CN111943593B - 一种防水型化学发泡泡沫混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防水型化学发泡泡沫混凝土及其制备方法和应用。所述防水型化学发泡泡沫混凝土由以下质量百分数的组分制备得到：水泥45～55%；粉煤灰8～14%；矿粉2～5%；水33～40%；外加剂组分1.2～1.5%；所述外加剂组分由以下质量百分数的组分制备得到：含氢硅油乳液8～14%；聚醚改性硅油0.8～1.5%；减水剂83～89.5%；葡萄糖酸钠1.2～2.5%。本发明所述的含氢硅油乳液能够同时起到发泡剂和防水剂的作用，含氢硅油乳液可以均匀分布于泡沫混凝土的内部，与泡沫混凝土形成良好的附着力，使制得的混凝土质轻透气耐水，且耐久性得到进一步延长。
Description
技术领域
本发明属于化学建筑材料技术领域，具体涉及一种防水型化学发泡泡沫混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
泡沫混凝土具有隔音吸声、轻质保温等优异性能，因而被广泛应用于建筑节能、吸声材料以及结构减重等各个方面，尤其是在装配式建筑蓬勃发展的今天更是得到了广泛的应用。常见的泡沫混凝土的制备方法主要分为两种，一种是利用发泡机械主要是发泡机将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的浆料中，经混合搅拌、浇筑成型并养护得到泡沫混凝土的物理发泡方法制备而成；另一种则是利用化学发泡剂加入到由水泥基胶凝材料、掺和料、外加剂、水制成的浆料中发生化学反应，经混合搅拌、浇筑、静停发泡、养护而成多孔保温材料。现有大部分的发泡混凝土均是由利用发泡机制备而来的，很多需要使用发泡混凝土的场合，因为缺乏使用发泡机械的条件，使得使用发泡混凝土的条件难以达到，对于较小的工程量以及较小的企业而言，这将无法使用发泡混凝土。若使用常规的混凝土则会出现材料浪费，混凝土构件自重大，运输不方便，使用难度大，同时也不利于提高建筑构件的承载能力。
就化学发泡方法制备的泡沫混凝土而言，常见的化学发泡剂主要为双氧水发泡剂、碳酸氢铵发泡剂、偶氮二甲酰胺发泡剂、铝粉发泡剂中的一种或者多种。相比物理发泡泡沫混凝土，化学发泡泡沫混凝土因为泡沫稳定性差、泡孔粗大，开孔率高等原因，因而强度较低，脱模时间长，吸水率高，而且在切割和使用过程中容易开裂，因而其应用和推广收到一定的限制。因此，不论市面上还是研究中，不少研发人员提出了兼具防水与引气发泡的功能的性能稳定的防水型泡沫混凝土的制备方法，主要是以双氧水发泡剂、蛋白质发泡剂、聚氨酯发泡剂作为发泡组分，有机硅化合物组合物作为防水组分制得。
使用有机硅硅烷偶联剂或者其他有机硅化合物作为内掺防水剂是目前泡沫混凝土解决施工复杂、抗老化等问题的主要解决方案，但是大多数硅烷或者有机硅化合物均存在着难以水溶或者对泡沫的消泡十分严重的问题，造成泡沫混凝土内部与孔壁不能结合成牢固的化学键导致其使用寿命不长，强度变差。
发明内容
为了解决现有的有机硅类化合物作为防水剂的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种防水型化学发泡泡沫混凝土。
本发明的另一目的在于提供上述一种防水型化学发泡泡沫混凝土的制备方法。本发明提出一种利用高含氢硅油乳液作为发泡剂和防水剂，聚醚改性硅油作为稳泡剂的防水型化学发泡泡沫混凝土的制备方法，为建筑材料用泡沫混凝土的轻质、防水、耐用提供了另外一种新颖的解决方案
本发明的再一目的在于提供上述一种防水型化学发泡泡沫混凝土的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种防水型化学发泡泡沫混凝土，由以下质量百分数的组分制备得到：
水泥 45～55%；
粉煤灰 8～14%；
矿粉 2～5%；
水 33～40%；
外加剂组分 1.2～1.5%；
所述外加剂组分由以下质量百分数的组分制备得到：
含氢硅油乳液 8～14%；
聚醚改性硅油 0.8～1.5%；
减水剂 83～89.5%；
葡萄糖酸钠 1.2～2.5%。
优选的，一种防水型化学发泡泡沫混凝土，由以下质量百分数的组分制备得到：
水泥 50～55%；
粉煤灰 10～13%；
矿粉 3～4%；
水 33～35%；
外加剂组分 1.2～1.5%；
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种或两种以上，更优选的为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥可以为P.O 42.5普通硅酸盐水泥或者P.O 52.5普通硅酸盐水泥。
优选的，所述粉煤灰为一级粉煤灰和二级粉煤灰中的一种或两种。
优选的，所述矿粉为粒化高炉矿渣和者铁尾矿砂中的一种或两种。
优选的，所述含氢硅油乳液中的含氢硅油的含氢量为1.5~1.6%。所述含氢硅油在与水泥拌和状态下发生化学反应后，产生的氢气能够产生稳定的气泡，同时生成的聚甲基硅酸钠能够渗透到混凝土的内部形成防水、防腐蚀以及透气的稳定的防护层。
所述含氢硅油乳液可采用山东大易化工的型号为DY-H2021的含氢硅油乳液或者采用浙江创基新材料的型号为CJ-8400的含氢硅油乳液，也可以通过自制，由以下方法制备得到：
在搅拌釜中加入60~65质量份的水和2~8质量份的乳化剂（乳化剂的质量比为Span-80：Twen80：OP-10=12：20：8），并在匀质机中在10MPa下循环20分钟，搅拌状态下加入15份的含氢硅油（含氢量为1.5~1.6%），10MPa下均化60分钟后，再次加入15份的含氢硅油（含氢量为1.5~1.6%），并60~90分钟内充分均化，得到含氢硅油乳液。
优选的，所述聚醚改性硅油采用青岛中宝硅材料科技有限公司的型号为ZBH-207的聚醚改性硅油。
优选的，所述减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系减水剂、氨基磺酸钠盐减水剂、脂肪族减水剂和聚羧酸系减水剂中的一种或两种以上，更优选为聚羧酸减水剂。聚羧酸减水剂为无色至淡黄色液体，可以为功能型复配产品，固体含量范围在5.0～20%。
所述葡萄糖酸钠主要用作混凝土外加剂组合物中的缓凝组分，葡萄糖酸钠的有效含量≥98%。
本发明所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土的密度为450～550kg/m3。
上述一种防水型化学发泡泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：
按配比称取各原料，将称取的水泥、粉煤灰、矿粉搅拌均匀，加入水和由高含氢硅油、聚醚改性硅油、减水剂和葡萄糖酸钠组成的外加剂组分并搅拌均匀，发泡后制得泡沫混凝土料浆，经浇筑，最后经脱模、养护后得到所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土。
优选的，所述养护的方式为温度20℃，相对湿度90%以上的潮湿环境下，养护28天。
上述一种防水型化学发泡泡沫混凝土作为材料在修建运动场、回填管线和屋面保温中的应用。
本发明的原理为：
含氢硅油乳液与以硅酸盐为主要成分的水泥，先通过碱性的水泥与含氢硅油的Si-H键作用，形成氢气与Si-OH，Si-OH进一步与硅酸盐发生活性反应形成Si-O-Si的化学键进而起到提高强度，延长其使用寿命的作用。相比于其他有机硅防水剂如甲基硅酸钠、聚甲基硅酸甲酯或者聚甲基硅酸乙酯等等，含氢硅油乳液可以均匀地分散在泡沫混凝土内部表面孔壁，与碱性的混凝土组成成分反应后形成一层防水薄膜，并释放出形成泡沫的氢气。该薄膜牢固的紧贴于孔壁之上隔绝了水分与混凝土基材的接触，有效地提高了所形成的泡沫混凝土的寿命及防水效果。含氢硅油乳液同时具有发泡剂及防水剂的功能，含氢硅油乳液浓度在30%～35%，含氢量范围为1.5%～1.6%。聚醚改性硅油作为稳泡剂，聚醚改性硅油一方面与水泥拌和过程中的水分具有良好的水溶性，另一方面也能够与具有疏水性的含氢硅油具有良好的相容性。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
（1）属于有机硅成分的含氢硅油组分，能够同时起到发泡剂和防水剂的作用，尤其是含氢硅油乳液形态的使用，能够在混凝土内部表面形成均匀的泡沫，并有效提高了混凝土的防水效果和使用寿命；
（2）本发明制备的泡沫混凝土的制备工艺简单，性能优异，适宜推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例和对比例所用的硅酸盐水泥采用南漳华新P.O 42.5硅酸盐水泥，粉煤灰采用灵寿县金轩矿产品有限公司超细粉煤灰、矿粉采用灵寿县金轩矿产品有限公司S95级矿粉、所用的含氢硅油乳液采用自制的，具体制备步骤见发明内容部分。所述聚羧酸减水剂采用湖北鑫统领万象科技有限公司PC150聚羧酸高性能减水剂、萘系减水剂采用湖北艾金化工有限公司SNF-A萘系高效减水剂、氨基磺酸盐类减水剂采用济南鑫森源化工有限公司FDN-I氨基磺酸盐高效减水剂、所述聚醚改性硅油采用青岛中宝硅材料科技有限公司的型号为ZBH-207聚醚改性硅油。
实施例1
一种防水型化学发泡泡沫混凝土，由以下质量百分数的组分制备得到：水50.49kg；硅酸盐水泥（P.O 42.5）76.5kg；粉煤灰19.58kg；矿粉4.59kg；含氢硅油乳液（含氢硅油的含氢量为1.50%）0.147kg；聚羧酸减水剂1.64kg；聚醚改性硅油0.018kg；葡萄糖酸钠0.028kg。
所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土的制备方法如下：
（1）在混凝土搅拌机中，常温条件下，转速200r/min，加入粉煤灰19.58kg，矿粉4.59kg，硅酸盐水泥76.5kg进行搅拌，搅拌2分钟至均匀；
（2）边搅拌边加入由50.49kg水，1.64kg聚羧酸减水剂，0.147kg高含氢硅油乳液，0.018kg聚醚硅油乳液，0.028kg葡萄糖酸钠组成的外加剂组分，搅拌时长3分钟至搅拌均匀；
（3）搅拌混合均匀后，停止搅拌并迅速摊铺至施工面，待自然流平，静置后10～15分钟发泡完毕，经温度20℃，相对湿度90%以上的潮湿环境下养护28天后形成成型的泡沫混凝土。
实施例2
一种防水型化学发泡泡沫混凝土，由以下质量百分数的组分制备得到：水52.79kg；硅酸盐水泥（P.O.42.5）76.5kg；粉煤灰15.3kg；矿粉6.12kg；含氢硅油乳液（含氢硅油的含氢量为1.55%）0.23kg；萘系减水剂2kg；聚醚改性硅油0.023kg；葡萄糖酸钠0.05kg。
所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土的制备方法如下：
（1）在混凝土搅拌机中，常温条件下，转速200r/min，加入粉煤灰15.3kg，，矿粉6.12kg，硅酸盐水泥76.5kg进行搅拌，搅拌市场2分钟至均匀；
（2）边搅拌边加入由52.79kg水，2kg萘系减水剂，0.23kg高含氢硅油乳液，0.023kg聚醚改性硅油乳液，0.05kg葡萄糖酸钠组成的外加剂组分，搅拌时长3分钟至均匀；
（3）搅拌混合均匀后，停止搅拌并迅速摊铺至施工面，待自然流平，静置后10～15分钟发泡完毕，经温度20℃，相对湿度90%以上的潮湿环境下养护28天后形成成型的泡沫混凝土。
实施例3
一种防水型化学发泡泡沫混凝土，由以下质量百分数的组分制备得到：水55.08kg；硅酸盐水泥（P.O.42.5）79.56kg；粉煤灰12.24kg；矿粉3.83kg；含氢硅油乳液（含氢硅油的含氢量为1.60%）0.28kg；氨基磺酸盐类减水剂1.95kg；聚醚改性硅油乳液0.023kg；葡萄糖酸钠0.046kg。
所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土的制备方法如下：
（1）在混凝土搅拌机中，常温条件下，转速200r/min，加入粉煤灰12.24kg，矿粉3.83kg，硅酸盐水泥79.56kg进行搅拌，搅拌市场2分钟至均匀；
（2）边搅拌边加入由55.08kg水，1.95kg氨基磺酸盐类减水剂，0.28kg高含氢硅油乳液，0.023kg聚醚改性硅油乳液，0.046kg葡萄糖酸钠组成的外加剂组分，搅拌时长3分钟至均匀；
（3）搅拌混合均匀后，停止搅拌并迅速摊铺至施工面，待自然流平，静置后10～15分钟发泡完毕，经温度20℃，相对湿度90%以上的潮湿环境下养护28天养护后形成成型的泡沫混凝土。
对比例1
对比例1中，动物蛋白发泡剂、硅烷浸渍剂、橡胶乳液和硅烷偶联剂的来源见公布号CN109503070A的中国专利。
一种泡沫混凝土，由以下质量百分数的组分制备得到：
水47.53kg；硅酸盐水泥67.9kg； 粉煤灰36.75kg； 动物蛋白发泡剂0.18kg；聚羧酸减水剂1.05kg；硅烷浸渍剂3.5kg； 橡胶乳液8.75kg； 硅烷偶联剂3.5kg。
泡沫混凝土的制备方法如下：
（1）在水泥搅拌机中，常温条件下，加入硅酸盐水泥67.9kg，以200r/min的转速进行搅拌；边搅拌边加入水47.53kg、粉煤灰36.75kg、硅烷浸渍剂3.5kg、硅烷偶联剂3.5kg、橡胶乳液8.75kg、聚硅酸减水剂1.05kg，搅拌均匀后得到预混物；最后加入动物蛋白发泡剂0.18kg；
（2）搅拌混合均匀后，迅速摊铺至施工面，待自然流平，静置后10-15分钟发泡完毕，经温度20℃，相对湿度90%以上的潮湿环境下养护28天养护后形成成型泡沫混凝土。
对比例2
对比例2中，硅烷浸渍剂、橡胶乳液和硅烷偶联剂的来源见公布号CN109503070A的中国专利的实施例。双氧水发泡剂为H2O2含量28~32%的双氧水溶液。
一种泡沫混凝土，组成包括以下质量分数的组分：
水47.53kg；硅酸盐水泥67.9kg；粉煤灰36.75kg；双氧水发泡剂0.18kg； 聚羧酸减水剂1.05kg；硅烷浸渍剂3.5kg； 橡胶乳液8.75kg；硅烷偶联剂3.5kg。
泡沫混凝土的制备方法如下：
（1）在水泥搅拌机中，常温条件下，加入硅酸盐水泥67.9kg，以200r/min的转速进行搅拌；边搅拌边加入水47.53kg、粉煤灰36.75kg、硅烷浸渍剂3.5kg、硅烷偶联剂3.5kg、橡胶乳液8.75kg、聚羧酸减水剂1.05kg，搅拌均匀后得到预混物；最后加入双氧水发泡剂0.18kg；
（2）搅拌混合均匀后，迅速摊铺至施工面，待自然流平，静置后10-15分钟发泡完毕，经温度20℃，相对湿度90%以上的潮湿环境下养护28天养护后形成成型泡沫混凝土。
参照JG/T266-2011《泡沫混凝土》、GB/T5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》、GB_T11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》的标准，以南漳华新水泥有限公司的P.O.42.5普通硅酸盐水泥为胶凝材料性能测试结果如下表所示，表1为实施例1~3和对比例1~2的密度、吸水率和抗压强度测试结果，表2为实施例1~3和对比例1~2的耐久性能测试结果：
表1 密度、吸水率和抗压强度测试结果一览表
对比表1中数据可知，实施例1、实施例2及实施例3所制备的泡沫混凝土相比于对比例1和对比例2，具有干密度较小，吸水率较低以及28d抗压强度较高的优点。这主要是由于对比例1及对比2所使用的硅烷偶联剂或者硅烷浸渍剂是一类疏水的有机化合物，发泡阶段并不能与发泡剂以及硅酸盐水泥很好的相容。而实施例中，所制备的泡沫混凝土通过与水相容性良好的含氢硅油乳液的发泡作用以及聚醚改性硅油的匀泡作用，各组分更加均匀，特别是含氢硅油与硅酸盐水泥反应之后，有利于提高泡沫混凝土强度的增强以及吸水率的减低。
表2 耐久性能测试结果一览表
从上表数据可以看出，本发明制备的防水型化学发泡泡沫混凝土，相对于常规发泡剂如动物蛋白发泡剂以及双氧水发泡剂，能够在比较低的干密度下保持较低的吸水率和较高的抗压强度，并且耐久性能也优于使用常规发泡剂的泡沫混凝土，使用寿命得到了延长，因此本发明方法符合制备目标。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种防水型化学发泡泡沫混凝土，其特征在于，由以下质量百分数的组分制备得到：
水泥 45～55%；
粉煤灰 8～14%；
矿粉 2～5%；
水 33～40%；
外加剂组分 1.2～1.5%；
所述外加剂组分由以下质量百分数的组分制备得到：
含氢硅油乳液 8～14%；
聚醚改性硅油 0.8～1.5%；
减水剂 83～89.5%；
葡萄糖酸钠 1.2～2.5%；
所述含氢硅油乳液中的含氢硅油的含氢量为1.5~1.6%；含氢硅油乳液的制备方法为：在搅拌釜中加入60~65质量份的水和2~8质量份的乳化剂，乳化剂的质量比为Span-80：Twen80：OP-10=12：20：8，并在匀质机中在10MPa下循环20分钟，搅拌状态下加入15份的含氢硅油，10MPa下均化60分钟后，再次加入15份的含氢硅油，并60~90分钟内充分均化，得到含氢硅油乳液。
2.根据权利要求1所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土，其特征在于，由以下质量百分数的组分制备得到：
水泥 50～55%；
粉煤灰 10～13%；
矿粉 3～4%；
水 33～35%；
外加剂组分 1.2～1.5%。
3.根据权利要求1所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种或两种以上。
4.根据权利要求3所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土，其特征在于，所述减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系减水剂、氨基磺酸钠盐减水剂、脂肪族减水剂和聚羧酸系减水剂中的一种或两种以上。
5.根据权利要求4所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥或者P.O 52.5普通硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰和二级粉煤灰中的一种或两种；所述矿粉为粒化高炉矿渣或 者铁尾矿砂中的一种或两种。
7.权利要求1~6任一项所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按配比称取各原料，将称取的水泥、粉煤灰、矿粉搅拌均匀，加入水和由高含氢硅油、聚醚改性硅油、减水剂和葡萄糖酸钠组成的外加剂组分并搅拌均匀，发泡后制得泡沫混凝土料浆，经浇筑，最后经脱模、养护后得到所述防水型化学发泡泡沫混凝土。
8.根据权利要求7所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述养护的方式为20℃温度下，相对湿度90%以上的潮湿环境下，养护28天。
9.权利要求1~6任一项所述一种防水型化学发泡泡沫混凝土作为材料在修建运动场、回填管线和屋面保温中的应用。
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| CP03 | Change of name, title or address |