CN112430027B - 一种基于牛毛的纤维增强泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于牛毛的纤维增强泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：第一步，对牛毛原毛进行预处理；第二步，将第一步预处理后的牛毛与水泥、粉煤灰、细骨料及其他外加剂按比例混合后放入搅拌器进行干混；第三步，向第二步干混完成后的干料中加水后继续搅拌；第四步，向第三步搅拌完成后的浆料中加入发泡剂，经搅拌均匀后放入模具中静置发泡、成型。本发明利用牛毛作为增强材料，制备一种纤维增强泡沫混凝土。与普通泡沫保温材料相比，本产品在一定程度上解决了泡沫混凝土普遍存在的强度较低、易开裂等问题。同时，牛毛作为制革行业大量产生的固体废料，对其进行合理的资源化再利用不仅能够节约成本，还能缓解牛毛的大量堆积造成的环境负担。

Description

一种基于牛毛的纤维增强泡沫混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于涉及一种纤维增强泡沫混凝土的制备方法，具体涉及一种以牛毛作为增强材料的纤维增强泡沫混凝土的制备方法。
背景技术
泡沫混凝土作为一种无机保温材料，具有轻质、保温隔热、隔音耐火等优势。泡沫混凝土的原料除水泥外还包含粉煤灰等大量工业固废，而当一些含有碱活性矿物的固废作为混凝土骨料时，会发生碱-骨料反应，导致混凝土在成型过程中发生膨胀、开裂等现象，影响体积安定性，进而影响泡沫混凝土的强度等各项性能。
近年来，随着环保监管的加强,越来越多的皮革厂采用保毛脱毛方法，以降低废水中废液的污染指标，这使得牛毛作为制革行业中的固体废料被大量排出，这些废弃残毛同样给环境增加了一定的负担,全国每年成千上万吨的废弃残毛需要得到妥善处理。牛毛具有很强的弹性和抗拉强度的同时兼具一定的保温性能，因此本发明提出将牛毛纤维均匀的分散在混凝土体系中，来增强混凝土的抗压强度、抗弯强度等各项性能。
发明内容
本发明的优势在于对制革行业大量产生的牛毛废料进行了合理的资源化再利用，利用了牛毛纤维高弹性、高张力的特点，使其作为增强材料提高泡沫混凝土的强度等各项性能。
本发明的目的提供一种以牛毛作为增强材料制备纤维增强泡沫混凝土的方法，拟通过本方法制备出一种密度为0.8~1.2 kg/m3；28d抗压强度达7.5~15 MPa；28d抗折强度达0.25~0.45 MPa；热导率≤0.08 W/(m•K)的具有良好的建筑性能和保温性能的泡沫保温材料。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是提供一种基于牛毛的纤维增强泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1）第一步，使用洗涤剂将牛毛原毛充分洗涤三次后散布在阳光下进行干燥；
2）第二步，将水泥、粉煤灰、细骨料按比例混合后加入稳泡剂、促凝剂、减水剂，最后加入第一步预处理后的牛毛，放入搅拌器进行干混；
3）第三步，向第二步干混完成后的干料中加水后继续搅拌；
4）第四步，向第三步搅拌完成后的浆料中加入发泡剂，搅拌1.5min后放入模具中静置发泡、成模。
所述步骤1）中，牛毛平均细度为50~70μm，平均长度为5cm。
所述步骤2）中，水泥、粉煤灰、细骨料按混合设计比率1∶2∶5进行混合。细骨料为铁尾矿，细度模数为1.70。
所述步骤2）中，稳泡剂选用纤维素醚（HPMC），掺量为0.5wt%；促凝剂选用铝酸钠，掺量为0.45wt%；减水剂选用萘系减水剂，掺量为1.2wt%，掺量基于胶凝材料质量（所述胶凝材料质量是指水泥、粉煤灰的总质量）。
所述步骤2）中，牛毛的掺量为基于混凝土干料质量的0.8%~1.0%。
所述步骤3）中，按照0.47的水胶比加水。
所述步骤4）中，发泡过程采用物理发泡，发泡剂选用蛋白质基发泡剂，掺量为基于胶凝材料质量的1.5wt%（所述胶凝材料质量是指水泥、粉煤灰的总质量）。
所述步骤4）中，需对蛋白质基发泡剂进行预发泡处理后再加入浆料中，预发泡处理是将发泡剂与水按质量份比为1∶20的比例混合后加入发泡机进行发泡。
所述步骤4）中，模具成型过程采用自然养护成型。
本发明的有益效果是：
（1）本发明利用牛毛作为增强材料制备纤维增强泡沫混凝土，对牛毛进行了合理的资源化再利用，在一定程度上解决了碱骨料的掺入带来的混凝土开裂等问题的同时增强了泡沫混凝土的强度；
（2）本发明制备出的纤维增强泡沫混凝土与普通泡沫保温材料进行对比，本产品在具备较好的性能优势的同时还节约了一定的成本。其干密度为0.8~1.2 kg/m3，28d抗压强度可达到7.5~15MPa，28d抗折强度达0.25~0.45 MPa，导热系数为0.02~0.08W/(m·K)。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供的是一种基于牛毛的纤维增强泡沫混凝土的制备方法，具体步骤如下：
1）用洗涤剂将牛毛原毛充分洗涤三次后散布在阳光下进行干燥，得到平均细度为50~70μm，平均长度为5~8cm的牛毛；
2）将水泥、粉煤灰、铁尾矿按1∶2∶5质量份比混合，同时按水泥和粉煤灰的总质量加入0.45wt%的稳泡剂，0.5wt%的促凝剂，1.2wt%的减水剂，最后基于所有干料质量加入0.8wt%预处理后的牛毛，将以上物料放入搅拌器中干混5min；
本步骤中，稳泡剂选用HPMC（羧丙基甲基纤维素），促凝剂选用铝酸钠，减水剂选用萘系减水剂。
3）向完成干混处理的干料中按照0.47的水胶比加入水后继续搅拌5min；
4）将1.5wt%的动物蛋白发泡剂与水按质量份比为1∶20的比例混合后进行预发泡处理，将处理后的泡沫倒入浆料中搅拌1.5min后倒入4mm*4mm*16mm模具中静置发泡，随后自然养护成型。
本实施例制备的纤维增强泡沫混凝土结构分布均匀，经测试得干密度为0.95kg/m3，28d的抗压强度达到10.54MPa，28d的抗折强度达到0.33MPa,导热系数为0.057W/(m·K)。
实施例2
本发明提供的是一种基于牛毛的纤维增强泡沫混凝土的制备方法，具体步骤如下：
1）用洗涤剂将牛毛原毛充分洗涤三次后散布在阳光下进行干燥，得到平均细度为50~70μm，平均长度为5~8cm的牛毛；
2）将水泥、粉煤灰、铁尾矿按1∶2∶5质量份比混合，同时按水泥和粉煤灰的总质量加入0.45wt%的稳泡剂，0.5wt%的促凝剂，1.2wt%的减水剂，最后基于所有干料质量加入1.0wt%预处理后的牛毛，将以上物料放入搅拌器中干混5min；
本步骤中，稳泡剂选用HPMC（羧丙基甲基纤维素），促凝剂选用铝酸钠，减水剂选用萘系减水剂。
3）向完成干混处理的干料中按照0.47的水胶比加入水后继续搅拌5min；
4）将1.5wt%的动物蛋白发泡剂与水按质量份比为1∶20的比例混合后进行预发泡处理，将处理后的泡沫倒入浆料中搅拌1.5min后倒入4mm*4mm*16mm模具中静置发泡，随后自然养护成型。
本实施例制备的纤维增强泡沫混凝土结构分布均匀，经测试得干密度为0.87kg/m3，28d的抗压强度达到13.28MPa，28d的抗折强度达到0.41MPa,导热系数为0.045W/(m•K)。
对比例1
为探究牛毛纤维对泡沫混凝土性能的增强作用，本例设计空白对照组，取消在泡沫混凝土中加入牛毛的过程，其余实施方法与实施例2相同。
对制备得到的泡沫混凝土进行测试得干密度为1.16 kg/m3，28d的抗压强度为8.02 MPa，28d的抗折强度为0.13MPa，导热系数为0.068 W/(m•K)。
同时，观察发现本例制备的泡沫混凝土试块在28d时出现多处裂纹。综合分析得出结论，牛毛纤维的掺入增强了泡沫混凝土的抗压强度与抗折强度，值得一提的是，牛毛纤维对泡沫混凝土的保温性能表现出积极作用。同时，牛毛纤维的掺入一定程度上解决了碱骨料的掺入带来的混凝土开裂等问题。
对比例2
为探究细骨料对纤维增强泡沫混凝土性能的影响，本例将细骨料由铁尾矿替换为细度模数为1.83的煤渣，按实施例2所述方法实施得到纤维增强泡沫混凝土。
对制备得到的泡沫混凝土进行测试得干密度为0.82 kg/m3，28d的抗压强度为11.25MPa，28d的抗折强度为0.33MPa，导热系数为0.043 W/(m•K)。
经对比发现，将骨料替换为煤渣以后泡沫混凝土的抗压强度、抗折强度均出现了一定程度的下降，保温性能未发生较大变化，这主要是因为相比铁尾矿，煤渣具有较低的密度和较高的孔隙率。综合分析后确定本发明使用密度大、细度模数低的铁尾矿作为泡沫混凝土的细骨料。
对比例3
为探究牛毛纤维在泡沫混凝土中的性能优势，本例将牛毛替换为平均细度为15~40μm，平均长度为5cm的兔毛，其余实施方法与实施例2相同。
对制备得到的泡沫混凝土进行测试得干密度为0.91 kg/m3，28d的抗压强度为12.83 MPa，28d的抗折强度为0.20MPa，导热系数为0.052 W/(m•K)。
与实施例2进行对比，发现本例制备的泡沫混凝土试块在28d时的抗压强度和抗折强度都有所下降，抗折强度下降幅度较大。综合分析得出结论，相比其它动物毛发，牛毛纤维具有更高的拉伸强度和韧性，这一优势使得牛毛纤维在作为泡沫混凝土增强材料时可明显增强混凝土的抗弯折性能。

Claims (3)

1.一种基于牛毛的纤维增强泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）对牛毛原毛进行预处理，用洗涤剂将牛毛原毛充分洗涤三次，然后散布在阳光下进行干燥；
2）将水泥、粉煤灰、细骨料按质量比1∶2∶5进行混合，按水泥与粉煤灰的总质量加入0.5wt%的稳泡剂，0.45wt%的促凝剂，1.2wt%的减水剂，最后加入干料总质量0.8wt%~1.0wt%的步骤1）预处理后的牛毛；将以上物料放入搅拌器中干混3~5min；
3）向步骤2）处理得到的干料中按照0.47的水胶比加水，继续搅拌3~5min；
4）向步骤3）搅拌完成的干料中加入发泡剂，搅拌1.5min后倒入模具静置发泡、成型；发泡前，需对蛋白质基发泡剂进行预发泡处理，预发泡处理是将发泡剂与水按质量份比为1∶20的比例混合后加入发泡机进行发泡；发泡过程采用物理发泡，使用蛋白质基发泡剂，掺量为水泥与粉煤灰的总质量的1.5wt%；
所述牛毛的平均细度为50~70μm，平均长度为5~8cm；
所述稳泡剂为纤维素醚HPMC，促凝剂为铝酸钠，减水剂为萘系减水剂；
所述的细骨料为铁尾矿，细度模数为1.70。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4）所述的成型过程采用自然养护成型。
3.权利要求1或2所述方法制备的基于牛毛的纤维增强泡沫混凝土。
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