CN111807744A

CN111807744A - 发泡水泥浆体无机增稠剂及其制备方法和应用

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Publication number: CN111807744A
Application number: CN202010773531.XA
Authority: CN
Inventors: 王艳茹; 李强; 熊凤鸣; 王智; 魏巍
Original assignee: Chongqing Haishen Applied Technology Research Institute Co ltd; CHONGQING SIBEIKEN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: Chongqing Haishen Applied Technology Research Institute Co ltd; CHONGQING SIBEIKEN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2040-08-04
Also published as: CN111807744B

Abstract

本发明公开了一种发泡水泥浆体无机增稠剂及其制备方法和应用，所述水泥浆体无机增稠剂包括如下重量百分比的材料制成：超细硅酸盐水泥40%~80%、超细活性矿物掺合料10%~50%、吸水膨胀材料0~9%、矿物填料0~10%；制备时，将上述重量百分比的原料放入高混机搅拌30~35min后即得到所需的发泡水泥浆体无机增稠剂。

Description

发泡水泥浆体无机增稠剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种发泡水泥保温材料，具体涉及一种发泡水泥浆体无机增稠剂及其制备方法和应用。

背景技术

增稠剂在水泥浆体的应用中非常广泛，它具有降低水泥浆体的流动度，提升水泥浆体的粘度和屈服应力，提高浆体和易性，减少水泥浆体的泌水、离析的效果。增稠剂应用在发泡水泥浆体中还有提高发泡水泥浆体稳定性，增加稳泡时间的作用。

但是目前的水泥增稠剂都以有机物为主，有机类增稠剂作为砂浆、混凝土等浆体的增稠剂或者增粘剂，掺量少，效果显著，但是会影响水泥的水化过程，这一影响在砂浆、混凝土等浆体中对产品的强度造成的影响有限，但是，发泡类水泥浆体本身水灰比大、孔隙率高，最终制成的产品强度较砂浆、混凝土等低很多，只有砂浆、混凝土等产品强度的几十分之一甚至百分之一。在这种情况下，有机增稠剂若应用在发泡类水泥浆体中，水泥粒子的水化受到的影响将会被放大，造成发泡水泥产品强度急剧下降，开裂增多，所以有机类增稠剂在发泡类水泥浆体中不是最合适的增稠组分。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种在发泡水泥浆体中起到良好的增稠效果，并且不影响水泥水化，减少发泡水泥产品的开裂、增强发泡水泥产品强度的增稠剂及其制备方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种发泡水泥浆体无机增稠剂，其特征在于，包括如下重量百分比的材料制成：超细硅酸盐水泥40%~80%、超细活性矿物掺合料10%~50%、吸水膨胀材料0~9%、矿物填料0~10%。

这样，超细硅酸盐水泥具有超微粒特征，粒径细至微米级，相对于普通硅酸盐水泥活性大，强度高。超细硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥相比能更早的参与水化反应，生成凝胶增加浆体的粘度，并且超细硅酸盐水泥的比表面积（大于650㎡/kg）高于普通硅酸盐水泥的比表面积（大于300㎡/kg），高比表面积会增加水的消耗。所以超细硅酸盐水泥具有提高强度和增稠的双重作用。

超细活性矿物掺合料颗粒细小、比表面积大，会增大浆料中固体颗粒的总表面积，导致覆盖在固体颗粒表面的水膜层厚度降低，使固体颗粒间距变小，颗粒间摩擦等作用增强，从而导致浆料塑性粘度增大。同时超细活性矿物掺合料具有火山灰性，能与水泥水化过程中产生的Ca(OH)₂发生火山灰反应，生成稳定的水化硅酸钙C-S-H胶结物，加强水泥石结构强度，保证发泡水泥浆体后期强度持续增强，为发泡水泥保温材料提供后期强度。

吸水膨胀材料是一种凝胶，材料自身可吸收自身重量成百倍的水，同时吸水后膨胀成一种与水牢固结合的水凝胶，这种材料作为增稠剂，发泡初期可以消耗发泡水泥浆体中的自由水，增加水泥浆体稠度，后期在水泥水化过程中可以释放水分，调节发泡水泥浆体内部湿度，保证后期水化需要的水分。

当发泡水泥胚体内部产生收缩应力时，矿物填料能有效阻止裂缝的扩张，凭借其结构和弹性来承担更大的作用力，因此能够增加发泡水泥材料的韧性，降低开裂风险，减少裂纹。

进一步的，所述超细活性矿物掺合料包括：硅粉、超细粉煤灰、超细矿粉中的一种，或者以各自质量百分比大于零的任意两种或两种以上混合物。

进一步的，所述超细硅酸盐水泥的比表面积大于650㎡/kg，超细粉煤灰的比表面积大于1500㎡/kg，超细矿渣的比表面积大于800㎡/kg，硅粉的比表面积大于15000㎡/kg。

进一步的，所述超细活性矿物掺合料由如下质量百分比的混合物组成：硅粉5-15%、超细粉煤灰10~70%、超细矿粉10-60%。

这样，硅粉、超细粉煤灰在低掺量下，对浆体的流动度有一定提高，这是因为在低掺量下，填充效应和分散效应主导，表现出降低水灰比，使浆体的流动度提高的作用。但随着掺量增加到一定比例后浆体的流动度会明显降低，水泥浆体的屈服应力、塑性粘度增加。这是因为超细粉煤灰、硅粉等加入发泡水泥浆体中，增加浆体中的总比表面积，颗粒表明润湿所需的自由水更多，因此浆体的流动性变差。

硅粉非常细而且硅含量高，是高效火山灰质材料，能与水泥水化过程中产生的石灰发生火山灰反应，生成稳定的水化硅酸钙胶结物，加强水泥石结构强度，保证浆体后期强度持续增强，为发泡水泥保温材料提供后期强度，但是掺硅粉的浆体易产生塑性收缩裂缝。

超细矿渣的比表面仅有800 ㎡/kg，相比超细粉煤灰、硅粉较小，对水泥的物理吸附量较小，因此其对浆体的且对浆体的屈服应力、塑性粘度增幅很小，增稠效果较差，但是，磨细的超细矿渣表面亲水性差，同时受填充效应和分散效应主导，表现出降低水灰比的作用，因此超细矿渣能显著提高浆体的流动。

所以，超细活性矿物掺合料的比表面积、活性、颗粒形貌、掺量等因素均会影响其对浆体增稠的效果，且具有比表面大、活性高、表面粗糙等特性中的多个因素时对浆体增稠的效果更好，所以硅粉、超细粉煤灰、超细矿粉按照一定比例混合使用，能在增加浆体塑性粘度和屈服应力的同时，保证浆体的和易性。

进一步的，所述吸水膨胀材料包括：膨润土、硅藻土、蒙脱土、高岭土中的一种，或者以各自质量百分比大于零的任意两种或两种以上混合物。

进一步的，所述吸水膨胀材料由如下质量百分比混合物组成：膨润土10~40%、硅藻土10-40%、蒙脱土10-40%、高岭土10-40%。

这样，吸水膨胀材料是一种凝胶，材料自身可吸收自身重量成百倍的水，同时吸水后膨胀成一种与水牢固结合的水凝胶，这种材料作为增稠剂，发泡初期可以消耗发泡水泥浆体中的自由水，增加水泥浆体稠度，后期在水泥水化过程中可以释放水分，调节发泡水泥浆体内部湿度，保证后期水化需要的水分。

进一步的，所述矿物填料包括云母粉、滑石粉、石墨粉中的一种，或者以各自质量百分比大于零的任意两种混合物。

进一步的，所述矿物填料由如下质量百分比的混合物组成：云母粉10-45%、滑石粉10-45%、石墨粉10-45%。

这样，云母粉、滑石粉、石墨粉等矿物填料具有片状粒子结构，当发泡水泥浆体内部产生收缩应力时，片状结构能有效阻止裂缝的产生和扩张，并凭借其片状结构和弹性来承担的作用力，因此能增加材料的韧性，减少产品的开裂。云母粉、滑石粉与石墨粉配合使用，在增加产品韧性，减少产品开裂的同时，还能在一定程度上降低产品的导热系数。

一种发泡水泥浆体无机增稠剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤制成：S1，按上述质量分数称取原料，将原料放入高混机搅拌30~35min；S2，将混合均匀的原料收集即得到所需的发泡水泥浆体无机增稠剂。这样，制得的发泡水泥浆体无机增稠剂能明显降低水泥浆体的流动度，提升水泥浆体的粘度和屈服应力，同时保证浆体和易性，减少发泡水泥浆体的泌水、离析。与有机增稠剂相比，最大的优势在于不但不影响水泥粒子的水化，超细硅酸盐水泥、超细活性矿物掺合料等组分还因其活性及颗粒级配不同，补充普通硅酸盐水泥早期水化反应慢及后期水化不完全的缺点。

一种发泡水泥浆体无机增稠剂在发泡水泥浆体或泡沫混凝土中的应用，其特征在于，所述发泡水泥浆体无机增稠剂的用量为胶凝材料总用量的10%~35%。这样，无机增稠剂与有机增稠剂相比，虽然掺量较高些，但制得的发泡水泥产品开裂更少、强度更高、韧性更好、吸水率更低。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1

本实施例提供了一种发泡水泥浆体无机增稠剂，包括如下重量百分比的材料制成：超细硅酸盐水泥30%、硅粉20%、超细粉煤灰25%、超细矿粉25%。

实施例2：

本实施例提供了一种发泡水泥浆体无机增稠剂，包括如下重量百分比的材料制成：超细硅酸盐水泥25%、硅粉20%、超细粉煤灰25%、超细矿粉25%、膨润土1%、硅藻土0.5%、蒙脱土1%、云母粉1%、滑石粉0.5%、石墨粉1%。

上述实施例1-2的发泡水泥浆体无机增稠剂均通过以下步骤制得：按重量分数称取原料，将原料放入高混机搅拌30~35min；将混合均匀的原料收集即得到所需的发泡水泥浆体无机增稠剂。

将上述实施例1-2制得的发泡水泥浆体无机增稠剂通过内掺的方式掺入到水泥中，固定水灰比0.5，测试未掺加和掺加无机增稠剂的水泥浆体的工作性能。

表1 20%内掺比例对水泥浆体性能的影响

项目	对比例1	实施例1	实施例2
				水泥用量（kg）	3	2.4	2.4
无机增稠剂用量（kg）	0	0.6	0.6
				水用量（kg）	1.5	1.5	1.5
水灰比	0.5	0.5	0.5
				无机增稠剂掺量（%）	0	20	20
浆体流动度(mm)	285	300	290
				浆体塑性粘度（Pa·s）	0.12	0.20	0.29
屈服应力（Pa）	5.07	8.34	10.35

上述浆体流动度参考GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性实验方法》中水泥净浆流动度的测试方法，将无机增稠剂按比例内掺到水泥中，按0.5的水胶比加入水，然后用净浆搅拌机搅拌3min，将搅拌好的浆体迅速倒入截锥圆模中，用刮刀将圆模表面抹平，以垂直水平的方向缓慢提起，同时开启计时器，30s后用直尺量取互相垂直的两个方向的最大直径，取算数平均值作为最终浆体的流动度，精确到±1mm。

浆体塑性粘度和屈服应力采用旋转粘度计测定无机增稠剂按比例内掺到水泥中，0.5的水胶比情况下浆体的流变曲线，采用H-B流变模型对流变曲线进行拟合，根据公式得到屈服应力和塑性粘度。

将上述实施例1-2制得的发泡水泥浆体无机增稠剂通过内掺的方式按不同比例掺入到发泡水泥原料中，固定水灰比0.5，制得密度等级不同的发泡水泥，测试其对发泡水泥干表观密度、抗压强度、抗折强度、孔结构的影响。

表2 10%内掺比例对发泡水泥保温板性能的影响

项目	对比例1	实施例1-1	实施例2-1	对比例2	实施例1-2	实施例2-2	对比例3	实施例1-3	实施例2-3
										水灰比	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
无机增稠剂掺量（%）	0	10	10	0	10	10	0	10	10
										干表观密度（kg/m³）	175	171	164	245	243	238	348	345	346
28d抗压强度（MPa）	0.31	0.35	0.38	0.57	0.75	0.78	0.91	1.28	1.37
										28d抗折强度（MPa）	0.08	0.10	0.12	0.15	0.17	0.22	0.29	0.33	0.37
孔结构	有连通孔，不规则孔数量较多,孔径分布不均匀	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	有连通孔，不规则孔数量较多,孔径分布不均匀	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	有连通孔，不规则孔数量较多,孔径分布不均匀	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄
										D50	3.8	2.7	2.2	2.5	2.0	2.0	0.8	0.6	0.6

表3 20%内掺比例对发泡水泥保温板性能的影响

项目	对比例1	实施例1-1	实施例2-1	对比例2	实施例1-2	实施例2-2	对比例3	实施例1-3	实施例2-3
										水灰比	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
无机增稠剂掺量（%）	0	20	20	0	20	20	0	20	20
										干表观密度（kg/m³）	175	164	166	245	235	232	348	341	339
28d抗压强度（MPa）	0.31	0.53	0.58	0.57	0.85	0.89	0.91	1.35	1.46
										28d抗折强度（MPa）	0.08	0.12	0.17	0.15	0.20	0.27	0.29	0.34	0.38
孔结构	有连通孔，不规则孔数量较多,孔径分布不均匀	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	有连通孔，不规则孔数量较多,孔径分布不均匀	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	有连通孔，不规则孔数量较多,孔径分布不均匀	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄
										D50	3.8	2.1	2.0	2.5	1.8	1.8	0.8	0.6	0.6

表4 35%内掺比例对发泡水泥保温板性能的影响

项目	对比例1	实施例1-1	实施例2-1	对比例2	实施例1-2	实施例2-2	对比例3	实施例1-3	实施例2-3
										水灰比	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
无机增稠剂掺量（%）	0	35	35	0	35	35	0	35	35
										干表观密度（kg/m³）	175	163	174	245	242	248	348	345	341
28d抗压强度（MPa）	0.31	0.56	0.58	0.57	0.89	0.95	0.91	1.40	1.48
										28d抗折强度（MPa）	0.08	0.15	0.19	0.15	0.22	0.28	0.29	0.36	0.39
孔结构	有连通孔，不规则孔数量较多,孔径分布不均匀	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	有连通孔，不规则孔数量较多,孔径分布不均匀	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	有连通孔，不规则孔数量较多,孔径分布不均匀	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄	连通孔的比例减少，孔径分布范围变窄
										D50	3.8	1.8	1.6	2.5	1.6	1.6	0.8	0.5	0.5

上述孔结构采用普通的光学显微镜就对泡沫混凝土的孔结构进行有效观测。干表观密度、抗压强度、抗折强度按照GB/T 5486进行检测。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种发泡水泥浆体无机增稠剂，其特征在于，包括如下重量百分比的材料制成：超细硅酸盐水泥40%~80%、超细活性矿物掺合料10%~50%、吸水膨胀材料0~9%、矿物填料0~10%。

2.根据权利要求1所述的发泡水泥浆体无机增稠剂，其特征在于，所述超细活性矿物掺合料包括：硅粉、超细粉煤灰、超细矿粉中的一种，或者以各自质量百分比大于零的任意两种或两种以上混合物。

3.根据权利要求1所述的发泡水泥浆体无机增稠剂，其特征在于，所述超细硅酸盐水泥的比表面积大于650㎡/kg。

4.根据权利要求2所述的发泡水泥浆体无机增稠剂，其特征在于，所述超细粉煤灰的比表面积大于1500㎡/kg，超细矿渣的比表面积大于800㎡/kg，硅粉的比表面积大于15000㎡/kg。

5.根据权利要求1或2或4所述的发泡水泥浆体无机增稠剂，其特征在于，所述超细活性矿物掺合料由如下质量百分比的混合物组成：硅粉5-15%、超细粉煤灰10~70%、超细矿粉10-60%。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的发泡水泥浆体无机增稠剂，其特征在于，所述吸水膨胀材料包括：膨润土、硅藻土、蒙脱土、高岭土中的一种，或者以各自质量百分比大于零的任意两种或两种以上混合物。

7.根据权利要求6所述的发泡水泥浆体无机增稠剂，其特征在于，所述吸水膨胀材料由如下质量百分比的混合物组成：膨润土10~40%、硅藻土10-40%、蒙脱土10-40%、高岭土10-40%。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的发泡水泥浆体无机增稠剂，其特征在于，所述矿物填料包括云母粉、滑石粉、石墨粉中的一种，或者以各自质量百分比大于零的任意两种混合物。

9.一种发泡水泥浆体无机增稠剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤制成：S1，按权利要求1的质量分数称取原料，将原料放入高混机搅拌30~35min；S2，将混合均匀的原料收集即得到所需的发泡水泥浆体无机增稠剂。

10.一种发泡水泥浆体无机增稠剂在发泡水泥浆体或泡沫混凝土中的应用，其特征在于，所述发泡水泥浆体无机增稠剂的用量为胶凝材料总用量的10%~35%。