CN112723911B - 再生粉末基的无机胶凝材料增韧减裂发泡剂及应用 - Google Patents

再生粉末基的无机胶凝材料增韧减裂发泡剂及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了再生粉末基的无机胶凝材料增韧减裂发泡剂及应用，该发泡剂的组成包括：再生玻璃钢粉末和强碱粉末构成的发泡组分，发泡组分中强碱粉末占再生玻璃钢粉末的重量百分比为0.5‑20％。通过再生玻璃刚粉末中的玻璃粉与氢氧化钠进行反应，使其具有活性，成为胶凝材料的一部分。其中再生玻璃钢粉末中的树脂颗粒具有比胶凝材料的更佳的韧性，可以实现对胶凝材料的增韧减裂。其他的极少部分填料，可作为微填充剂。本发明发泡剂制备简单。在使用过程中无需预先发泡，发泡工艺简单，易于与无机胶凝材料混合，产生气泡均匀稳定，并对无机胶凝材料有较大的增强增韧效果。所制成发泡材料密度低，气孔连通率较低，保温隔热性能良好，同时高强抗裂。

Description

再生粉末基的无机胶凝材料增韧减裂发泡剂及应用
技术领域
本发明涉及建筑水泥材料发泡剂技术领域，具体为一种再生粉末基的无机胶凝材料增韧减裂发泡剂及应用，该发泡剂能用于发泡混凝土制品、发泡地质聚合物制品等体系中。
背景技术
无机胶凝发泡材料等在制作过程中需要引入大量均匀且密闭的泡沫。目前常见的发泡手段主要有物理发泡和化学发泡两种，物理发泡需要先制取泡沫再与浆体搅拌进行混合，与此相比化学发泡将所有物料通过一次搅拌即可制成，制作工艺更加简便。目前为止最常见的化学发泡手段主要是使用铝粉和H2O2进行发泡。这种发泡手段所产生的泡沫稳定性差且泡沫生产过程难以控制，容易出现泡沫尺寸过大进而导致严重影响发泡材料的力学性能的问题出现。宋国林等也在其研究《泡沫混凝土材料的研究与应用》中指出化学发泡由于在料浆内部进行化学反应,不利于控制反应速率,得到的内部孔容易不完整、不均匀。同时化学品的使用，从经济性上来说相对较高。由此可见，发泡水泥基材料领域一直缺乏一种成本低廉且发泡效率高、泡沫均匀稳定的新型发泡剂来实现领域向更深更远方向发展。
玻璃钢废料是玻璃钢在化学侵蚀、温度变化、紫外线作用、外力作用等条件下产生的废料。目前我国仍有大量的玻璃钢废料堆积，这一现象亟待解决，焚烧法能耗过高，通过化学材料进行处理可能会产生气体对环境造成污染。
本发明通过再生玻璃钢粉末与氢氧化钠反应产生气体进行发泡，可以从根本上解决现有发泡剂泡沫稳定性差且发泡过程难以控制的问题。并且本发明创新性的使用了再生玻璃钢粉末作为发泡剂主要发泡成分，解决了玻璃钢废料堆积的问题，并将这种废料实现工业化利用，不仅降低了发泡剂的制备成本，更实现了一种基于废弃材料的发泡剂。
发明内容
本发明针对现有发泡剂所存在的问题，提供了一种再生粉末基的无机胶凝材料增韧减裂发泡剂，应用于发泡水泥基材料的发泡，该发泡剂创造性的使用氢氧化钠与再生玻璃钢粉末中的铵盐类填料分反应产生气体进行发泡，实现了对于玻璃钢废料的回收利用，该发泡剂具有很好的体积膨胀性，泡沫稳定性好，低碳环保。
本发明的具体技术方案如下：
一种：再生粉末基的无机胶凝材料增韧减裂发泡剂，其特征在于，该发泡剂的组成包括：再生玻璃钢粉末和强碱粉末构成的发泡组分，发泡组分中强碱粉末占再生玻璃钢粉末的重量百分比为0.5-20％。
进一步的发泡剂的组成(按重量份数计)为：
A组分：再生玻璃钢粉末80-95份
B组分：氢氧化钠5-15份
C组分：聚丙烯酸钠1-5份
D组分：十二烷基磺酸钠5-10份
E组分：羟丙基甲基纤维素1-5份
所述A组分与B组分为发泡组分；
所述C组分、D组分与E组分为稳泡组分。
再生玻璃钢粉末制备过程可以是：再生玻璃钢切割步骤的切割尺寸为边长70-90mm立方体；再生玻璃钢破碎过程使用VI-9000立轴式破碎机，破碎条件为转速950-1050r/min，破碎时长为20-30min，并在此基础上进行筛分，留取制备发泡剂的再生玻璃钢粉末粒径不得大于0.075mm。
再生玻璃钢粉末由玻璃钢破碎而成，玻璃钢材料中含有树脂，玻璃纤维以及铵盐固化剂(铵盐类固化剂主要用于固化树脂)，经过破碎后变为铵盐填料粉、树脂粉、玻璃粉，再生玻璃钢粉末的制备过程是：首先将再生玻璃钢使用刀具切割机切割成边长为70-90mm的立方体，再使用VI-9000式立轴式破碎机进行破碎，破碎条件为转速950-1050r/min，首先破碎3分钟完成初步破碎，初步破碎完成，依次过7.09mm和3.35mm的筛子，位于7.09mm筛子上方的物料为玻璃纤维，位于两层筛子之间的物料为树脂颗粒和铵盐类填料颗粒，直径在3.35mm-7.09mm范围内，位于3.35mm下方的物料舍弃；并将分离出来的树脂颗粒和铵盐类填料颗粒、玻璃纤维进行二次破碎，得到树脂粉与铵盐填料粉以及玻璃粉。
铵盐类填料粉质量占再生玻璃钢粉末总质量的15-35％，粒径小于0.075mm的树脂粉末质量占再生玻璃钢粉末的10-25％，粒径小于0.075mm的再生玻璃粉末质量占总质量的35-50％。
B组分可以选择氢氧化钠，也可以为氢氧化钾等强碱性溶液，保证能快速发泡，纯度不得小于96％。
C组分聚丙烯酸钠纯度不得小于99％。
D组分十二烷基磺酸钠纯度不得小于99％。
E组分羟丙基甲基纤维素纯度不得小于99％。
本发明无机胶凝材料发泡剂的发泡剂机理为，再生玻璃钢粉末中所含有大量铵盐在与氢氧化钠反应过程中产生大量气泡，同时氢氧化钠水解放热也会进一步加快整个反应的进行，实现快速发泡的目的。通过再生玻璃钢粉末中铵盐类物质与碱反应产生气泡，使用聚丙烯酸钠对水泥基材料浆体进行增稠增粘，以保证泡沫稳定性，同时控制气泡膜结构表面有序分布，赋予泡沫良好弹性和自修复能力。并通过使用十二烷基磺酸钠对水泥基材料浆体进行增稠增粘，以保证泡沫稳定性。在此基础上使用羟丙基甲基纤维素对水泥基材料浆体进行增稠增粘，同时降低泡沫膜结构表面阴离子基团之间排斥力，从而对泡沫稳定性进行提升。
本发明无机胶凝材料发泡剂的增强机理为：通过再生玻璃钢粉末中的玻璃粉(玻璃粉是破碎过程中产生的，铵盐存在于玻璃钢生产过程中用于固化树脂胶的固化剂中，两种物质互相之间并无反应，可以单独存在)与氢氧化钠加入硅酸盐水泥，氢氧化钠与水泥中的碳酸钙反应产生的氢氧化钙及水泥水化产生的氢氧化钙进行反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,在玻璃粉表层交叉连接，进而提升其抗拉强度。
本发明无机胶凝材料发泡剂的增强减裂机理为：通过再生玻璃钢粉末中的粒径大于0.075mm的树脂粉可以作为填料，与常见的河沙相比，树脂颗粒的机械强度与韧性更佳，在水泥基材料中掺量不超过水泥的10％的情况下均可实现对胶凝材料的增强增韧。
与现有发泡剂相比，本发明无机胶凝材料发泡剂使用方式简便，仅需在无机胶凝材料浆体中按比例投入并搅拌均匀即可。本发明无机胶凝材料发泡剂制备简单。发泡效率高同时稳泡效果好。本发明发泡剂不仅快速发泡的效果还具有对发泡材料的增强与增韧减裂效果。
本发明发泡剂中以再生玻璃钢粉末为主料，主料中加入相对较少的强碱粉末，既能保证发泡效果，又能防止加入过多而导致在与水泥基材料使用时而造成反应过快加速水泥凝结的不足，若加入的强碱太少，则不能产生足够多的气泡，而且水泥的性能产生较大影响。本发明发泡剂为无水物料，更易于保存，
本发明中再生玻璃钢粉末经由对废弃玻璃钢切割、筛选、磨粉三步得到性能优异，适用于作为发泡剂组分的再生玻璃钢粉末。通过再生玻璃钢粉末中铵盐所富含NH4+离子的填料，实现在无机胶凝材料浆体中引入空气的目的，最终完成发泡。通过再生玻璃钢粉末中的玻璃粉与氢氧化钠进行反应，使其具有活性，成为胶凝材料的一部分。其中再生玻璃钢粉末中的树脂颗粒具有比胶凝材料的更佳的韧性，可以实现对胶凝材料的增韧减裂。再生玻璃钢粉末中的极少部分木屑类填料，可作为微填充剂。与现有无机胶凝材料发泡剂相比，本发明发泡剂制备简单。在使用过程中无需预先发泡，发泡工艺简单，易于与无机胶凝材料混合，产生气泡均匀稳定，并对无机胶凝材料有较大的增强增韧效果。实施例中所制成发泡混凝土密度范围在0.634-0.751g/cm3范围内，满足目前应用于工程中的泡沫混凝土密度一般要求——300～1600kg/m3，该发泡剂所制备发泡混凝土密度符合应用条件，由此可以证明该发泡剂具有良好的体积膨胀率。该发泡剂所制备发泡混凝土的气孔连通率在1.2-3.4％范围内，气孔相对封闭，保温性能良好。该发泡剂所制备发泡混凝土导热系数在0.096-0.143W/mK范围内同时抗压强度在3.95-5.69MPa范围内，远超过现在工程中应用的发泡混凝土在该导热系数情况下抗压强度0.5-1MPa，本申请发泡剂能符合工程中发泡混凝土的应用要求，干燥收缩率在1603～1856×10-6范围内，保温隔热性能良好，同时高强抗裂。
具体实施方式：
下面将结合实施例对本发明进行详尽的说明。所呈现内容仅为本发明的部分实施例，并非全部实施例。
实施例1
本实施例提供一种新型发泡剂，其各组分重量份数如下：
A组分：再生玻璃钢粉末90份
B组分：氢氧化钠10份
C组分：聚丙烯酸钠4份
D组分：十二烷基磺酸钠8份
E组分：羟丙基甲基纤维素3份
所述A组分与B组分为发泡组分；
所述C组分、D组分与E组分为稳泡组分。
再生玻璃钢粉末制备过程中，再生玻璃钢切割步骤的切割尺寸为边长80mm立方体。再生玻璃钢粉末制备过程中，生玻璃钢破碎过程使用VI-9000立轴式破碎机，破碎条件为转速950-1050r/min。首先破碎3分钟完成初步破碎。初步破碎完成，玻璃纤维呈现粉末状、纤维状、颗粒状，可通过振动筛机进行筛分，由于树脂颗粒与固化剂颗粒尺寸较为集中，直径均在3.35mm-7.09mm范围内，可以在3.35mm筛网中选出，二者颜色不同；并将分离出来的树脂颗粒和固化剂颗粒的混合物、再生玻璃钢纤维分别进行二次破碎，破碎转速与初步破碎相同，两次破碎时长为25min，得到树脂粉末与铵盐填料粉末以及玻璃粉，粉末粒径不得大于0.075mm。
A组分中铵盐类填料粉质量占再生玻璃钢粉末总质量的15-35％，树脂粉质量占再生玻璃钢粉末的10-25％，玻璃粉质量占再生玻璃钢粉末总质量的35-50％。
B组分氢氧化钠纯度不得小于96％。
C组分聚丙烯酸钠纯度不得小于99％。
D组分十二烷基磺酸钠纯度不得小于99％。
E组分羟丙基甲基纤维素纯度不得小于99％。
实施例2
本实施例提供一种新型发泡剂，其各组分重量份数如下：
A组分：再生玻璃钢粉末85份
B组分：氢氧化钠8份
C组分：聚丙烯酸钠3份
D组分：十二烷基磺酸钠9份
E组分：羟丙基甲基纤维素4份
所述A组分与B组分为发泡组分；
所述C组分、D组分与E组分为稳泡组分。
其组分特性与实施例1相同
实施例3
本发明提供一种新型发泡剂，其各组分重量份数如下：
A组分：再生玻璃钢粉末94份
B组分：氢氧化钠13份
C组分：聚丙烯酸钠4.5份
D组分：十二烷基磺酸钠8.5份
E组分：羟丙基甲基纤维素4.5份
所述A组分与B组分为发泡组分；
所述C组分、D组分与E组分为稳泡组分。
其组分特性与实施例1相同
实施例4
本发明提供一种新型发泡剂，其各组分重量份数如下：
A组分：再生玻璃钢粉末86份
B组分：氢氧化钠7份
C组分：聚丙烯酸钠2.5份
D组分：十二烷基磺酸钠6.5份
E组分：羟丙基甲基纤维素2.5份
所述A组分与B组分为发泡组分；
所述C组分、D组分与E组分为稳泡组分。
其组分特性与实施例1相同
实施例5
本发明提供一种新型发泡剂，其各组分重量份数如下：
A组分：再生玻璃钢粉末88份
B组分：氢氧化钠12.5份
C组分：聚丙烯酸钠3.5份
D组分：十二烷基磺酸钠7.5份
E组分：羟丙基甲基纤维素3.5份
所述A组分与B组分为发泡组分；
所述C组分、D组分与E组分为稳泡组分。
其组分特性与实施例1相同。
该发泡剂使用过程中无需预先发泡，且与产生气泡均匀、稳定，该发泡剂操作简便，无需外加稳泡剂，同时对发泡无机胶凝材料还有增韧减裂以及增强的效果。所制备发泡材料孔隙分布均匀，保温性能优异，气孔独立性好，连通气孔率低。为验证发泡剂的性能，进行以下实验。
制备发泡材料：将上述实施例所制发泡剂与水泥混合制备发泡材料，具体步骤如下：
(1)将50份硅酸盐水泥、7份发泡剂加入立式搅拌机，通过慢速机械搅拌充分混合1分钟。
(2)加入18份水，通过慢速机械搅拌充分混合均匀5分钟以便于泡沫均匀生产。
(3)再调整搅拌速度至快速机械搅拌2分钟，即得发泡材料。
将上述发泡材料置于70*70*70mm模具中成型，之后至于水泥混凝土保准养护室中养护28天。通过排水法测得其密度。并通过YXLONFF35CT试验机测试其孔隙度，并通过计算得到其气孔连通率。
将发泡材料置于300*300*30mm板状模具中成型，之后至于水泥混凝土保准养护室中养护28天。使用导热系数仪测定其导热系数。
将上述发泡材料置于100*100*100mm模具中成型，之后至于水泥混凝土标准养护室中养护28天。测定其抗压强度。
将上述发泡材料置于25*25*280mm模具中成型，之后至于水泥混凝土保准养护室中养护28天。测定其抗干缩性能。
Figure BDA0002905324980000061
由以上数据可知，本发明发泡剂在通过该种机械搅拌方式与水泥基材料进行混合，气泡均匀稳定，发泡材料密度低，同时具有良好的保温性能。
由以上数据可知，本发明发泡剂所制备的保温隔热材料具有良好的力学性能与抵抗干缩能力。
本发明中发泡组分中强碱粉末含量过高，会导致水泥基材料凝结过快，而过快的凝结会导致实际应用中水泥尚未灌注就凝结，无法使用，另一方面过快的凝结影响发泡剂的化学反应进程，导致发泡不充分，不利于工业使用。本发明发泡剂可用于无机胶凝材料中，如适用于除低碱水泥外所有水泥基材料、地聚物、混凝土等。
本发明对部分实施例进行说明，凡在不脱离本发明原理的情况下，对这些实例进行变形与修改，均与本发明为等同物包括在本发明的保护范围内。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种再生粉末基的无机胶凝材料增韧减裂发泡剂，其特征在于，该发泡剂的组成包括：
再生玻璃钢粉末和强碱粉末构成的发泡组分，发泡组分中强碱粉末占再生玻璃钢粉末的重量百分比为0.5-20％；
再生玻璃钢粉末为含铵盐类再生玻璃钢粉碎获得；
所述发泡剂的物质组成为：以重量分数计：
A组分：再生玻璃钢粉末为80-95份，
B组分：氢氧化钠5-15份，
C组分：聚丙烯酸钠1-5份，
D组分：十二烷基磺酸钠5-10份，
E组分：羟丙基甲基纤维素1-5份，
所述A组分与B组分为发泡组分；
所述C组分、D组分与E组分为稳泡组分。
2.根据权利要求1所述的发泡剂，其特征在于，B组分氢氧化钠纯度不得小于96％，C组分聚丙烯酸钠纯度不得小于99％，D组分十二烷基磺酸钠纯度不得小于99％，E组分羟丙基甲基纤维素纯度不得小于99％。
3.根据权利要求1所述的发泡剂，其特征在于，再生玻璃钢粉末筛分过程中，留取制备发泡剂的粉末粒径不得大于0.075mm；再生玻璃钢材料粉碎后能获得树脂粉、玻璃粉、铵盐类填料粉，铵盐类填料粉质量占再生玻璃钢粉末总质量的15-35％，树脂粉质量占再生玻璃钢粉末的10-25％，玻璃粉质量占再生玻璃钢粉末总质量的35-50％。
4.根据权利要求3所述的发泡剂，其特征在于，再生玻璃钢粉末中还含有木屑类填料。
5.根据权利要求1所述的发泡剂，其特征在于，再生玻璃钢粉末的制备过程是：首先将再生玻璃钢使用刀具切割机切割成边长为70-90mm的立方体，再使用VI-9000式立轴式破碎机进行破碎，破碎条件为转速950-1050r/min，首先破碎3分钟完成初步破碎，初步破碎完成，依次过7.09mm和3.35mm的筛子，位于7.09mm筛子上方的物料为玻璃纤维，位于两层筛子之间的物料为树脂颗粒和铵盐类填料颗粒，直径在3.35mm-7.09mm范围内，位于3.35mm下方的物料舍弃；并将分离出来的树脂颗粒和铵盐类填料颗粒、玻璃纤维进行二次破碎，得到树脂粉与铵盐填料粉以及玻璃粉。
6.一种权利要求1-5任一所述的发泡剂的应用，其特征在于，该发泡剂用于发泡混凝土制品、发泡地质聚合物制品中，所述无机胶凝材料为水泥基材料、地聚物，再生玻璃钢粉末中所含树脂粉末在水泥基材料中掺量不超过水泥的10％。
7.一种应用权利要求1-5任一所述的发泡剂制备发泡材料的方法，其特征在于，将发泡剂直接投入无机胶凝材料浆体中，搅拌均匀，发泡剂的加入量为无机胶凝材料干粉质量的10-15％，再加入无机胶凝材料干粉所需水量，搅拌5-10min获得。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法的具体步骤是：将50份硅酸盐水泥、7份发泡剂加入立式搅拌机，通过慢速机械搅拌充分混合1分钟；加入18份水，通过慢速机械搅拌充分混合均匀5分钟以便于泡沫均匀生产；再调整搅拌速度至快速机械搅拌2分钟，即得发泡材料。
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