CN113336492A - 一种耐久型泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种耐久型泡沫混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐久型泡沫混凝土及其制备方法，混凝土包括如下原料：水泥、粉煤灰、松香型发泡剂、表面活性剂、改性碱木质素、水、减水剂、早强剂，所述改性碱木质素由含氟酰氯在碱催化的条件下改性碱木质素而得。本发明以碱木质素、含氟酰氯为原料，通过成酯反应制备出既有三维网状结构又含有疏水侧链的改性碱木质素大分子，一方面利用三维网状结构上含有的大量酚羟基、醚键等与起泡液膜形成氢键，提高液膜粘度和抗压强度，锁住液膜中水分，降低液体流动性，防止气泡壁膜变薄破裂，另一方面疏水侧链不仅能防止气泡间发生交汇形成连通孔而降低抗压强度，还能吸附于泡沫混凝土孔表面，形成包覆膜，使水难以向孔隙中渗透，从而降低吸水率。

Description

一种耐久型泡沫混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于泡沫混凝土技术领域，具体涉及一种耐久型泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
泡沫混凝土是指以胶凝材料为基础，采用物理或化学的发泡工艺，制成一种含有大量微小均匀独立气孔的多孔材料，具有质量轻，节能环保，保温隔热性能好的优点。现实生产过程中，泡沫混凝土可以大量利用粉煤灰等工业废渣，不仅节约水泥，降低了成本，还大大减少粉煤灰占地和环境压力，因此粉煤灰泡沫混凝土受到越来越多的关注。作为一种建筑材料，强度仍然是泡沫混凝土的主要性能之一，然而随着泡沫轻质化，必定会导致强度的降低，轻质-高强度之间的矛盾难以协调，粉煤灰虽在一定掺加量范围内对强度有所提高作用，但提升效果有限，并且泡沫粉煤灰固有的缺点，即耐久性差、吸水率较大并没有因粉煤灰的掺加得到改善甚至变得更差，如专利CN201610523970.9公开了一种泡沫混凝土及其制备方法，该泡沫混凝土由水泥、粉煤灰、水、减水剂、稳定剂、发泡剂和速凝剂制成，各组分按重量份数计为：水泥2100-3600份，粉煤灰700-1200份，水1000-2000份，减水剂14-24份，稳定剂5-10份，发泡剂9-28份，速凝剂80-150份。本发明在制备过程中合理优化各组方配比，所制得泡沫混凝土抗压强度高；专利CN202011302454.6公开了一种固废粉煤灰高强泡沫混凝土及其制备方法，所涉及的固废粉煤灰高强泡沫混凝土，按重量份，由下述组分制得：普通硅酸盐水泥(42.5)450-500份，粉煤灰200-250份，掺合料550-850份，水280-320份，聚丙烯纤维1.5-2份，聚羧酸高效减水剂5-8份，发泡剂10-15份，稳泡剂0.3-0.5份，催化剂0-0.3份，本发明利用工业废料粉煤灰制备的泡沫混凝土，密度低，抗压强度高，导热系数优良，具有绿色环保、高强抗裂、保温隔热等优点。可以看出上述现有技术中利用固废粉煤灰制备的泡沫混凝土的力学强度均不同程度的有所提高，但他们的吸水率也高，耐久性依然令人不满意甚至发生了下降。因此，有必要开发一种利用粉煤灰提高泡沫混凝土抗压强度的同时，又能降低了吸水率，提高耐久性的粉煤灰泡沫混凝土。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种耐久型泡沫混凝土及其制备方法，该泡沫混凝土以碱木质素、含氟酰氯为原料，通过酚羟基和酰氯之间的成酯反应制备出具既有三维网状结构又含有疏水侧链的改性碱木质素大分子，一方面利用三维网状结构上含有的大量酚羟基、醚键等与起泡液膜形成氢键，提高液膜粘度和抗压强度，锁住液膜中水分，降低液体流动性，防止气泡壁膜变薄破裂，另一方面疏水侧链不仅能防止起泡间发生交汇形成连通孔而降低抗压强度，还能吸附于泡沫混凝土孔表面，形成包覆膜，使水难以向孔隙中渗透，从而降低吸水率。
为实现上述技术目的，本发明采取的具体的技术方案如下：
一种耐久型泡沫混凝土，其特征在于，所述混凝土包括如下原料：水泥、粉煤灰、松香型发泡剂、表面活性剂、改性碱木质素、水、减水剂、早强剂，所述改性碱木质素由含氟酰氯在碱催化的条件下和碱木质素反应而得。
碱木质素是用碱从植物组织中抽提出来的木质素，受碱的作用，发生一定的碱性水解，分子量较木质素分子小，在1000-2000之间，具有一定的溶解度。
一种耐久型泡沫混凝土，其特征在于，所述混凝土包括如下重量份的原料：5000-7000份水泥、3000-5000份粉煤灰、0.3-0.8份松香型发泡剂、0.1-0.3份表面活性剂、10-20份改性碱木质素、300-500份减水剂、300-500份早强剂，其中水灰比0.35-0.45。另外，水的用量可以为1000-4000份，前提是保证水灰比为0.35-0.45。
所述含氟酰氯的含氟碳链长C6-C12，包括但不限于十三氟庚酰氯、7H-十二氟庚酰氯、十七氟壬酰氯、全氟辛酰氯、2H,2H,3H,3H-全氟十一酰氯中的至少一种。改性碱木质素与起泡液膜作用，三维网状结构上含有的大量酚羟基、醚键等与起泡液膜形成氢键，提高液膜粘度和抗压强度，锁住液膜中水分，降低液体流动性，防止气泡壁膜变薄破裂，疏水含氟碳链不仅能防止起泡间发生交汇形成连通孔而降低抗压强度，还能吸附于泡沫混凝土孔表面，形成包覆膜，使水难以向孔隙中渗透，从而降低吸水率，含氟碳链过长的碱木质素难以生成，含氟碳链过短则被木质素大分子结构掩埋，不能有效发挥疏水作用。
所述含氟酰氯为碱木质素重量的4-6倍。
具体的，所述改性碱木质素的制备方法，包括如下步骤：
将碱木质素加至溶有碱的有机溶剂中，保持混合物体系恒温，加入含氟酰氯，保持恒温反应，反应结束后抽滤，依次用饱和碳酸氢钠溶液、水洗涤，最后烘干备用。
所述碱没有特别的限制，本领域常用即可包括但不限于吡啶、三乙胺、碳酸钾、氢氧化钠中的至少一种；所述有机溶剂选自二氧六环、丙酮、甲基吡啶中的至少一种；所述恒温为10-25℃，所述反应时间为12-36h。
所述表面活性剂包括十二胺、脂肪酸甲醇酰胺、N-酰基缩氨酸钠中的至少一种。
所述水泥为P42.5、P52.5水泥中的至少一种。
所述粉煤灰为Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰中的至少一种。
松香型发泡剂是一种传统发泡剂，优点是价格低廉，方便易得。
所述减水剂选自萘磺酸系或聚羧酸系高效减水剂的至少一种。
所述早强剂选自三乙醇胺、甲酸钙、尿素中的至少一种。
本发明还提供了上述泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1将水泥、粉煤灰混合均匀，按照水灰比称量水，其中的一半用于溶解早强剂，一半用于溶解减水剂，将分散好的早强剂、减水剂溶液和水泥、粉煤灰的混合物混合后快速搅拌成浆体；
S2将发泡剂、稳泡剂超声分散于水中，再将该混合液加入空压机中进行压缩空气发泡；
S3将步骤S2所得泡沫加至步骤S1所得浆体中，快速搅拌均匀；
S4将步骤S3所得混合物浇注到模具中，振动后刮平表面，并用保鲜膜包裹，于养护箱中养护，脱模后养护。
步骤S2所述水的用量为发泡剂重量的20-50倍；
步骤S4所述养护箱中养护时间为1-3d，所述养护箱条件为20-25℃、湿度≥95%RH；所述脱模后养护时间为28-36d。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以碱木质素、含氟酰氯为原料，通过碱木质素的酚羟基和酰氯之间的成酯反应制备出具既有三维网状结构又含有疏水侧链的改性碱木质素大分子，一方面利用三维网状结构上含有的大量酚羟基、醚键等与起泡液膜形成氢键，提高液膜粘度和抗压强度，锁住液膜中水分，降低液体流动性，防止气泡壁膜变薄破裂，另一方面疏水侧链不仅能防止起泡间发生交汇形成连通孔而降低抗压强度，还能吸附于泡沫混凝土孔表面，形成包覆膜，使水难以向孔隙中渗透，从而降低吸水率。
本发明所使用的改性碱木质素不影响水泥的正常水化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于说明书上的内容。若无特 殊说明，本发明实施例中所述“份”均为重量份。所用试剂均为本领域可商购的试剂。
S01聚羧酸减水剂购自上海三瑞高分子材料有限公司；
650松香皂发泡剂购自济南浚海化工有限公司；
碱木质素购自山西生物质新材料产业研究院有限公司。
改性碱木质素的制备
制备例1
将10份碱木质素加至溶有4.3份三乙胺的50份二氧六环中，保持混合物体系恒温，加入40份全氟辛酰氯，保持15℃恒温反应24h，反应结束后抽滤，依次用饱和碳酸氢钠溶液、水洗涤各洗涤2次，最后烘干备用。
制备例2
其余与制备例1相同，不同之处在于，全氟辛酰氯的用量为60份。
制备例3
其余与制备例1相同，不同之处在于，全氟辛酰氯替换为等重量的7H-十二氟庚酰氯，三乙胺的用量为40份。
制备例4
其余与制备例1相同，不同之处在于，全氟辛酰氯的用量为25份。
制备例5
其余与制备例1相同，不同之处在于，全氟辛酰氯的用量为70份。
制备例6
其余与制备例1相同，不同之处在于，全氟辛酰氯替换为等量的九氟戊酰氯。
泡沫混凝土的制备
实施例1
S1将5000份水泥、5000份粉煤灰混合均匀，按照水灰比0.4称量水，其中的一半用于溶解500份三乙醇胺，一半用于溶解500份S01聚羧酸减水剂，分别将分散好的三乙醇胺、S01聚羧酸减水剂溶液及水泥、粉煤灰的混合物混合后快速搅拌成浆体；
S2将0.8份松香皂发泡剂，10份制备例1制备的改性碱木质素、0.3份脂肪酸甲醇酰胺超声分散于40份水中，再将该混合液加入空压机中进行压缩空气发泡；
S3将步骤S2所得泡沫加至步骤S1所得浆体中，快速搅拌均匀；
S4将步骤S3所得混合物浇注到模具中，振动后刮平表面，并用保鲜膜包裹，于20-25℃、湿度96%RH的养护箱中养护1d，脱模后养护28d。
实施例2
其他与实施例1相同，不同之处在于，步骤S2中制备例1制备的改性碱木质素的用量为20份。
实施例3
其他与实施例1相同，不同之处在于，步骤S2制备例1制备的改性碱木质素的用量为30份。
实施例4
其他与实施例1相同，不同之处在于，步骤S2中制备例1制备的改性碱木质素的用量为7份。
实施例5-9
其他与实施例1相同，不同之处在于，步骤S2中所使用的改性碱木质素分别为制备例2-6所制备。
对比实施例1
其他与实施例1相同，不同之处在于，所用碱木质素未经含氟酰氯改性。
将上述实施例制备的泡沫混凝土进行以下性能测试：
吸水率：参照标准GB/T5486.3-2008《无机硬质绝热材料制品试验方法》进行测试；
抗压强度：JG/T266-2011《泡沫混凝土》进行测试；
耐久性：参照标准GB/T11969-2008《蒸压加气混凝体性能试验方法》进行测试。
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由上表可以看出，本发明制备的泡沫混凝土具有良好的抗压强度、较低的吸水率及良好的耐久性，而且经过15次冻融循环后抗压强度保持率高。还可以看出，本发明所使用的改性碱木质素不影响水泥的正常水化，并且具有耐久性。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种耐久型泡沫混凝土，其特征在于，所述混凝土包括如下原料：水泥、粉煤灰、松香型发泡剂、表面活性剂、改性碱木质素、水、减水剂、早强剂，所述改性碱木质素由含氟酰氯在碱催化的条件下和碱木质素反应而得。
2.如权利要求1所述耐久型泡沫混凝土，其特征在于，所述混凝土包括如下重量份的原料：5000-7000份水泥、3000-5000份粉煤灰、0.3-0.8份松香型发泡剂、0.1-0.3份表面活性剂、10-20份改性碱木质素、300-500份减水剂、300-500份早强剂，其中水灰比0.35-0.45。
3.如权利要求1所述耐久型泡沫混凝土，其特征在于，所述含氟酰氯的含氟碳链长C6-C12，包括十三氟庚酰氯、7H-十二氟庚酰氯、十七氟壬酰氯、全氟辛酰氯、2H,2H,3H,3H-全氟十一酰氯中的至少一种。
4.如权利要求1所述耐久型泡沫混凝土，其特征在于，所述含氟酰氯为碱木质素重量的4-6倍。
5.如权利要求1所述耐久型泡沫混凝土，其特征在于，所述改性碱木质素通过包括以下步骤的制备方法得到：
将碱木质素加至溶有碱的有机溶剂中，保持混合物体系恒温，加入含氟酰氯，保持恒温反应，反应结束后抽滤，依次用饱和酸式碳酸盐溶液、水洗涤，烘干备用。
6.如权利要求5所述耐久型泡沫混凝土，其特征在于，所述碱包括但不限于吡啶、三乙胺、碳酸钾、氢氧化钠中的至少一种；所述有机溶剂选自二氧六环、丙酮、甲基吡啶中的至少一种；所述恒温为10-25℃，所述反应时间为12-36h。
7.如权利要求1所述耐久型泡沫混凝土，其特征在于，所述表面活性剂包括十二胺、脂肪酸甲醇酰胺、N-酰基缩氨酸钠中的至少一种。
8.如权利要求1所述耐久型泡沫混凝土，其特征在于，所述水泥为P42.5、P52.5水泥中的至少一种；所述粉煤灰为Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰中的至少一种。
9.如权利要求1-8任一项所述耐久型泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1将水泥、粉煤灰混合均匀，按照水灰比称量水，其中的一半用于溶解早强剂，一半用于溶解减水剂，将分散好的早强剂、减水剂溶液、水泥与粉煤灰的混合物混合后快速搅拌成浆体；
S2将发泡剂、稳泡剂超声分散于水中，再将该混合液加入空压机中进行压缩空气发泡；
S3将步骤S2所得泡沫加至步骤S1所得浆体中，快速搅拌均匀；
S4将步骤S3所得混合物浇注到模具中，振动后刮平表面，并用保鲜膜包裹，于养护箱中养护，脱模后养护。
10.如权利要求9所述耐久型泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，步骤S2所述水的用量为发泡剂重量的20-50倍；步骤S4所述养护箱中养护时间为1-3d，所述养护箱条件为20-25℃、湿度≥95%RH；所述脱模后养护时间为28-36d。
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