CN111943608B - 一种具有抗冻融性的泡沫混凝土 - Google Patents

一种具有抗冻融性的泡沫混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有抗冻融性的泡沫混凝土,其中含有硅氧烷改性醇胺和聚羧酸减水剂。令人意外地发现,将硅氧烷改性醇胺和聚羧酸减水剂按一定比例进行复配,可以使得泡沫混凝土具有优异的抗冻融性,并且兼有流动度经时损失较小的特性。以上两个特性,使得本发明所公开的泡沫混凝土,在我国偏远且气候恶劣、温差较大的地方,适于作为建筑材料的主流材料进行应用。

Description

一种具有抗冻融性的泡沫混凝土
技术领域
本发明属于建筑材料领域,具体涉及一种具有抗冻融性的泡沫混凝土。
背景技术
泡沫混凝土,通常是将水泥与粉煤灰(其主要成份为SiO2、Al2O3,比较规则的球形玻璃微珠)、钙质材料、水及各种外加剂、发泡剂通过机械方法经混合搅拌浇注成型,最终养护而成的一种多孔材料。泡沫混凝土就泡沫形成方式而言,可分为物理发泡和化学发泡。
泡沫混凝土的自身特点在于,与传统的混凝土相比,其含有大量稳定的封闭孔隙,使其具有轻质、保温隔热、低弹抗震等优点。近年来,泡沫混凝土作为行业热点材料,涌现了大量技术成果。如CN103864382A公开了一种保温隔音的轻质泡沫混凝土,具有良好的保温隔音效果,并且还能满足行业国标的各项指标;CN107098641A公开了一种轻密度的泡沫混凝土,具有重量轻、力学性能优异等优点,适用于室外养护路面领域的应用;CN209703776U公开一种泡沫混凝土轻质球制作的保温棚外墙体,具有良好的保温作用,适用于养护墙体等领域。这些现有技术充分显示了泡沫混凝土作为一种新型混凝土材料,有望逐渐取代传统混凝土,作为室外墙体、路面以及其它基建工程的基础材料,应用于各种建筑工程领域。
但随着泡沫混凝土作为建筑材料的应用范围越来越广,它也逐渐暴露出一些缺陷,其中最明显的一个缺陷在于,泡沫混凝土抗冻融性不足。造成这一缺陷的原因在于,泡沫混凝土的结构中存在大量的气孔,孔隙率高,因此对于温度的变化更为敏感,从而使其难以应用于昼夜、季节温差较大或者气候频繁异常的地域,如我国西北山区、高原地段,或极度严寒或炎热的边疆地带,然而,这些地段却是我国大型基建工程的战略要地。因此,泡沫混凝土抗冻融性的缺陷势必大大地影响泡沫混凝土在此类地区的进一步应用。
因此,亟需解决现有技术中,泡沫混凝土抗冻融性不足的缺陷,以推广其在我国更多的偏远且恶劣气候的地区中作为基建材料的应用,是泡沫混凝土材料应用的一个重要目标。
发明内容
本发明旨在公开一种具有抗冻融性的泡沫混凝土,其经养护,并遭受多次高低温冻融循环实验后,依然具有优异的抗压强度,因此完全可以满足在温差变化较大,或长时间处于极端气候下的室外环境的性能需求;另外,本发明所公开的抗冻融性的泡沫混凝土流动度经时损失较小,因此在拌料后较长一段时间内具有较为理想的流动性,从而保证了运送到偏远地区过程中,不会出现混凝土中途凝固这一现象。
本发明所述具有抗冻融性的泡沫混凝土,通过以下技术方案得以实现:
一种具有抗冻融性的泡沫混凝土,该抗冻融性的泡沫混凝土中含有硅氧烷改性醇胺和聚羧酸减水剂,
其中,所述硅氧烷改性醇胺是环氧硅烷与二元醇胺反应所得的产物;
所述聚羧酸减水剂是由丙烯酸、不饱和聚醚和丙烯酰胺三种单体共聚,然后经碱中和所得到的产物。
进一步地,所述环氧硅烷选自3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
进一步地,所述二元醇胺选自二乙醇胺、二丙醇胺、二丁醇胺以及二戊醇胺中的至少一种。
进一步地,所述丙烯酸、不饱和聚醚和丙烯酰胺三种单体的摩尔比例为2:1:0.1-2:1:0.5。
进一步地,所述不饱和聚醚选自TPEG、APEG和MPEG中的至少一种,优选为TPEG和APEG的复配。
进一步地,所述TPEG和APEG的摩尔比为1:1-3:1。
所述碱没有特别的限定,能够和丙烯酸链段上的羧基反应即可,比如氢氧化钠,氢氧化钾。
进一步地,所述具有抗冻融性的泡沫混凝土包括如下质量份数的原料:
Figure BDA0002654793520000021
进一步地,所述发泡剂选自松香树脂类发泡剂、合成类发泡剂或蛋白活性物发泡剂的一种。
进一步地,所述聚合物纤维选自聚丙烯纤维或聚丙烯腈纤维中的至少一种。
本发明具有以下有益效果:
本发明所述抗冻融性的泡沫混凝土采用硅氧烷改性醇胺和三种单体共聚的聚羧酸减水剂复配方式,令人意外地发现,可以使得泡沫混凝土具有优异的抗冻融性,并且兼有流动度经时损失较小的特性。可能的原因是:泡沫混凝土由于发泡剂的作用,会使得混凝土中具有大量的空洞,若空洞的体积过大且分布不均匀,容易造成孔中的水分由于温度变化向外迁移,从而产生静水压使得混凝土颗粒的四周形成破坏应力;而硅氧烷改性醇胺和聚羧酸减水剂复配后,可以使得空洞的体积更小且分布更为均匀,混凝土颗粒四周的静压力趋近平衡,大大抵消了混凝土内部集聚的应力;另外硅氧烷改性醇胺和聚羧酸减水剂复配后可以增加混凝土与水分的相容性,从而在一定程度上提升混凝土的流动度。以上两个特性,使得本发明所公开的泡沫混凝土,在我国偏远且气候恶劣、温差较大的地方,适于作为建筑材料的主流材料进行应用。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明,但实施例并不对本发明做任何形式的限定。本发明实施例所述原料均为市售,除非特别说明,采用的原料和方法为本技术领域常规原料和方法。
其中,本发明实施例所用水泥选自普通硅酸盐水泥,采购自杭州锐辰建材有限公司,型号为RC-5482;
所用砂子采购自潍坊天诚建材有限公司,规格为40-70目;
所用发泡剂采购自南京大野建筑节能科技有限公司,型号为JT复配水泥发泡剂;
所用3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷均采购自曲阜晨光化工有限公司;
所用醚类聚合单体(如TPEG、APEG或MPEG),均采购自河北蓝天精细化工有限公司;
所用聚合物纤维采用聚丙烯纤维,采购自文安县聚科科技有限公司;
其余材料均为常见的市售材料。
实施例1
聚羧酸减水剂1的制备方法为:
取搭有冷凝装置的烧瓶,将丙烯酸单体、不饱和聚醚(TPEG与APEG复配,二者物质的量之比为1:1)和丙烯酰胺三种单体,按物质的量为2:1:0.1投入到10倍质量的上述反应底物的甲苯溶液中,在催化量的BPO下进行反应,回流1h,最后将溶剂浓缩,得到聚羧酸减水剂1。
所述硅氧烷改性醇胺1的制备方法为:
取搭有冷凝装置的烧瓶,将物质的量为1当量的3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲基硅烷与物质的量为1当量的二乙醇胺,共混均匀,然后在90℃温度下机械搅拌3h,得到硅氧烷改性的醇胺1。
一种具有抗冻融性的泡沫混凝土1,包括如下质量份数的原料:
Figure BDA0002654793520000041
上述具有抗冻融性的泡沫混凝土1的制备方法为,将所有成分按质量份数依次投入反应釜中,常温下搅拌0.5h,釜底出料,得到具有抗冻融性的泡沫混凝土1。
实施例2
聚羧酸减水剂2的制备方法为:
取搭有冷凝装置的烧瓶,将丙烯酸单体、不饱和聚醚(TPEG与APEG复配,二者物质的量之比为3:1)和丙烯酰胺三种单体,按物质的量为2:1:0.5投入到10倍质量的上述反应底物的甲苯溶液中,在催化量的BPO下进行反应,回流1h,最后将溶剂浓缩,得到聚羧酸减水剂2。
所述硅氧烷改性醇胺2的制备方法为:
取搭有冷凝装置的烧瓶,将物质的量为2当量的3-(2,3-环氧丙氧)三乙氧基硅烷与物质的量为1当量的二丙醇胺,共混均匀,然后在90℃温度下机械搅拌3h,得到硅氧烷改性的醇胺2。
一种具有抗冻融性的泡沫混凝土2,包括如下质量份数的原料:
Figure BDA0002654793520000042
Figure BDA0002654793520000051
上述具有抗冻融性的泡沫混凝土2的制备方法为,将所有成分按质量份数依次投入反应釜中,常温下搅拌0.5h,釜底出料,得到具有抗冻融性的泡沫混凝土2。
实施例3
聚羧酸减水剂3的制备方法为:
取搭有冷凝装置的烧瓶,将丙烯酸单体、不饱和聚醚(TPEG与APEG复配,二者物质的量之比为2:1)和丙烯酰胺三种单体,按物质的量为2:1:0.3投入到10倍质量的上述反应底物的甲苯溶液中,在催化量的BPO下进行反应,回流1h,最后将溶剂浓缩,得到聚羧酸减水剂3。
所述硅氧烷改性醇胺3的制备方法为:
取搭有冷凝装置的烧瓶,将物质的量为2当量的2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷与物质的量为1当量的二丁醇胺,共混均匀,然后在90℃温度下机械搅拌3h,得到硅氧烷改性的醇胺3。
一种具有抗冻融性的泡沫混凝土3,包括如下质量份数的原料:
Figure BDA0002654793520000052
上述具有抗冻融性的泡沫混凝土3的制备方法为,将所有成分按质量份数依次投入反应釜中,常温下搅拌0.5h,釜底出料,得到具有抗冻融性的泡沫混凝土3。
实施例4
实施例4所用成分种类和质量份数、制备方法均与实施例1相同,唯一不同在于实施例4中,将实施例1中所述的聚羧酸减水剂1中采用的不饱和聚醚单体(即TPEG与APEG复配,二者物质的量之比为1:1),代替为等物质的量的不饱和聚醚TPEG。
实施例5
实施例5所用成分种类和质量份数、制备方法均与实施例1相同,唯一不同在于实施例5中,将实施例1中所述的聚羧酸减水剂1中采用的不饱和聚醚单体(即TPEG与APEG复配,二者物质的量之比为1:1),代替为等物质的量的不饱和聚醚MPEG。
实施例6
实施例6所用成分种类和质量份数、制备方法均与实施例1相同,唯一不同在于实施例6中,丙烯酸的物质的量为1当量,不饱和聚醚的物质的量总计为1当量。
对比例1
对比例1所用成分种类和质量份数、制备方法均与实施例1相同,唯一不同在于对比例1中,泡沫混凝土中硅氧烷改性醇胺1替换为等质量份数的二乙醇胺。
对比例2
对比例2所用成分种类和质量份数、制备方法均与实施例1相同,唯一不同在于对比例2中,将泡沫混凝土中聚羧酸减水剂1,以等质量份数的商用聚羧酸减水剂(采购自浙江五龙化工股份有限公司,型号为ZWL-A-AX型)。
测试例
为了测试实施例1-6与对比例1-2中所制备的泡沫混凝土的抗冻融性能,采用如下系列测试方法:
测试过程如下:将测试分为第一测试组和第二测试组,每一测试组分为八个小组,每个小组样品分别为实施例1-6与对比例1-2中所制备的泡沫混凝土。然后将样品在室温维持温度范围-5℃,湿度为不小于95%的养护环境下进行养护。其中第一测试组中样品均养护3天,第二测试组中样品均养护28天,作为待测样品。
然后将上述待测样品,均放入40℃的高温烘箱中2h,然后再放入0℃的环境中2h,作为一个冻融周期,如此循环10次。
然后对上述待测样品进行抗压强度测试,所得到的每组的样品的数据取平均值,作为每个实施例中泡沫混凝土的最终抗压强度数值。所述抗压强度测试方法参照中国建材行业标准JC477-2005进行。
另外对上述待测样品进行抗冻融次数的测试,所述抗冻融性次数的测试方法参照GB/T50082-2009中所记载的快速冻融循环实验方法进行。
所得到的抗压强度数值和抗冻融性次数结果如表1所示。
表1实施例1-6,对比例1-2中的泡沫混凝土样品经冻融循环后抗压强度测试结果
Figure BDA0002654793520000071
从表1的数据可以看出,第一测试组和第二测试组中实施例1-6中样品,尤其是实施例1-3中样品,经多次冻融循环实验后,其抗压强度和抗冻融次数,显著优于对比例1-2中的样品,这说明了本发明所述的硅氧烷改性醇胺和聚羧酸减水剂按一定比例复配后,对于泡沫混凝土的抗压强度和抗冻融次数的提升,具有明显作用。
为了测试实施例1-6与对比例1-2中所制备的泡沫混凝土的流动度经时损失,采用测试方法按照GB/T 8077-2000进行,分别测试每组新制得的泡沫混凝土样品,在0min、60min和120min时的流动度,实验结果如表2所示。
表2实施例1-6,对比例1-2中的泡沫混凝土样品的流动度的测试
Figure BDA0002654793520000072
从表2的数据可以看出,随着时间的延长,实施例1-6与对比例1-2中所制备的泡沫混凝土的流动度出现了较大的差异:实施例1-3在120min时的流动度依然能保持在260mm以上,其相比于0min时的流动度下降幅度较小;而对比例1-2在120min的流动度仅有180mm左右,这说明对比例的流动度下降非常迅速,而这并非我们所期望的现象。因此,本发明所述的硅氧烷改性醇胺和聚羧酸减水剂按一定比例复配后,对于泡沫混凝土的流动度的经时损失也具有明显的积极效果。

Claims (3)

1.一种具有抗冻融性的泡沫混凝土,其特征在于,包括如下质量份数的原料:
水泥 60-100份
珍珠岩 10-15份
砂子 10-20份
发泡剂 2-5份
硅氧烷改性醇胺 3-6份
聚羧酸减水剂 2-5份
聚合物纤维 0.8-1.5份;
其中,所述硅氧烷改性醇胺是环氧硅烷与二元醇胺反应所得的产物;
所述聚羧酸减水剂是由丙烯酸、不饱和聚醚和丙烯酰胺三种单体共聚,然后经碱中和所得到的产物;
所述环氧硅烷选自3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷中的至少一种;
所述二元醇胺选自二乙醇胺、二丙醇胺、二丁醇胺以及二戊醇胺中的至少一种;
所述丙烯酸、不饱和聚醚和丙烯酰胺三种单体的摩尔比例为2:1:0.1-2:1:0.5;
所述不饱和聚醚为TPEG和APEG按照摩尔比1:1-3:1的复配。
2.根据权利要求1所述具有抗冻融性的泡沫混凝土,其特征在于,所述发泡剂选自松香树脂类发泡剂、合成类发泡剂或蛋白活性物发泡剂的一种。
3.根据权利要求1所述具有抗冻融性的泡沫混凝土,其特征在于,所述聚合物纤维选自聚丙烯纤维或聚丙烯腈纤维中的至少一种。
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