CN111517709B - 一种导电吸波功能型加气混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导电吸波功能型加气混凝土及其制备方法，该导电吸波功能型加气混凝土，按质量百分数计，包括以下组分：氧化石墨烯：0.01％‑1％，碳纤维：0.1％‑5％，水泥：8％‑12％，固硫粉煤灰：60％‑70％，再生石粉：20％‑30％，发泡剂：0.1％‑0.4％，减水剂：0.1％‑0.6％，稳泡剂：0.005％‑0.02％，螯合剂：1％‑5％。本发明充分利用了固硫粉煤灰、再生石粉等固体废弃物，降低了固体废弃对环境的污染，同时固硫粉煤灰、再生石粉替代水泥和石灰，大大降低了加气混凝土的生产成本。且本发明的加气混凝土具有导电、吸波等优点，可以广泛应用于导电和吸波领域。

Description

一种导电吸波功能型加气混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种导电吸波功能型加气混凝土及其制备方法。
背景技术
随着建筑材料的快速发展，人们环保意识的提高，以及其对生活环境的要求也越来越高。因此，将工业废渣应用到建筑材料，将给社会产生巨大的社会和环保效益。
随着循环流化床燃煤技术的发展，循环流化床燃煤固硫粉煤灰的产量逐年增加，目前，流化床燃煤固硫粉煤灰主要以堆放为主，不仅占用大量的土地资源，而且对周围的环境造成污染。目前，固硫粉煤灰利用率极低，发达国家的固硫粉煤灰利用率也只有30％左右，国外很多学者将固硫粉煤灰作为一种掺合料掺入水泥混凝土，但由于固硫粉煤灰水化活性很低，在实际应用中不利于混凝土强度的发展，难以推广。因此，寻找一种合理的方式处理大量的固硫粉煤灰已迫在眉睫。由于固硫粉煤灰中含有大量的钙、硅、铝等组分，因此可以应用在加气混凝土方面，替代水泥和石灰，降低加气混凝土的生产成本，并且具有显著的环保效益。
蒸压加气混凝土是目前使用最广泛的蒸压建筑材料，在生产加气混凝土中，主要存在：水泥-砂-石灰，水泥-粉煤灰-石灰，水泥-矿渣-石灰三大技术路线。在工业生产出来的加气混凝土试块的强度基本是2.5-10MPa之间，密度为400-800kg/m3较为常见。目前，利用粉煤灰制备加气混凝土，以及其相关的一些生产工艺在国内已有报道，如黄照明等在《混凝土》期刊公布的标题为《高强轻质粉煤灰加气混凝土发气技术的研究》中提到，为了制备高强轻质的加气混凝土，可以通过降低水料比，增大稠度来实现；崔可浩等在《建筑材料科学研究院院刊》期刊公布的标题为《粉煤灰—石灰混合湿磨工艺提高加气混凝土强度的理论基础》中提到，通过石灰和粉煤灰在混磨的预反应，使料浆的悬浮性能和浇注稳定性改善，水化产物生成更合理，获得强度更高。然而，目前关于如何利用固硫粉煤灰为原料制备导电吸波等功能性加气混凝土还未见相关研究。
因此，以固硫粉煤灰为主要原料生产导电吸波等功能性加气混凝土对社会具有很大的价值，并且可以扩大加气混凝土的应用范围。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种导电吸波功能型加气混凝土，以解决现有固硫粉煤灰利用率较低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种导电吸波功能型加气混凝土，按质量百分数计，包括以下组分：氧化石墨烯：0.01％-1％，碳纤维：0.1％-5％，水泥：8％-12％，固硫粉煤灰：60％-70％，再生石粉：20％-30％，发泡剂：0.1％-0.4％，减水剂：0.1％-0.6％，稳泡剂：0.005％-0.02％，螯合剂：1％-5％。
可选地，所述氧化石墨烯的纯度＞99％，厚度为0.55-1.2nm，直径为0.5-3μm，层数为1-5层。
可选地，所述碳纤维的灰分小于1％，比表面积为220-300m2/g，电阻率为10-4Ω·m。
可选地，所述水泥为等级≥42.5级的普通硅酸盐水泥，且所述水泥的初凝≥45min，终凝≤10h，细度小于80μm。
可选地，所述固硫粉煤灰为细度小于80μm的II级固硫粉煤灰，且所述固硫粉煤灰的含碳量≤2％。
可选地，所述再生石粉的含泥量小于3％，细度小于80μm。
可选地，所述发泡剂为铝粉；所述铝粉的固体成分≥65％，活性铝含量≥85％，细度小于75μm。
可选地，所述减水剂为固含量≥8％的聚羧酸系减水剂；所述稳泡剂为甲基纤维素钠，且所述甲基纤维素钠的密度为0.5-0.7g/cm3。
本发明的第二目的在于提供一种制备上述导电吸波功能型加气混凝土的方法，该制备方法，包括以下步骤：
1)将所述固硫粉煤灰和所述再生石粉混合后粉磨，然后，加入所述水泥混合，得到固体混合料A；
2)将所述氧化石墨烯、所述碳纤维、所述减水剂、所述稳泡剂、所述螯合剂和水均匀混合后，在一定温度下超声震荡一段时间，然后，加入所述发泡剂，搅拌，得到混合液体B；
3)将所述混合液体B与所述固体混合料A混合并搅拌后，倒入模具中，发气成型，然后，脱模切割，并将切割得到的样品蒸压养护，得到导电吸波功能型加气混凝土。
可选地，所述步骤2)中所述超声震荡的震荡温度为35-45℃，震荡时间为35-45s；所述步骤3)中所述发气成型的发气温度为55-65℃，发气时间为60min-80min；所述步骤3)中所述蒸压养护的养护温度为170-180℃，养护压强为1.0-1.2MPa。
本发明的主要技术原理为：
利用固硫粉煤灰、水泥和再生石粉，作为骨架材料，提供加气混凝土强度；氧化石墨烯和碳纤维作为导电和吸波材料，在材料内部可以作为导电和吸波介质传输电流和吸收电磁波，碳纤维可以通过欧姆损耗来实现吸波机能；减水剂通过吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒被分散而释放颗粒间多余的水分，减少用水量，增大浆体流动性，水泥颗粒表面形成的吸咐膜，也可以使得水泥石晶体的生长更为完善，减少水分蒸发的毛细空隙，提高加气混凝土的硬度和结构致密性，另外，减水剂也可以吸附在氧化石墨烯表面，使氧化石墨烯更容易分散于水中；螯合剂可以通过螯合剂分子与K、Na的强结合作用，将K、Na包合到螯合剂内部，变成稳定的，分子量更大的化合物，从而固化了由再生石粉产生的K、Na等离子；为了提高固硫粉煤灰和再生石粉参与化学反应，将固硫粉煤灰和再生石粉按照质量百分比配料后粉磨，使再生石粉和固硫粉煤灰进行预反应，最终获得更多的化合反应物，从而使得加气混凝土的强度进一步增强。同时，粉料的混合粉磨使其获得足够的细度，在料浆中具有良好的悬浮性，构造起很薄的坚实孔壁。
相对于现有技术，本发明所述的导电吸波功能型加气混凝土具有以下优势：
1、本发明充分利用了固硫粉煤灰、再生石粉等固体废弃物，降低了固体废弃对环境的污染，同时固硫粉煤灰、再生石粉替代水泥和石灰，大大降低了加气混凝土的生产成本。
2、本发明通过降低水料比、加入减水剂等方法，改进料浆的性能，优化稠化和发气的协调过程，提高生产的效率。
3、本发明利用材料本身特性改善水化特性，通过再生石粉产生的K+、Na+与固硫粉煤灰产生的SO4 2-结合形成可溶性盐，促进加气混凝土的水化，增加混凝土的强度。
4、本发明引入氧化石墨烯和碳纤维作为介质材料，增强加气混凝土的导电和吸波性能，使得加气混凝土功能化。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
以下实施例中采用的氧化石墨烯、碳纤维、水泥、铝粉、减水剂、稳泡剂、螯合剂均为市售材料，其中，水泥为普通硅酸盐水泥，水泥标号为不小于42.5，且水泥的初凝≥45min，终凝≤10h，细度小于80μm；铝粉发泡剂为市售符合GB2084《发气铝粉》的铝粉，其固体成分≥65％，活性铝含量≥85％，细度小于75μm；稳泡剂为市场上出售的甲基纤维素钠，密度为0.5-0.7g/cm3；固硫粉煤灰和再生石粉为武汉某加气混凝土厂提供，且固硫粉煤灰为细度小于80μm的II级固硫粉煤灰，其含碳量≤2％；再生石粉的含泥量小于3％，细度小于80μm；减水剂为固含量≥8％的聚羧酸系减水剂；氧化石墨烯的纯度＞99％，厚度为0.55-1.2nm，直径为0.5-3μm，层数为1-5层；碳纤维的灰分小于1％，比表面积为220-300m2/g，电阻率为10-4Ω·m。
在加气混凝土的标准生产中，获得的加气块的标号、强度和容重如表1所示。实施例中分别对加气混凝土的强度和容重进行测定。
表1
Figure BDA0002473705380000061
实施例1
一种导电吸波功能型加气混凝土，按质量百分数计，包括以下组分：0.08％氧化石墨烯，0.3％碳纤维，8％水泥，66％固硫粉煤灰，23％再生石粉，0.3％铝粉，0.3％减水剂，0.02％稳泡剂，2％螯合剂。
制备上述导电吸波功能型加气混凝土的方法，具体包括以下步骤：
1)按照上述原料配方，将固硫粉煤灰和再生石粉配料混合后粉磨，使得混合料的粒径小于80μm，然后，加入水泥充分混合，得到固体混合料A；
2)按照上述原料配方，将石墨烯、碳纤维、减水剂、稳泡剂、螯合剂和水均匀混合后，在40℃下超声波震荡40s，随后，将铝粉加入，搅拌30s，得到混合液体B；
3)将混合液体B与固体粉末A混合并搅拌2min后，倒入模具中，置于温度为60℃的保温箱中发气60min进行成型，随后，脱模切割，并将切割得到的样品放入为温度为180℃、压强为1.2MPa的蒸压釜中，按照普通蒸压加气混凝土工艺养护，得到导电吸波功能性加气混凝土。
对本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的产品密度为610kg/m3；按国标GB/T 11971-1997测定得到强度为4.8MPa；导热系数为0.14W/m·k；电阻率为800Ω·m；在10dB的吸收水平其频宽2GHz。
实施例2
一种导电吸波功能型加气混凝土，按质量百分数计，包括以下组分：0.09％氧化石墨烯，0.4％碳纤维，8％水泥，64％固硫粉煤灰，25％再生石粉，0.2％铝粉，0.3％减水剂，0.01％稳泡剂，2％螯合剂。
制备上述导电吸波功能型加气混凝土的方法，具体包括以下步骤：
1)按照上述原料配方，将固硫粉煤灰和再生石粉配料混合后粉磨，使得混合料的粒径小于80μm，然后，加入水泥充分混合，得到固体混合料A；
2)按照上述原料配方，将石墨烯、碳纤维、减水剂、稳泡剂、螯合剂和水均匀混合后，在40℃下超声波震荡40s，随后，将铝粉加入，搅拌30s，得到混合液体B；
3)将混合液体B与固体粉末A混合并搅拌2min后，倒入模具中，置于温度为60℃的保温箱中发气70min进行成型，随后，脱模切割，并将切割得到的样品放入为温度为180℃、压强为1.2MPa的蒸压釜中，按照普通蒸压加气混凝土工艺养护，得到导电吸波功能性加气混凝土。
对本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的产品密度为623kg/m3；按国标GB/T 11971-1997测定得到强度为4.7MPa；导热系数为0.14W/m·k；电阻率为790Ω·m；在10dB的吸收水平其频宽2.1GHz。
实施例3
一种导电吸波功能型加气混凝土，按质量百分数计，包括以下组分：0.09％氧化石墨烯，0.4％碳纤维，10％水泥，70％固硫粉煤灰，18％再生石粉，0.2％铝粉，0.3％减水剂，0.01％稳泡剂，1％螯合剂。
制备上述导电吸波功能型加气混凝土的方法，具体包括以下步骤：
1)按照上述原料配方，将固硫粉煤灰和再生石粉配料混合后粉磨，使得混合料的粒径小于80μm，然后，加入水泥充分混合，得到固体混合料A；
2)按照上述原料配方，将石墨烯、碳纤维、减水剂、稳泡剂、螯合剂和水均匀混合后，在40℃下超声波震荡40s，随后，将铝粉加入，搅拌30s，得到混合液体B；
3)将混合液体B与固体粉末A混合并搅拌2min后，倒入模具中，置于温度为60℃的保温箱中发气75min进行成型，随后，脱模切割，并将切割得到的样品放入为温度为180℃、压强为1.2MPa的蒸压釜中，按照普通蒸压加气混凝土工艺养护，得到导电吸波功能性加气混凝土。
对本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的产品密度为658kg/m3；按国标GB/T 11971-1997测定得到强度为5.2MPa；导热系数为0.12W/m·k；电阻率为790Ω·m；在10dB的吸收水平其频宽2.1GHz。
实施例4
一种导电吸波功能型加气混凝土，按质量百分数计，包括以下组分：0.085％氧化石墨烯，0.2％碳纤维，8％水泥，64％固硫粉煤灰，25％再生石粉，0.4％铝粉，0.3％减水剂，0.015％稳泡剂，2％螯合剂。
制备上述导电吸波功能型加气混凝土的方法，具体包括以下步骤：
1)按照上述原料配方，将固硫粉煤灰和再生石粉配料混合后粉磨，使得混合料的粒径小于80μm，然后，加入水泥充分混合，得到固体混合料A；
2)按照上述原料配方，将石墨烯、碳纤维、减水剂、稳泡剂、螯合剂和水均匀混合后，在45℃下超声波震荡35s，随后，将铝粉加入，搅拌40s，得到混合液体B；
3)将混合液体B与固体粉末A混合并搅拌3min后，倒入模具中，置于温度为65℃的保温箱中发气80min进行成型，随后，脱模切割，并将切割得到的样品放入为温度为180℃、压强为1.2MPa的蒸压釜中，按照普通蒸压加气混凝土工艺养护，得到导电吸波功能性加气混凝土。
对本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的产品密度为502kg/m3；按国标GB/T 11971-1997测定得到强度为4.9MPa；导热系数为0.11W/m·k；电阻率为795Ω·m；在10dB的吸收水平其频宽2.1GHz。
实施例5
一种导电吸波功能型加气混凝土，按质量百分数计，包括以下组分：0.09％氧化石墨烯，0.4％碳纤维，8％水泥，67％固硫粉煤灰，23％再生石粉，0.2％铝粉，0.3％减水剂，0.01％稳泡剂，1％螯合剂。
制备上述导电吸波功能型加气混凝土的方法，具体包括以下步骤：
1)按照上述原料配方，将固硫粉煤灰和再生石粉配料混合后粉磨，使得混合料的粒径小于80μm，然后，加入水泥充分混合，得到固体混合料A；
2)按照上述原料配方，将石墨烯、碳纤维、减水剂、稳泡剂、螯合剂和水均匀混合后，在45℃下超声波震荡40s，随后，将铝粉加入，搅拌35s，得到混合液体B；
3)将混合液体B与固体粉末A混合并搅拌2min后，倒入模具中，置于温度为60℃的保温箱中发气70min进行成型，随后，脱模切割，并将切割得到的样品放入为温度为180℃、压强为1.2MPa的蒸压釜中，按照普通蒸压加气混凝土工艺养护，得到导电吸波功能性加气混凝土。
对本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的产品密度为616kg/m3；按国标GB/T 11971-1997测定得到强度为4.6MPa；导热系数为0.14W/m·k；电阻率为790Ω·m；在10dB的吸收水平其频宽2.1GHz。
实施例6
一种导电吸波功能型加气混凝土，按质量百分数计，包括以下组分：0.07％氧化石墨烯，0.4％碳纤维，8％水泥，66％固硫粉煤灰，24％再生石粉，0.32％铝粉，0.2％减水剂，0.01％稳泡剂，1％螯合剂。
制备上述导电吸波功能型加气混凝土的方法，具体包括以下步骤：
1)按照上述原料配方，将固硫粉煤灰和再生石粉配料混合后粉磨，使得混合料的粒径小于80μm，然后，加入水泥充分混合，得到固体混合料A；
2)按照上述原料配方，将石墨烯、碳纤维、减水剂、稳泡剂、螯合剂和水均匀混合后，在40℃下超声波震荡45s，随后，将铝粉加入，搅拌40s，得到混合液体B；
3)将混合液体B与固体粉末A混合并搅拌2min后，倒入模具中，置于温度为60℃的保温箱中发气70min进行成型，随后，脱模切割，并将切割得到的样品放入为温度为180℃、压强为1.2MPa的蒸压釜中，按照普通蒸压加气混凝土工艺养护，得到导电吸波功能性加气混凝土。
对本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的性能进行测试。
经测试可知，本实施例的导电吸波功能性加气混凝土的产品密度为621kg/m3；按国标GB/T 11971-1997测定得到强度为4.3MPa；导热系数为0.11W/m·k；电阻率为832Ω·m；在10dB的吸收水平其频宽1.5GHz。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导电吸波功能型加气混凝土，其特征在于，按质量百分数计，包括以下组分：氧化石墨烯：0.01％-1％，碳纤维：0.1％-5％，水泥：8％-12％，固硫粉煤灰：60％-70％，再生石粉：20％-30％，发泡剂：0.1％-0.4％，减水剂：0.1％-0.6％，稳泡剂：0.005％-0.02％，螯合剂：1％-5％；
所述导电吸波功能型加气混凝土通过以下方法制得：
1)将所述固硫粉煤灰和所述再生石粉混合后粉磨，然后，加入所述水泥混合，得到固体混合料A；
2)将所述氧化石墨烯、所述碳纤维、所述减水剂、所述稳泡剂、所述螯合剂和水均匀混合后，在一定温度下超声震荡一段时间，然后，加入所述发泡剂，搅拌，得到混合液体B；
3)将所述混合液体B与所述固体混合料A混合并搅拌后，倒入模具中，于55-65℃下发气成型60min-80min，然后，脱模切割，并将切割得到的样品于170-180℃、1.0-1.2MPa下蒸压养护，得到导电吸波功能型加气混凝土。
2.根据权利要求1所述的导电吸波功能型加气混凝土，其特征在于，所述氧化石墨烯的纯度＞99％，厚度为0.55-1.2nm，直径为0.5-3μm，层数为1-5层。
3.根据权利要求1所述的导电吸波功能型加气混凝土，其特征在于，所述碳纤维的灰分小于1％，比表面积为220-300m2/g，电阻率为10-4Ω·m。
4.根据权利要求1所述的导电吸波功能型加气混凝土，其特征在于，所述水泥为等级≥42.5级的普通硅酸盐水泥，且所述水泥的初凝≥45min，终凝≤10h，细度小于80μm。
5.根据权利要求1所述的导电吸波功能型加气混凝土，其特征在于，所述固硫粉煤灰为细度小于80μm的II级固硫粉煤灰，且所述固硫粉煤灰的含碳量≤2％。
6.根据权利要求1所述的导电吸波功能型加气混凝土，其特征在于，所述再生石粉的含泥量小于3％，细度小于80μm。
7.根据权利要求1所述的导电吸波功能型加气混凝土，其特征在于，所述发泡剂为铝粉；所述铝粉的固体成分≥65％，活性铝含量≥85％，细度小于75μm。
8.根据权利要求1所述的导电吸波功能型加气混凝土，其特征在于，所述减水剂为固含量≥8％的聚羧酸系减水剂；所述稳泡剂为甲基纤维素钠，且所述甲基纤维素钠的密度为0.5-0.7g/cm3。
9.制备权利要求1至8任一项所述的导电吸波功能型加气混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将所述固硫粉煤灰和所述再生石粉混合后粉磨，然后，加入所述水泥混合，得到固体混合料A；
2)将所述氧化石墨烯、所述碳纤维、所述减水剂、所述稳泡剂、所述螯合剂和水均匀混合后，在一定温度下超声震荡一段时间，然后，加入所述发泡剂，搅拌，得到混合液体B；
3)将所述混合液体B与所述固体混合料A混合并搅拌后，倒入模具中，发气成型，然后，脱模切割，并将切割得到的样品蒸压养护，得到导电吸波功能型加气混凝土。
10.根据权利要求9所述的导电吸波功能型加气混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中所述超声震荡的震荡温度为35-45℃，震荡时间为35-45s；所述步骤3)中所述发气成型的发气温度为55-65℃，发气时间为60min-80min；所述步骤3)中所述蒸压养护的养护温度为170-180℃，养护压强为1.0-1.2MPa。
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