制备技术领域，具体涉及一种抗压防水型发泡水泥的制备方法。本发明利用高岭土在高温和碱溶液的作用下，促使高岭土的硅氧键和铝氧键断裂，这些低聚态四面体单元随着反应的进行，逐渐脱水重新聚合，形成网络状硅铝氧化合物，将硅铝氧化合物有效填充在透明混凝土内部孔隙中，使得透明混凝土结构致密化，有利于发泡水泥的防水性得到提高，常温密闭保湿养护是发泡水泥合适的养护方式，从而表现出良好的力学性能，进一步提高发泡水泥的抗压强度，具有广泛的应用前景。

Description

一种抗压防水型发泡水泥的制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料制备技术领域，具体涉及一种抗压防水型发泡水泥的制备方法。
背景技术
随着GDP的增长，人们越来越重视生活质量，建筑消费的重点已经不再单以结实耐用为标准，越来越多的人开始追求室内环境，因此保障室内空气品质所需的能耗将会迅速上升。用来保障室内温度的能耗所占比例很大，研究表明，约70％-80％的热量通过围护结构以热传导的方式传递，造成了热量的损失。为了减少采暖或者制冷所需的能耗，在建筑物上增加保温层成为节能的重要手段。目前应用最广泛的保温方法是墙体外保温法，可以使墙体免受冷热桥的影响，减少主体结构所受的温度应力。
在外墙外保温体系中，常用的保温层是有机材料，包括聚苯板、挤塑板、聚氨酯等。但是近年来由保温板引起的火灾频发，造成严重的人员伤亡和财产损失，由此可见，可燃的保温材料存在严重的安全隐患，引起了广泛的关注。公安部、住房和城乡建设部联合发布了46号、65号文件，严格要求外墙保温材料达到A级不燃的标准，因此有机保温板不适合作为保温层。在此背景下，无机保温材料迅速发展，其中发泡水泥保温板以其优良的综合性能，吸引了众多研究者的目光。发泡水泥的组成材料主要有五种：胶凝材料、发泡剂、掺合料、纤维以及其他外加剂等。
湿法生产：将原料加水粉磨成生料浆后，喂入湿法窑煅烧成熟料的方法。也有将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧成熟料的方法，称为半湿法，仍属湿法生产之一种。
干法生产的主要优点是热耗低(如带有预热器的干法窑熟料热耗为3140～3768焦/千克)，缺点是生料成分不易均匀，车间扬尘大，电耗较高。湿法生产具有操作简单，生料成分容易控制，产品质量好，料浆输送方便，车间扬尘少等优点，缺点是热耗高(熟料热耗通常为5234～6490焦/千克)。
水泥具有良好的塑性，可浇筑成各种形状和大小的构件或结构物，硬化后具有耐久性良好的特性，可作为长期使用的承重构件或结构物，且经济实惠、易获得。普通水泥具有诸多优点外同时也存在缺点：比如混凝土抗压强度较低，体积都太大、容易产生裂纹露筋等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前发泡水泥存在抗压强度低和防水性差的弊端，提供了一种高强度发泡水泥的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种高强度发泡水泥的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)将玉米秸秆皮和质量分数为8％的氢氧化钠溶液混合，加热煮制，再加入90～120mL质量分数为35％的双氧水，继续保温反应，过滤，分离得到玉米秸秆皮滤渣；
(2)按重量份数计，向发酵罐中依次加入玉米秸秆皮滤渣、沼液和份蔗糖混合搅拌后，密封发酵天，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，出料即为发酵纤维样品，称取70～80g聚丙烯加热升温使其软化，向软化后的聚丙烯中加入90～120g发酵纤维样品和9～12g钛酸酯偶联剂KR-9S混合研磨，研磨后即为改性纤维，
(3)再称取25～35g石英砂研磨粉碎，研磨后得石英砂粉末，将石英砂粉末和铝酸酯ASA混合搅拌，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量8％的橄榄油和混合物质量0.7％的酸奶，装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后，取出发酵产物，即为改性石英砂粉末；
(4)将普通硅酸盐水泥和高强硫铝酸盐水泥混合搅拌，得到混合水泥；
(5)继续称取90～100g高岭土放入高温炉中煅烧，冷却出料，得到偏高岭土，再将偏高岭土和质量分数为24％的氢氧化钠溶液混合浸泡，浸泡后倒入烘箱中干燥，研磨出料，得到改性偏高岭土粉末；
(6)按重量份数计，分别称取混合水泥、改性纤维、改性石英砂粉末、改性偏高岭土粉末、水、生石灰粉煤灰、鸡蛋、纤维素醚、硅灰、马来酸酐和河沙，先取混合水泥、改性纤维、改性石英砂粉末、改性偏高岭土粉末、水和纤维素醚置于搅拌机中搅拌混合，再添加生石灰、粉煤灰、鸡蛋、硅灰、氧化钠、马来酸酐和河沙，继续搅拌混合后，最后用塑料袋密封保湿于常温下静置，即可制得抗压防水型发泡水泥。
步骤(1)所述的玉米秸秆皮和氢氧化钠溶液的质量比为1：5，加热温度为75～85℃，加热时间为2～3h，保温反应时间为30～40min。
步骤(2)所述的按重量份数计，依次加入70～80份玉米秸秆皮滤、80～100份沼液和10～12份蔗糖，搅拌时间为16～18min，发酵温度为35～45℃，发酵时间为8～11天，洗涤次数为4～6次，加热升温温度为160～180℃，研磨时间为12～16min。
步骤(3)所述的研磨时间为6～8min，石英砂粉末和铝酸酯ASA的质量比为6：1，搅拌时间为9～12min，发酵温度为35～40℃，发酵时间为9～12天。
步骤(4)所述的普通硅酸盐水泥和高强硫铝酸盐水泥的质量比为3：2，搅拌时间为8～10min。
步骤(5)所述的煅烧温度为750～850℃，煅烧时间为55～60min，偏高岭土和质量分数为24％的氢氧化钠溶液的质量比为1：4，浸泡时间为36～40min，干燥温度为65～75℃，干燥时间为1～2h。
步骤(6)所述的按重量份数计，分别称取70～80份混合水泥、40～50份改性纤维、18～25份改性石英砂粉末、8～10份改性偏高岭土粉末、60～70份水、3～5份生石灰、2～4份粉煤灰、2～4份鸡蛋、1～3份纤维素醚、1～3份硅灰、1～3份马来酸酐和1～3份河沙，搅拌温度为20～30℃，搅拌时间为30～50min，继续搅拌温度为40～50℃，搅拌时间为1～2h，静置时间为3～5h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
(1)本发明首先将玉米秸秆皮和氢氧化钠溶液混合加热处理，使玉米秸秆皮纤维发生初步解纤，再利用沼液为微生物来源，并以蔗糖为营养物质，与碱浸玉米秸秆皮混合发酵，使玉米秸秆皮中的半纤维素等易降解的物质被去除，避免了半纤维素等有机质在水泥碱性水化体系中水解产生水泥的阻凝成分-单糖，从而提高发泡水泥的抗压强度，另外，碱浸和微生物发酵有利于侵蚀玉米秸秆皮纤维束的疏松，在后期处理过程中，较细的纤维束会逐渐形成，从而提高玉米秸秆皮纤维的长径比，纤维的长径比越大，在逐渐形成发泡水泥过程中，单位面积中纤维之间相互交织的次数越多，纤维分布也越细密，从而有利于体系机械强度的有效提升，再用聚丙烯树脂和钛酸酯偶联剂对植物纤维进行改性，形成共价键，从而提高界面的结合能力；
(2)本发明中石英砂粉末含有丰富的二氧化硅，使用铝酸酯偶联剂对石英砂粉末改性，将其和植物油以及酸奶微生物共混发酵，利用微生物将植物油分解产生亲油性酯基，并在微生物的自交联作用下使得酯基接枝到部分树脂表面，增强了石英砂粉末与高聚物的相容性，继续加入改性偏高岭土粉末、生石灰、硅灰和河沙进行有效的填充，进一步提高发泡水泥的抗压强度；
(3)本发明利用高岭土在高温和碱溶液的作用下，促使高岭土的硅氧键和铝氧键断裂，这些低聚态四面体单元随着反应的进行，逐渐脱水重新聚合，形成网络状硅铝氧化合物，将硅铝氧化合物有效填充在透明混凝土内部孔隙中，使得透明混凝土结构致密化，有利于发泡水泥的防水性得到提高；
(4)本发明将硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥按一定比例混掺制备发泡水泥时，具有凝结硬化快，强度发展快的特点，再加入氧化钠和粉煤灰进行填充，在满足工作性能的前提下，适当降低砂浆的水固比可以提高发泡水泥的抗压强度，继续加入鸡蛋，其中鸡蛋含有丰富的蛋白质，不但具有相对较高的早期强度和较短的初凝时间，能够使水泥迅速凝结硬化，减少泡沫的破裂，从而提高发泡水泥的抗压强度，常温密闭保湿养护是发泡水泥合适的养护方式，从而表现出良好的力学性能，进一步提高发泡水泥的抗压强度。
具体实施方式
按质量比为1：5将玉米秸秆皮和质量分数为8％的氢氧化钠溶液混合，在75～85℃下加热煮制2～3h，再加入90～120mL质量分数为35％的双氧水，继续保温反应30～40min，过滤，分离得到玉米秸秆皮滤渣，按重量份数计，向发酵罐中依次加入70～80份玉米秸秆皮滤渣、80～100份沼液和10～12份蔗糖混合搅拌16～18min后，在35～45℃下密封发酵8～11天，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼4～6次，出料即为发酵纤维样品，称取70～80g聚丙烯加热升温至160～180℃使其软化，向软化后的聚丙烯中加入90～120g发酵纤维样品和9～12g钛酸酯偶联剂KR-9S混合研磨12～16min，研磨后即为改性纤维，再称取25～35g石英砂研磨粉碎6～8min，研磨后得石英砂粉末，按质量比为6：1将石英砂粉末和铝酸酯ASA混合搅拌9～12min，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量8％的橄榄油和混合物质量0.7％的酸奶，装入发酵罐中，在温度为35～40℃条件下密封发酵9～12天，发酵结束后，取出发酵产物，即为改性石英砂粉末，按质量比为3：2将普通硅酸盐水泥和高强硫铝酸盐水泥混合搅拌8～10min，得到混合水泥，继续称取90～100g高岭土放入高温炉中，在温度为750～850℃的条件下煅烧55～60min，冷却出料，得到偏高岭土，再将偏高岭土和质量分数为24％的氢氧化钠溶液按质量比为1：4混合浸泡36～40min，浸泡后倒入烘箱中，在温度为65～75℃的条件下干燥1～2h，研磨出料，得到改性偏高岭土粉末；按重量份数计，分别称取70～80份混合水泥、40～50份改性纤维、18～25份改性石英砂粉末、8～10份改性偏高岭土粉末、60～70份水、3～5份生石灰、2～4份粉煤灰、2～4份鸡蛋、1～3份纤维素醚、1～3份硅灰、1～3份马来酸酐和1～3份河沙，先取混合水泥、改性纤维、改性石英砂粉末、改性偏高岭土粉末、水和纤维素醚置于搅拌机中，在20～30℃下搅拌混合30～50min，再添加生石灰、粉煤灰、鸡蛋、硅灰、氧化钠、马来酸酐和河沙，继续在40～50℃下搅拌混合1～2h后，最后用塑料袋密封保湿于常温下静置3～5h，即可制得抗压防水型发泡水泥。
实例1
按质量比为1：5将玉米秸秆皮和质量分数为8％的氢氧化钠溶液混合，在75℃下加热煮制2h，再加入90mL质量分数为35％的双氧水，继续保温反应30min，过滤，分离得到玉米秸秆皮滤渣，按重量份数计，向发酵罐中依次加入70份玉米秸秆皮滤渣、80沼液和10份蔗糖混合搅拌16后，在35℃下密封发酵8天，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼4次，出料即为发酵纤维样品，称取70g聚丙烯加热升温至160℃使其软化，向软化后的聚丙烯中加入90g发酵纤维样品和9g钛酸酯偶联剂KR-9S混合研磨12min，研磨后即为改性纤维，再称取25g石英砂研磨粉碎6min，研磨后得石英砂粉末，按质量比为6：1将石英砂粉末和铝酸酯ASA混合搅拌9min，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量8％的橄榄油和混合物质量0.7％的酸奶，装入发酵罐中，在温度为35℃条件下密封发酵9天，发酵结束后，取出发酵产物，即为改性石英砂粉末，按质量比为3：2将普通硅酸盐水泥和高强硫铝酸盐水泥混合搅拌8min，得到混合水泥，继续称取90g高岭土放入高温炉中，在温度为750℃的条件下煅烧55min，冷却出料，得到偏高岭土，再将偏高岭土和质量分数为24％的氢氧化钠溶液按质量比为1：4混合浸泡36min，浸泡后倒入烘箱中，在温度为65℃的条件下干燥1h，研磨出料，得到改性偏高岭土粉末；按重量份数计，分别称取70份混合水泥、40份改性纤维、18份改性石英砂粉末、8份改性偏高岭土粉末、60份水、3份生石灰、2份粉煤灰、2份鸡蛋、1份纤维素醚、1份硅灰、1份马来酸酐和1份河沙，先取混合水泥、改性纤维、改性石英砂粉末、改性偏高岭土粉末、水和纤维素醚置于搅拌机中，在20℃下搅拌混合30min，再添加生石灰、粉煤灰、鸡蛋、硅灰、氧化钠、马来酸酐和河沙，继续在40℃下搅拌混合1h后，最后用塑料袋密封保湿于常温下静置3h，即可制得抗压防水型发泡水泥。
实例2
按质量比为1：5将玉米秸秆皮和质量分数为8％的氢氧化钠溶液混合，在80℃下加热煮制2.5h，再加入110mL质量分数为35％的双氧水，继续保温反应35min，过滤，分离得到玉米秸秆皮滤渣，按重量份数计，向发酵罐中依次加入75份玉米秸秆皮滤渣、90份沼液和11份蔗糖混合搅拌17min后，在40℃下密封发酵9天，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，出料即为发酵纤维样品，称取75g聚丙烯加热升温至170℃使其软化，向软化后的聚丙烯中加入100g发酵纤维样品和11g钛酸酯偶联剂KR-9S混合研磨14min，研磨后即为改性纤维，再称取30g石英砂研磨粉碎7min，研磨后得石英砂粉末，按质量比为6：1将石英砂粉末和铝酸酯ASA混合搅拌11min，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量8％的橄榄油和混合物质量0.7％的酸奶，装入发酵罐中，在温度为38℃条件下密封发酵11天，发酵结束后，取出发酵产物，即为改性石英砂粉末，按质量比为3：2将普通硅酸盐水泥和高强硫铝酸盐水泥混合搅拌9min，得到混合水泥，继续称取95g高岭土放入高温炉中，在温度为800℃的条件下煅烧57min，冷却出料，得到偏高岭土，再将偏高岭土和质量分数为24％的氢氧化钠溶液按质量比为1：4混合浸泡38min，浸泡后倒入烘箱中，在温度为70℃的条件下干燥1.5h，研磨出料，得到改性偏高岭土粉末；按重量份数计，分别称取75份混合水泥、45份改性纤维、20份改性石英砂粉末、9份改性偏高岭土粉末、65份水、4份生石灰、3份粉煤灰、3份鸡蛋、2份纤维素醚、2份硅灰、2份马来酸酐和2份河沙，先取混合水泥、改性纤维、改性石英砂粉末、改性偏高岭土粉末、水和纤维素醚置于搅拌机中，在25℃下搅拌混合40min，再添加生石灰、粉煤灰、鸡蛋、硅灰、氧化钠、马来酸酐和河沙，继续在45℃下搅拌混合1.5h后，最后用塑料袋密封保湿于常温下静置4h，即可制得抗压防水型发泡水泥。
实例3
按质量比为1：5将玉米秸秆皮和质量分数为8％的氢氧化钠溶液混合，在85℃下加热煮制3h，再加入120mL质量分数为35％的双氧水，继续保温反应40min，过滤，分离得到玉米秸秆皮滤渣，按重量份数计，向发酵罐中依次加入80份玉米秸秆皮滤渣、100份沼液和12份蔗糖混合搅拌18min后，在45℃下密封发酵11天，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼6次，出料即为发酵纤维样品，称取80g聚丙烯加热升温至180℃使其软化，向软化后的聚丙烯中加入120g发酵纤维样品和12g钛酸酯偶联剂KR-9S混合研磨16min，研磨后即为改性纤维，再称取35g石英砂研磨粉碎8min，研磨后得石英砂粉末，按质量比为6：1将石英砂粉末和铝酸酯ASA混合搅拌12min，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量8％的橄榄油和混合物质量0.7％的酸奶，装入发酵罐中，在温度为40℃条件下密封发酵12天，发酵结束后，取出发酵产物，即为改性石英砂粉末，按质量比为3：2将普通硅酸盐水泥和高强硫铝酸盐水泥混合搅拌10min，得到混合水泥，继续称取100g高岭土放入高温炉中，在温度为850℃的条件下煅烧60min，冷却出料，得到偏高岭土，再将偏高岭土和质量分数为24％的氢氧化钠溶液按质量比为1：4混合浸泡40min，浸泡后倒入烘箱中，在温度为75℃的条件下干燥2h，研磨出料，得到改性偏高岭土粉末；按重量份数计，分别称取80份混合水泥、50份改性纤维、25份改性石英砂粉末、10份改性偏高岭土粉末、70份水、5份生石灰、4份粉煤灰、4份鸡蛋、3份纤维素醚、3份硅灰、3份马来酸酐和3份河沙，先取混合水泥、改性纤维、改性石英砂粉末、改性偏高岭土粉末、水和纤维素醚置于搅拌机中，在30℃下搅拌混合50min，再添加生石灰、粉煤灰、鸡蛋、硅灰、氧化钠、马来酸酐和河沙，继续在50℃下搅拌混合2h后，最后用塑料袋密封保湿于常温下静置5h，即可制得抗压防水型发泡水泥。
对比例
以安徽省合肥市某公司生产的发泡水泥作为对比例
对本发明制得的抗压防水型发泡水泥和对比例中的发泡水泥进行检测，检测结果如表1所示：
抗压强度和防水性参照《水泥强度检验方法》GB/T17671的规定进行检测
表1性能测定结果
Figure BDA0002328500860000111
Figure BDA0002328500860000121
由表1数据可知，本发明制得的抗压防水型发泡水泥，具有抗压强度高、破损率低、防水性强等优点，明显优于对比例产品。因此，具有广阔的使用前景。

Claims (7)

1.一种高强度发泡水泥的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)将玉米秸秆皮和质量分数为8％的氢氧化钠溶液混合，加热煮制，再加入90～120mL质量分数为35％的双氧水，继续保温反应，过滤，分离得到玉米秸秆皮滤渣；
(2)按重量份数计，向发酵罐中依次加入玉米秸秆皮滤渣、沼液和份蔗糖混合搅拌后，密封发酵天，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼，出料即为发酵纤维样品，称取70～80g聚丙烯加热升温使其软化，向软化后的聚丙烯中加入90～120g发酵纤维样品和9～12g钛酸酯偶联剂KR-9S混合研磨，研磨后即为改性纤维，
(3)再称取25～35g石英砂研磨粉碎，研磨后得石英砂粉末，将石英砂粉末和铝酸酯ASA混合搅拌，得到混合物，继续向混合物中加入混合物质量8％的橄榄油和混合物质量0.7％的酸奶，装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后，取出发酵产物，即为改性石英砂粉末；
(4)将普通硅酸盐水泥和高强硫铝酸盐水泥混合搅拌，得到混合水泥；
(5)继续称取90～100g高岭土放入高温炉中煅烧，冷却出料，得到偏高岭土，再将偏高岭土和质量分数为24％的氢氧化钠溶液混合浸泡，浸泡后倒入烘箱中干燥，研磨出料，得到改性偏高岭土粉末；
(6)按重量份数计，分别称取混合水泥、改性纤维、改性石英砂粉末、改性偏高岭土粉末、水、生石灰粉煤灰、鸡蛋、纤维素醚、硅灰、马来酸酐和河沙，先取混合水泥、改性纤维、改性石英砂粉末、改性偏高岭土粉末、水和纤维素醚置于搅拌机中搅拌混合，再添加生石灰、粉煤灰、鸡蛋、硅灰、氧化钠、马来酸酐和河沙，继续搅拌混合后，最后用塑料袋密封保湿于常温下静置，即可制得抗压防水型发泡水泥。
2.根据权利要求1所述的一种抗压防水型发泡水泥的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的玉米秸秆皮和氢氧化钠溶液的质量比为1：5，加热温度为75～85℃，加热时间为2～3h，保温反应时间为30～40min。
3.根据权利要求1所述的一种抗压防水型发泡水泥的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的按重量份数计，依次加入70～80份玉米秸秆皮滤、80～100份沼液和10～12份蔗糖，搅拌时间为16～18min，发酵温度为35～45℃，发酵时间为8～11天，洗涤次数为4～6次，加热升温温度为160～180℃，研磨时间为12～16min。
4.根据权利要求1所述的一种抗压防水型发泡水泥的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的研磨时间为6～8min，石英砂粉末和铝酸酯ASA的质量比为6：1，搅拌时间为9～12min，发酵温度为35～40℃，发酵时间为9～12天。
5.根据权利要求1所述的一种抗压防水型发泡水泥的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述的普通硅酸盐水泥和高强硫铝酸盐水泥的质量比为3：2，搅拌时间为8～10min。
6.根据权利要求1所述的一种抗压防水型发泡水泥的制备方法，其特征在于：步骤(5)所述的煅烧温度为750～850℃，煅烧时间为55～60min，偏高岭土和质量分数为24％的氢氧化钠溶液的质量比为1：4，浸泡时间为36～40min，干燥温度为65～75℃，干燥时间为1～2h。
7.根据权利要求1所述的一种抗压防水型发泡水泥的制备方法，其特征在于：步骤(6)所述的按重量份数计，分别称取70～80份混合水泥、40～50份改性纤维、18～25份改性石英砂粉末、8～10份改性偏高岭土粉末、60～70份水、3～5份生石灰、2～4份粉煤灰、2～4份鸡蛋、1～3份纤维素醚、1～3份硅灰、1～3份马来酸酐和1～3份河沙，搅拌温度为20～30℃，搅拌时间为30～50min，继续搅拌温度为40～50℃，搅拌时间为1～2h，静置时间为3～5h。
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