CN112811880A

CN112811880A - 一种高强度发泡混凝土的制备方法

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Publication number: CN112811880A
Application number: CN202110041361.0A
Authority: CN
Inventors: 廖洪强; 姜林伯; 任国宏; 程芳琴
Original assignee: Shanxi University
Current assignee: Shanxi University
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2021-05-18

Abstract

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种高强度发泡混凝土的制备方法。本发明提供的高强度发泡混凝土的制备方法，包括以下步骤：将钢渣、粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、水和铝粉混合，得到发泡浆料；将所述发泡浆料进行加压发泡，得到初级发泡混凝土；将所述初级发泡混凝土依次进行蒸压养护和碳化养护，得到所述高强度发泡混凝土。本发明以工业固体废弃物为原料，在加压发泡、蒸压养护和碳化养护相结合的工艺条件下制备得到具有较高强度的发泡混凝土。所述加压发泡能够使浆料均匀稳定的发泡，利于形成独立球型封闭孔，使得泡孔均匀分布；碳化养护中生成的碳酸钙颗粒填充在混凝土的孔道中，提高了高强度发泡混凝土的抗压强度。

Description

一种高强度发泡混凝土的制备方法

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种高强度发泡混凝土的制备方法。

背景技术

发泡混凝土又称为加气块或轻质混凝土，是一种利废、环保、节能、价格低廉且具有不燃性的新型建筑材料，在建筑保温、软土路基加固等方面具有重要的应用前景。国内外学者对发泡混凝土的制备作了大量研究开发，研究成果已广泛应用于建筑墙体和建筑保温材料中。

公开号为CN105218047A的中国发明专利公开了一种高强度泡沫混凝土砌块的制备方法，该方法提出利用钢渣和高炉渣粉代替部分水泥作为泡沫混凝土的钙质材料，结合铝粉化学发气制备发泡混凝土。公开号为CN104326703A的中国发明专利公开了一种多种工业固废复配制备发泡混凝土砌块的方法，该方法以水泥，高炉水渣粉、粉煤灰、磷石膏粉为主要原料，按照一定配合比例进行混合，再加入适量的温水和纤维进行搅拌制浆，最后加入一定量的发泡剂进行发泡，然后迅速将发泡浆体浇筑到模具内，静置待其发泡完毕成型、高温养护形成发泡混凝土砌块。现有的发泡混凝土配方中大多采用无机胶凝料水泥为粘结料，配加部分工业固体废弃物以制备发泡混凝土，但是为了更好的实现固废资料的再利用，同时降低发泡混凝土的成本，需要提高发泡混凝土中固体废弃物的用量。

公开号为CN106986663A的发明专利公开了一种发泡混凝土砌块的制备方法，该工艺利用多种工业固体废弃物的超微粉进行复合配方，在模具内浆料上表面依次加密封透气层和荷重物来制备发泡混凝土，其抗压强度最高达到8MPa。公开号为CN106145878A的发明专利公开了一种CO₂矿化钢渣制备轻质建材及其制备的方法，该方法以钢渣、膨胀珍珠岩、CO₂气体、水为主要原料，制备轻质混凝土建材，其抗压强度仅为0.98MPa。现有的以固废为主要原料制备得到的发泡混凝土的强度大多不超过10MPa，阻碍了发泡混凝土的应用领域。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高强度发泡混凝土的制备方法，按照本发明的制备方法制备得到的混凝土具有较高的抗压强度。

本发明提供了一种高强度发泡混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将钢渣、粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、水和铝粉混合，得到发泡浆料；

将所述发泡浆料进行加压发泡，得到初级发泡混凝土；

将所述初级发泡混凝土依次进行蒸压养护和碳化养护，得到所述高强度发泡混凝土。

优选的，所述加压发泡的压力为500～2000Pa，时间为20～30min。

优选的，所述蒸压养护的温度为180～200℃，压力为1～1.5MPa，时间为4～8h。

优选的，所述碳化养护在碳化养护气氛中进行，所述碳化养护气氛包括二氧化碳；

所述二氧化碳在所述碳化养护气氛中的体积浓度为15～20％，所述碳化养护气氛的湿度为80～90％。

优选的，所述碳化养护的温度为18～22℃，时间为3～15h。

优选的，所述钢渣、粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的平均粒径独立的为10～30μm；

所述钢渣、粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和铝粉的质量比为45～55:20～30:15～20:5～10:0.1～0.5。

优选的，所述钢渣、粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和铝粉的总质量和水的质量比为45～55:45～55。

优选的，所述钢渣中包括氧化钙、氧化铁、氧化硅和氧化铝中的一种或多种。

优选的，所述粉煤灰包括活性氧化硅和活性氧化铝，所述活性氧化硅和活性氧化铝的总质量在粉煤灰中的质量百分含量为70～90％。

优选的，所述电石渣包括碱性物质，所述碱性物质包括氢氧化钙；所述碱性物质在电石渣中的质量百分含量为75～95％。

本发明提供了一种高强度发泡混凝土的制备方法，包括以下步骤：将钢渣、粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、水和铝粉混合，得到发泡浆料；将所述发泡浆料进行加压发泡，得到初级发泡混凝土；将所述初级发泡混凝土依次进行蒸压养护和碳化养护，得到所述高强度发泡混凝土。本发明所述加压发泡能够使浆料均匀稳定的发泡，利于形成独立球型封闭孔，使得泡孔均匀分布，利于发泡混凝土的密实度和强度；所述蒸压养护能够使发泡混凝土内部的火山灰反应进行得更加充分和完全，快速提高发泡混凝土的强度；所述碳化养护中二氧化碳与发泡混凝土电石渣中的碱性物质发生反应生成碳酸钙，碳酸钙颗粒填充在混凝土的孔道中，进一步增加了发泡混凝土的抗压强度，最终得到了高强度发泡混凝土。本发明以工业固体废弃物为原料，在加压发泡、蒸压养护和碳化养护的共同作用下制备得到具有较高强度的发泡混凝土。

具体实施方式

将所述发泡浆料进行加压发泡，得到初级发泡混凝土；

在本发明中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。

本发明将钢渣、粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、水和铝粉混合，得到发泡浆料。在本发明中，所述混合优选包括以下步骤：

将钢渣、粉煤灰、电石渣和脱硫石膏进行第一混合，得到固废混料；

将所述固废混料和部分水进行第二混合，得到初级浆料；

将所述初级浆料、铝粉和剩余水进行第三混合，得到发泡浆料。

本发明将钢渣、粉煤灰、电石渣和脱硫石膏进行第一混合，得到固废混料。在本发明中，所述钢渣优选为转炉炼钢产生的钢渣，所述转炉炼钢产生的钢渣优选为经过选铁加工后剩余的尾渣。在本发明中，所述钢渣中优选包括氧化钙、氧化铁、氧化硅和氧化铝中的一种或多种。在本发明中，当所述钢渣包括氧化钙、氧化铁、氧化硅和氧化铝时，所述氧化钙在钢渣中的质量百分含量优选为35～55％，更优选为46～50％；所述氧化铁在钢渣中的质量百分含量优选为10～25％，更优选为14～20％；所述氧化硅在钢渣中的质量百分含量优选为12～18％，更优选为13～15％；所述氧化铝在钢渣中的质量百分含量优选为3～8％，更优选为4～5％。在本发明中，所述钢渣的平均粒径优选为10～30μm，更优选为15～25μm。在本发明中，所述钢渣中的金属氧化物具有自胶凝性，所述钢渣能够代替部分水泥作为胶凝料。

在本发明中，所述粉煤灰优选包括活性氧化硅和活性氧化铝，所述活性氧化硅和活性氧化铝的总质量在粉煤灰中的质量百分含量优选为70～90％，更优选为75～85％，更进一步优选为81％。本发明对所述活性氧化硅和活性氧化铝的质量配比无特殊限定，采用任意配比即可。在本发明中，所述粉煤灰的平均粒径优选为10～30μm，更优选为15～25μm；所述粉煤灰的含水率优选小于3％，更优选为0～1％。在本发明中，所述粉煤灰主要提供活性氧化硅和活性氧化铝，所述活性氧化硅和活性氧化铝优选与电石渣中的碱性物质进行火山灰反应生成胶凝物质。

在本发明中，所述电石渣优选包括碱性物质，所述碱性物质优选包括氢氧化钙；所述碱性物质在电石渣中的质量百分含量优选为75～95％，更优选为80～90％。在本发明中，所述电石渣的平均粒径优选为10～30μm，更优选为15～25μm；所述电石渣的含水率优选小于3％，更优选为0～1％。在本发明中，所述电石渣中碱性物质优选与粉煤灰中的活性氧化硅和活性氧化铝发生火山灰反应生成硅酸钙的水合物和铝酸钙的水合物，代替水泥作为胶凝料。

在本发明中，所述脱硫石膏的平均粒径优选为10～30μm，更优选为15～25μm；所述脱硫石膏的含水率优选小于3％，更优选为0～1％。在本发明中，所述脱硫石膏主要提供硫酸根离子和钙离子，主要起激发剂的作用，促进钙矾石晶须的形成，利于增加高强度发泡混凝土的强度。

本发明限定粉煤灰和电石渣的平均粒径在上述范围内利于粉煤灰和电石渣的接触促进了火山灰反应的进行。

在本发明中，所述钢渣、粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的质量比优选为45～55:20～30:15～20:5～10，更优选为47～53:22～28:17～18:7～8。

本发明对所述第一混合无特殊限定，只要混合均匀即可。在本发明的实施例中所述第一混合在混合机中以搅拌的形式进行混合。

得到固废混料后，本发明将所述固废混料和部分水进行第二混合，得到初级浆料。在本发明中，所述初级浆料的固含量优选为47～57.8％，更优选为50～55％。在本发明中，所述第二混合的温度优选为45～50℃，更优选为47～48℃。本发明对升温至第二混合温度的方式无特殊要求，在本发明的实施例中为将固废混料置于水浴中保持混合温度。在本发明中，所述第二混合优选在搅拌的条件下进行，在本发明中，所述搅拌的转速优选为300～1600r/min，更优选为1000r/min；时间优选为1～5min，更优选为3min。

得到初级浆料后，本发明将所述初级浆料、铝粉和剩余水进行第三混合，得到发泡浆料。在本发明中，所述第三混合优选先将铝粉与剩余水混合得到铝分散液后，再与所述初级浆料混合。所述铝粉和剩余水的质量比优选为0.1～0.5:1～5，更优选为0.2～0.3:2～3。在本发明中，所述铝粉与剩余水的混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌无特殊限定，只要能够混合均匀即可。在本发明中，所述铝粉和钢渣的质量比优选为0.1～0.5:45～55，更优选为0.2～0.3:48～52。在本发明中，将铝分散液与所述初级浆料的混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速优选为300～1600r/min，更优选为1000r/min；时间优选为1～5min，更优选为3min。

得到发泡浆料后，本发明将所述发泡浆料进行加压发泡，得到初级发泡混凝土。在本发明中，进行所述加压发泡之前优选将发泡浆料注入模具中。本发明对所述模具无特殊限定，根据需要选择即可。在本发明的实施例中所述模具为100mm×100mm×100mm的钢制模具。

在本发明中，所述加压发泡的压力优选为500～2000Pa，更优选为1000～1500Pa；时间优选为20～30min，更优选为25～30min；温度优选为40～70℃，更优选为50℃。在本发明中，所述加压发泡优选为利用发泡浆体发泡产生的膨胀力与发泡体表面(模具框)的承压板之间形成的反作用力，实现发泡体自加压发泡；本发明采用的加压发泡不需要额外的动力，降低了高强度发泡混凝土的能耗。在本发明中，所述加压发泡后优选依次进行静置和脱模，所述静置的时间优选为30～60min，更优选为45～50min。现有常规的制备发泡混凝土的过程中，在发泡后需要养护的时间优选为1.8～2.2h，本发明经过加压发泡缩短了静置(养护)的时间，提高了高强度发泡混凝土的生产效率。

在本发明中，所述加压发泡能够排出发泡浆料中多余的水分，达到增强浆体密实度的作用；另一方面，本发明通过加压发泡，能够保证发泡过程更加均匀稳定，利于形成独立的球型封闭泡孔，使得泡孔分布更加均匀，利于提高高强度发泡混凝土的抗压强度。

得到初级发泡混凝土后，本发明将所述初级发泡混凝土依次进行蒸压养护和碳化养护，得到所述高强度发泡混凝土。在本发明中，所述蒸压养护的温度优选为180～200℃，更优选为200℃；压力为1～1.5MPa，更优选为1.5MPa；时间优选为4～8h，更优选为6h。

本发明在进行碳化养护之前优选将蒸压养护后的产物在氢氧化钙饱和溶液中浸泡。在本发明中，所述氢氧化钙饱和溶液优选将电石渣和水混合后取上清液得到。在本发明中，所述浸泡能够增加蒸压养护后产物表面和孔道中氢氧化钙的附着量，有利于碳化养护中氢氧化钙与二氧化碳进行反应，得到更多的碳酸钙，从而提高高强度发泡混凝土的抗压强度。本发明对所述氢氧化钙溶液的体积无特殊要求只要能够淹没蒸压养护后产物即可。在本发明中，所述浸泡的时间优选为6～24h，更优选为12h。

在本发明中，所述碳化养护优选在碳化养护气氛中进行，所述碳化氧护气氛优选为工业烟气，所述工业烟气中二氧化碳的体积浓度优选为15～20％，更优选为20％；所述碳化养护气氛的湿度优选为80～90％，更优选为90％。在本发明中，所述碳化养护的温度优选为18～22℃，更优选为20℃；时间优选为3～15h，更优选为6h。在本发明中，所述工业烟气的预热能够保证碳化养护的温度。本发明利用工业烟气为碳化氧化的气氛减少了烟气的排放，增加了环保性，同时利用烟气的预热保证碳化养护的温度，降低了高强度发泡混凝土的生产能耗。在本发明中，所述碳化养护过程中二氧化碳与蒸压养护后产物中的氢氧化钙反应生成碳酸钙颗粒填充在发泡混凝土的孔道中；所述碳化养护将气态二氧化碳转化为固体碳酸钙，在提高高强度发泡混凝土抗压强度的同时减少高强度发泡混凝土中氢氧化钙与空气中二氧化碳发生反应生成碳酸钙体积膨胀，造成混凝土制品开裂粉化，影响混凝土制品使用的耐久性问题。

在本发明，所述碳化养护后，优选将碳化养护后产物进行干燥，所述干燥的温度优选为100～120℃，更优选为105℃；时间优选为6～36h，更优选为24h。

本发明提供的制备方法以工业固体废弃物为主要原料，实现了固废资源的再利用，降低了高强度发泡混凝土的成本，且制备方法操作简单，设备能耗低，易于实现工业化生产。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高强度发泡混凝土，所述高强度发泡混凝土的绝干密度为843～878kg/m³，优选为851～871kg/m³；抗压强度为10.7～12.1MPa，优选为11.2～11.7MPa。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将300g钢渣(氧化钙含量为46％，氧化硅含量为13％，氧化铝含量为3％，氧化铁含量为14％，平均粒径为20μm)，150g粉煤灰(活性氧化硅含量为45％，活性氧化铝含量为36％，平均粒径为20μm，含水率为0％)、120g电石渣(氢氧化钙含量为84％，平均粒径为20μm，含水率为0％)和30g脱硫石膏(平均粒径为20μm，含水率为0％)在混合机中搅拌均匀，得到固废混料；

将600g所述固废混料置于45℃的水浴中与500g 50℃的水混合在1000r/min的转速下搅拌3min，得到初级浆料；

将0.6g铝粉在6mL水中以200r/min的转速搅拌3min得到铝分散液；

将所述初级浆料和铝分散液在1000r/min的转速下搅拌搅拌3min后，倒入温度为50℃尺寸为100mm×100mm×100mm的钢制模具中，模具框顶部承压板上承受的发泡浆体最大膨胀压力为1000Pa的压力下发泡20min后脱模，得到初级发泡混凝土；

将所述初级发泡混凝土在200℃、1.5MPa的条件下蒸压养护6h，将蒸压养护后产物浸泡在氢氧化钙饱和溶液(将电石渣和水混合后取上清液)中12h；将浸泡后的产物进行碳化养护，碳化养护的条件：温度为20℃，养护气氛中二氧化碳的体积浓度为15％，养护气氛的湿度为90％，时间为3h；

将碳化养护后的产物在105℃下干燥24h，得到高强度发泡混凝土。

实施例2

按照实施例1的方法制备高强度发泡混凝土，不同之处在于，碳化养护的时间为6h。

实施例3

按照实施例1的方法制备高强度发泡混凝土，不同之处在于，碳化养护的时间为9h。

实施例4

按照实施例1的方法制备高强度发泡混凝土，不同之处在于，碳化养护的时间为12h。

实施例5

按照实施例1的方法制备高强度发泡混凝土，不同之处在于，碳化养护的时间为4h。

实施例6

按照实施例5的方法制备高强度发泡混凝土，不同之处在于，加压发泡的压力为1500Pa。

测试例

按照建材行业标准JC/T1062-2007《泡沫混凝土砌块》检测实施例1～6制备得到的高强度发泡混凝土的绝干密度和抗压强度，其结果列于表1中。

表1实施例1～6制备得到的高强度发泡混凝土的绝干密度和抗压强度

实施例	绝干密度(kg/m<sup>3</sup>)	抗压强度(MPa)
			实施例1	845	10.8
实施例2	851	12.1
			实施例3	869	11.6
实施例4	843	10.7
			实施例5	871	11.7
实施例6	878	11.2

由表1的结果可知，按照本发明提供的制备方法制备得到的高强度发泡混凝土具有较低的绝干密度和较高的抗压强度，其中绝干密度为843～878kg/m³，抗压强度为10.7～12.1MPa。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims

1.一种高强度发泡混凝土的制备方法，包括以下步骤：

将所述发泡浆料进行加压发泡，得到初级发泡混凝土；

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述加压发泡的压力为500～2000Pa，时间为20～30min。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述蒸压养护的温度为180～200℃，压力为1～1.5MPa，时间为4～8h。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述碳化养护在碳化养护气氛中进行，所述碳化养护气氛包括二氧化碳；

5.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，所述碳化养护的温度为18～22℃，时间为3～15h。

6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述钢渣、粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的平均粒径独立的为10～30μm；

7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述钢渣、粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和铝粉的总质量和水的质量比为45～55:45～55。

8.根据权利要求1、6或7所述制备方法，其特征在于，所述钢渣中包括氧化钙、氧化铁、氧化硅和氧化铝中的一种或多种。

9.根据权利要求1或6所述制备方法，其特征在于，所述粉煤灰包括活性氧化硅和活性氧化铝，所述活性氧化硅和活性氧化铝的总质量在粉煤灰中的质量百分含量为70～90％。

10.根据权利要求1或6所述制备方法，其特征在于，所述电石渣包括碱性物质，所述碱性物质包括氢氧化钙；所述碱性物质在电石渣中的质量百分含量为75～95％。