CN113548832B

CN113548832B - 一种无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂及其制备方法

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Publication number: CN113548832B
Application number: CN202110986103.XA
Authority: CN
Inventors: 赵连地; 陈仁山; 孙华东; 林辉; 尹艳伟
Original assignee: Shandong Jiaotong University
Current assignee: Shandong Jiaotong University
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2041-08-26
Also published as: CN113548832A

Abstract

本发明公开一种无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂及其制备方法，属于混凝土添加剂技术领域。无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂按质量百分数由结晶硫酸铝30％‑55％、硫酸镁5％‑10％、三乙醇胺2％‑7％、磷酸1％‑5％、氟硅酸镁1％‑5％、水25％‑35％、羟丙基甲基纤维素0.01％‑0.5％、羧甲基淀粉醚0.01％‑0.5％以及VAE乳液1％‑5％组成。所述无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂，pH值在6.5左右，属于中性液体添加剂，不仅能够平衡料浆的凝结硬化速率与泡沫混凝土的破泡速率，满足浆体稳定性、气孔孔径的大小与均匀性，其力学性能及抗冻性能满足使用要求，还无扬尘，对施工人员无伤害。

Description

一种无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土添加剂技术领域，具体涉及一种无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂及其制备方法。

背景技术

泡沫混凝土是用物理方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到由水泥、掺合料、砂或轻质集料、外加剂和水制成的浆料中，经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的具有封闭孔结构的轻质多孔混凝土。采用现浇轻质泡沫混凝土建造的墙体完全满足人民对建筑物舒适性、安全性、环保需求，该材料系A级自保温防火材料、建筑节能可达75％；因其具有节能、节地、节水、节材、环保“四节一环保”特征，是节能减排最有效的方式之一。同时可实现现代化施工。同时有效解决建筑物围护结构保温材料及做法与建筑主体不同寿命的难题，因此，在绿色建筑方面将大有可为，并可引领新型墙体发展。目前，采用一体化的系统模板现场浇筑的墙体用于建筑物的外围护墙和内部隔墙，可大大提高墙体的整体性能，减少墙体抹灰工作量，降低劳动强度，节约材料，同时可以计为装配率。它是一种新型道路、墙体、屋面节能保温材料，具有轻质高强、保温隔热、吸声隔声、防火抗震等优异性能而且生产投资少、可大量利用工业废渣，它的应用对建筑节能及环保都有重要意义。

随着人们对环境的重视，居住舒适度要求的提高，绿色建筑成为建筑的主流。环保、节能、安全、低碳、可持续发展的新型墙体材料成为首选。在众多材料中，泡沫混凝土现浇墙体成为性价比最高的材料。泡沫混凝土各种特殊优良的性能体现主要是因为在混凝土中引进了发泡剂发泡带来一定孔径分布的气孔，而且是封闭均匀的。要达到这种良好的预期效果，必须做到浆体稳定、气孔孔径的大小合适与均匀性，而做到这些，必须解决好料浆的凝结硬化速率与泡沫混凝土的破泡速率一致，也就是含泡性能要好。

速凝剂在我国基础设施建设混凝土工程中有着大量的应用，如高铁、高速公路、水利、油井、地铁、地下通道等隧道、矿井修建工程中。现有的速凝剂多数为有碱速凝剂，该种速凝剂有着良好的稳定性、掺量不高、适应性良好等诸多优点，但因其含碱量高，对人体腐蚀性极大，且对混凝土工程存在收缩大，前期水化快导致后期强度损失较大，有的有碱速凝剂28d抗压强度低于空白的达30％左右，同时导致抗渗等耐久性能下降。因此，开发一种无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂是大势所趋。

发明内容

为平衡料浆的凝结硬化速率与泡沫混凝土的破泡速率，满足浆体稳定性、气孔孔径的大小合适与均匀性，并能使其力学性能及抗冻性能满足使用要求，本发明提供了一种无碱液体泡沫混凝土专用调凝固化剂。

本发明的技术方案如下：

一种无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂，按质量百分数由以下成分组成：结晶硫酸铝30％-55％、硫酸镁5％-10％、三乙醇胺2％-7％、磷酸1％-5％、氟硅酸镁1％-5％、水25％-35％、羟丙基甲基纤维素0.01％-0.5％、羧甲基淀粉醚0.01％-0.5％以及VAE乳液1％-5％。

在一个技术方案中，上述无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂，按质量百分数由以下成分组成：结晶硫酸铝42％、硫酸镁5％、三乙醇胺5％、磷酸5％、氟硅酸镁5％、水32.4％、羟丙基甲基纤维素0.5％、羧甲基淀粉醚0.1％以及VAE乳液5％。

各成分的功能如下：

结晶硫酸铝(Al₂(SO₄)₃·18H₂O)与水泥中的缓凝剂形成并促进钙矾石生成，主要对水泥有很好的速凝效果。硫酸镁能够为水泥水化后的各种晶体结构搭建桥梁，让混凝土强度增强。氟硅酸镁主要用作改善混凝土硬度和强度的硬化剂和防水剂。羟丙基甲基纤维素(HPMC)溶解后在固相颗粒和气相气泡之间形成了一层湿润的柔弹性薄膜，在拌和过程中起到了极好的光滑效果，也使得气泡在不易幻灭的情况下变成浆体自在均匀的“滚珠”，有效地改进了新拌浆体的流动性，起到保水、增稠、抗垂挂的效果。本发明中，当羟丙基甲基纤维素含量不超越0.5％时，羟丙基甲基纤维素的掺入能够显著改进泡沫混凝土浆体的流动性和粘稠性；但是羟丙基甲基纤维素用量超越0.5％时，浆体将变得过于粘稠，流动性大大降低。羧甲基淀粉醚(CMC)由于其淀粉醚分子呈网状结构，且带负电，会吸附带正电的水泥颗粒，羧甲基淀粉醚作为过渡桥梁可以将水泥联结起来，从而赋予浆体较大的屈服值，起到提高抗下垂或抗滑移的作用。与纤维素醚结合使用，则可以发生良好的协同作用，即HPMC包泡效果好，浆体粘稠，CMC触变性好，可使料浆流动度高。三乙醇胺作为有机早强剂，能加速水泥的水化和硬化速度，不仅可以作为水泥水化催化剂，起到促凝的作用，还能增大泡沫混凝土的抗压强度。VAE乳液具有很好的机械性能，乳液粒子平均粒径小，耐蠕变性与热封性之间有很好的平衡关系，有很好的湿粘性及很快的固化速度。VAE乳液具有广泛的粘接性能，除能粘接木材、皮革、织物、纸张、水泥、混凝土、铝箔、镀锌钢板等材料，还能用作压敏胶和热封胶，而且对于一些难于粘接的材料如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯等薄膜更是具备特有的粘接性。

在上述方案的基础上，结晶硫酸铝为工业级。

在上述方案的基础上，水为饮用水。

在上述方案的基础上，VAE乳液为VAE707乳液、VAE705乳液、VAE806中的一种，优选的，VAE乳液为VAE707乳液。

本发明所述调凝固化剂为无碱型液体现浇墙体泡沫混凝土调凝固化剂。

上述泡沫混凝土调凝固化剂的制备方法，步骤如下：

(1)按质量百分数分别称取结晶硫酸铝、硫酸镁、三乙醇胺、磷酸、氟硅酸镁、水、羟丙基甲基纤维素、羧甲基淀粉醚、VAE乳液；

(2)将羟丙基甲基纤维素、羧甲基淀粉醚加入一半的水中，搅拌均匀，得溶液A；

(3)将磷酸与剩余的水混合，水浴加热至70-80℃，然后分2-3次加入结晶硫酸铝，得到溶液B；

(4)在溶液B的基础上，加入VAE乳液，形成醋酸乙烯-硫酸铝聚合物，得到溶液C；

(5)在溶液C的基础上，分别掺加硫酸镁、三乙醇胺、氟硅酸镁，继续加热，温度控制在65-75℃，保持2h，形成稳定、粘稠的混合溶液D；

(6)在溶液D的基础上，与溶液A混合，搅拌均匀，得到泡沫混凝土调凝固化剂。

上述泡沫混凝土调凝固化剂可应用于现场浇筑的墙体。

本发明的有益效果为：

与传统的碱性液体速凝剂、调凝剂相比，本发明的无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂具有如下优点：(1)无碱液体速凝剂pH值在6.5左右，属于中性液体添加剂，不仅没有扬尘，施工环境良好，添加方便，搅拌均匀，还不会给施工人员带来伤害；(2)能够平衡料浆的凝结硬化速率与泡沫混凝土的破泡速率，后期强度得到提升，使其达到平衡，不再产生塌模、泌水现象，不仅满足浆体稳定性、气孔孔径的大小合适与均匀性，还能使其力学性能及抗冻性能满足使用要求；(3)可使泡沫混凝土气泡孔径均匀一致，气泡分布均匀，上下一致，R28强度明显较其他泡沫混凝土高出至少0.5MPa；(4)本发明所述无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂使用到泡沫混凝土中，因添加了VAE乳液，还能起到非常良好的防渗防水的作用，让泡沫混凝土的适用范围更加宽泛；(5)本发明所述无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂加工相对简单，便于操作，而且加工中没有任何有害物质产生，属于环保型固化剂。

具体实施方式

在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

实施例1

制备一种泡沫混凝土调凝固化剂，步骤如下：

(1)分别称取如下组分：工业级结晶硫酸铝42％、硫酸镁5％、三乙醇胺5％、磷酸5％、氟硅酸镁5％、饮用水32.4％、羟丙基甲基纤维素0.5％、羧甲基淀粉醚0.1％以及VAE乳液5％，以上百分数均为混合后液体质量的百分数。

(2)将羟丙基甲基纤维素、羧甲基淀粉醚加入一半的水中，采用高速搅拌机(搅拌转速应大于1000r/min)进行搅拌，搅拌均匀，得溶液A。

(3)将磷酸与剩余的水混合，水浴加热至75℃时，然后分2次加入工业级结晶硫酸铝，得到溶液B。

(4)在溶液B的基础上，加入VAE707乳液，形成醋酸乙烯-硫酸铝聚合物，得到溶液C。

(5)在溶液C的基础上，分别掺加硫酸镁、三乙醇胺、氟硅酸镁，继续加热，温度控制在75℃，保持2h，形成了稳定、粘稠的混合溶液D。

(6)将溶液D与溶液A混合，采用高速搅拌机(搅拌转速应大于1000r/min)进行搅拌，搅拌均匀，得到无碱液体泡沫混凝土现浇墙体专用调凝固化剂。

调凝固化效果实验

(1)基准组

配方如下：P.O42.5水泥400kg、粉煤灰(含水率0)380kg、炉渣(含水率0)480kg、聚羧酸减水剂(含固量20％)1.5kg、复合型早强剂(掺量为胶凝材料的2.5％)19.5kg、自来水546kg以及动物蛋白发泡剂1kg。水灰比为0.7，制备湿密度为1000kg/m³的泡沫混凝土。

其中，聚羧酸减水剂为山东力昂新材料科技有限公司生产的力昂牌液体聚羧酸减水剂；动物蛋白发泡剂为日照材元晟泰建材有限公司生产的DW型动物蛋白发泡剂；复合型早强剂为长沙友胜建材科技有限公司生产的FDN-4复合型早强剂。

将除了动物蛋白发泡剂外，其余材料均准确计量后全部投入搅拌机，均匀搅拌180s，即可形成混凝土浆体；将上述配方量的动物蛋白发泡剂稀释50倍(发泡剂原液与水的比例是1:50，然后再通过压缩机形成均质泡沫)，然后将稀释50倍的动物蛋白发泡液进行发泡，并根据预设的压力将稀释后的发泡液打入混泡管，与混凝土浆体一起通过混泡设备进行充分搅拌10s，即可形成泡沫混凝土，根据湿密度调整发泡液添加量，直至符合。在同一环境条件(室内环境温度20±3℃，相对湿度50％以上)下，采用100mm×100mm×100mm的试模成型，24h后拆模，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的标准养护条件下养护至28d。实验结果如下：

该泡沫混凝土初凝时间为2小时35分钟，终凝时间长达8小时，出现塌模、泌水现象，塌模最大值2mm，气泡孔径存在下小上大、上下不一致的情形，均匀性较差。

(2)实验组A

在基准组的基础上，将市面采购的复合型早强剂替换为泡沫混凝土调凝固化剂(掺量为2.5％)。其中，在泡沫混凝土调凝固化剂中，结晶硫酸铝42％、硫酸镁5％、三乙醇胺5％、磷酸5％、氟硅酸镁5％、水32.4％、羟丙基甲基纤维素0.5％、羧甲基淀粉醚0.1％以及VAE乳液5％；水灰比0.70，其余各种原材料质量不变；实验结果如下：

该泡沫混凝土初凝时间为50分钟，终凝时间为4小时30分钟。与基准组相比，该泡沫混凝土的初凝时间能够明显缩短。而且，气泡的包裹性良好，没有塌模、泌水情况，说明该泡沫混凝土调凝固化剂可以平衡料浆的凝结硬化速率与泡沫混凝土的破泡速率。对成型后的混凝土进行气孔孔径进行观察，发现80％以上的孔径基本在50um-200um之间，没有大于500um的大泡，均匀度良好。R28在4.1MPa以上，强度及抗冻性能均满足山东省团体标准验收要求。

(3)实验组B

在基准组的基础上，将市面采购的复合型早强剂替换为泡沫混凝土调凝固化剂(掺量为2.5％)。其中，在泡沫混凝土调凝固化剂中，结晶硫酸铝42％、硫酸镁5％、三乙醇胺5％、磷酸5％、氟硅酸镁5％、水32.1％、HPMC的质量占比为0.8％、CMC的质量占比为0.1％、VAE乳液5％；水灰比0.70，其余各种原材料质量不变；实验结果如下：

该泡沫混凝土黏度增大，流动度变小，仅为170mm左右，与设计的300mm相差较大，造成泵送困难，灌浆不饱满。同时，该泡沫混凝土初凝时间为1小时35分钟，终凝时间为3小时52分钟。这是因为HPMC掺量加大，其保水效果好，导致初凝时间、终凝时间均延长。

(4)实验组C

在基准组的基础上，将市面采购的复合型早强剂替换为泡沫混凝土调凝固化剂(掺量为2.5％)。其中，在泡沫混凝土调凝固化剂中，结晶硫酸铝42％、硫酸镁5％、三乙醇胺5％、磷酸5％、氟硅酸镁5％、水32.4％、羟丙基甲基纤维素0.6％、羧甲基淀粉醚0％以及VAE乳液5％，水灰比为0.7，其余各种原材料质量不变。实验结果如下：

该泡沫混凝土黏度基本不变，流动度比设计的300mm稍大，但1h后的触变性较低，即可泵性降低，会造成泵送困难，灌浆不饱满。同时，该泡沫混凝土初凝时间为1小时55分钟，终凝时间为4小时11分钟。这是由于CMC的掺加可赋予浆体较大的屈服值，具有触变性，省略CMC后将导致触变性降低。由此可见，羧甲基淀粉醚与纤维素醚结合使用，具有良好的协同作用。

(5)实验组D

在基准组的基础上，将市面采购的复合型早强剂替换为泡沫混凝土调凝固化剂(掺量为2.5％)。其中，在泡沫混凝土调凝固化剂中，氟硅酸镁的质量占比为0％时，结晶硫酸铝45％、硫酸镁7％、三乙醇胺5％、磷酸5％、水32.4％、羟丙基甲基纤维素0.5％、羧甲基淀粉醚0.1％以及VAE乳液5％，水灰比为0.7，其余各种原材料质量不变。实验结果如下：

该泡沫混凝土黏度基本不变，流动度与设计的300mm基本一致。但该泡沫混凝土初凝时间为2小时35分钟，终凝时间为6小时41分钟。R28在3.6MPa左右，比掺加费硅酸镁的低约11％，吸水率增加约10％。由此可见，氟硅酸镁可明显改善混凝土强度，同时也能起到防水的效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂，其特征在于，按质量百分数由以下成分组成：

结晶硫酸铝30％-55％、硫酸镁5％-10％、三乙醇胺2％-7％、磷酸1％-5％、氟硅酸镁1％-5％、水25％-35％、羟丙基甲基纤维素0.01％-0.5％、羧甲基淀粉醚0.01％-0.5％以及VAE乳液1％-5％。

2.根据权利要求1所述的无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂，其特征在于，按质量百分数由以下成分组成：

结晶硫酸铝42％、硫酸镁5％、三乙醇胺5％、磷酸5％、氟硅酸镁5％、水32.4％、羟丙基甲基纤维素0.5％、羧甲基淀粉醚0.1％以及VAE乳液5％。

3.根据权利要求2所述的无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂，其特征在于，所述VAE乳液为VAE707乳液、VAE705乳液、VAE806中的一种。

4.根据权利要求3所述的无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂，其特征在于，所述VAE乳液为VAE707乳液。

5.权利要求1-4任一项所述无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂的制备方法，步骤如下：

(3)将磷酸溶液与剩余的水混合，水浴加热至70-80℃，然后分2-3次加入结晶硫酸铝，得到溶液B；

(5)在溶液C的基础上，分别掺加硫酸镁、三乙醇胺、氟硅酸镁，继续加热，温度65-75℃，保持2h，形成稳定、粘稠的混合溶液D；

(6)在溶液D的基础上，与溶液A混合，搅拌均匀，得到无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂。

6.权利要求5所述方法制备的无碱液体泡沫混凝土调凝固化剂在制备泡沫混凝土中的应用。