CN113698144B - 用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土及其制备方法，属于建筑材料混凝土技术领域，其原料包括水泥32‑38wt％、陶粒13‑19wt％、细骨料20‑26wt％、纤维6‑11wt％、粉煤灰7‑13wt％、硅微粉4‑8wt％、外加剂3wt％；其中，陶粒是用钢渣粉、再生建筑微粉、废弃植物纤维粉、钢纤维或玄武岩纤维采用特殊方法烧结制备而成。本发明提供的抗冻融泡沫混凝土，具有轻质高强的性能优势，能满足高寒高海拔地区的各种性能要求；保温隔热，和易性好，更能适应高寒高海拔地区的严峻的施工环境。

Description

用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料混凝土技术领域，特别是用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土。

背景技术

气泡混凝土(即泡沫混凝土)，是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。泡沫混凝土是一种轻质、保温、隔热耐火、隔音和抗冻的混凝土材料，料浆可以自流平、自密实，施工和易性好，便于泵送及整平，与所有其它建材几乎都有较好的相容性，且强度可调整。泡沫混凝土用途广泛，可以用作挡土墙，增强路堤边坡的稳定性；可以作为轻质混凝土用作运动场和田径跑道的地面材料；还可以用做地下空穴的回填材料。

由于在高寒、高海拔地区，现浇泡沫混凝土在施工时受到高海拔、低气压等因素的影响，物理发泡过程中气泡破灭快、塌缩等现象严重；特别是在例如青藏高原这种高海拔且高寒地区，严重影响了泡沫混凝土在高寒高海拔地区的应用。对此，行业内的一般做法是引入稳泡剂、瞬凝剂、减水剂对泡沫混凝土加以改善，提升力学强度，降低干密度，并获得稳泡剂、瞬凝剂、减水剂的最佳掺量。

现有技术中，例如中国专利申请CN113024215A提供了一种应用于高寒高海拔地区的尾矿泡沫混凝土，该混凝土包括：胶凝材料、增强剂、改性剂、发泡剂、调和剂、减水剂、水；所用的胶凝材料包括金属尾矿、熟料和脱硫石膏，增强剂为氯化镁、氯化钠，改性剂为硬脂酸盐、三乙醇胺，发泡剂是脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、茶皂素、硅树脂聚醚乳液、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、氯化镁、硅酸钠、三乙醇胺、仲丁醇。最终得到的泡沫混凝土28d抗压强度为1.1MPa左右，冻融循环29次的强度降低率为5％-20％。

又例如中国专利申请CN110723946A提供了一种适用于寒区工程的抗冻泡沫混凝土，其原料包括水泥、砂、黄麻纤维、植物蛋白表面活性剂、硬脂酸钠、碳酸锂、羟基酸超塑化剂、矿渣灰、硅灰、水；该泡沫混凝土在25次冻融循环后的抗压强度从3.97MPa下降至3.54MPa，下降了11％。

然而在高寒高海拔的环境下，上述这几种抗冻融泡沫混凝土的和易性一般，制成的混凝土浆料流动性较差，工作性能一般，抗冻融性能也有待进一步加强。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，具体通过以下技术实现。

一种用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其原料包括水泥32-38wt％、陶粒13-19wt％、细骨料20-26wt％、纤维6-11wt％、粉煤灰7-13wt％、硅微粉4-8wt％、外加剂3wt％；

所述陶粒的制备方法为：

S1、称取钢渣粉34-40wt％、再生建筑微粉10-15wt％、废弃植物纤维粉14-23wt％、钢纤维或玄武岩纤维27-34wt％，加水造粒制成粒径3-5.5mm的生料球；所述钢纤维、玄武岩纤维的单丝长度为4-6mm，直径45-60μm；

S2、将生料球在1000-1300℃烧结25-30min，冷却后分别粉碎制成粒径1-2.5mm的陶粒成品。

上述抗冻融泡沫混凝土中选用的陶粒，是采用特殊的原料、方法制备而成。通过在原料中加入废弃植物纤维粉，最终制成的陶粒形成疏松多孔的球状结构，并且这种结构的孔洞均匀、细密，在轻质、保温的同时，能最大限度保证抗冻融泡沫混凝土的力学强度。通过加入特定参数的钢纤维，能够使纤维从陶粒的表面伸出，形成“海胆”状结构，使得陶粒的表面更粗糙，与其他混凝土原料的结合更紧密。外加剂中同样含有发泡剂和稳泡剂，实现泡沫混凝土的固有形态，在陶粒本身的多孔结构协同配合下，抗冻融泡沫混凝土的保温性能、力学性能和抗冻融性能更好。

优选地，所述陶粒的制备方法中，步骤S1的陶粒的原料为钢渣粉38wt％、再生建筑微粉12wt％、废弃植物纤维粉20wt％、钢纤维或玄武岩纤维30wt％。

优选地，所述陶粒的制备方法中，步骤S1的所述植物纤维粉是将稻壳、稻草、麦秸、玉米秸秆、棉花秆、木屑或竹屑粉碎后粉末制成。

优选地，所述纤维的单丝长度15-22mm，直径75-80μm；为聚丙烯纤维、钢纤维、玄武岩纤维中至少一种。

优选地，所述外加剂包括重量比为1:0.03:0.3:3:4的发泡剂、稳泡剂、防冻剂、膨胀剂、减水剂；所述发泡剂为松香树脂类发泡剂、人工合成类发泡剂、动植物蛋白类发泡剂；所述防冻剂为亚硝酸盐、氯化钙、乙二醇、尿素中的至少一种。发泡剂、稳泡剂、防冻剂、膨胀剂、减水剂选用市面上常见的原料即可。

更优选地，其原料包括水泥35wt％、陶粒16wt％、细骨料22wt％、纤维8wt％、粉煤灰11wt％、硅微粉5wt％、外加剂3wt％。

本发明还提供了上述的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土的制备方法，先将水泥、细骨料、纤维、粉煤灰、硅微粉、陶粒混合均匀后按水料比0.3第一次加水搅拌均匀制得水泥砂浆；同时，将外加剂第二次加水，发泡得到泡沫；第二次加水量为第一次加水量的1/3；最后将泡沫与水泥砂浆搅拌混合均匀，即得抗冻融泡沫混凝土浆料。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明提供的抗冻融泡沫混凝土，具有轻质高强的性能优势，能满足高寒高海拔地区的性能要求；保温隔热，和易性好，更能适应高寒高海拔地区的严峻的施工环境。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例和对比例，所采用的细骨料为普通河砂，所采用的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，细度(45μm方孔筛筛余)为8％，含水量为0.2％；硅微粉平均粒径为40nm，硅含量大于99.0％；所采用的外加剂由发泡剂、稳泡剂、防冻剂、膨胀剂、减水剂组成；这五种原料的重量比为1:0.03:0.3:3:4。所用的发泡剂为植物蛋白类发泡剂，所用的防冻剂为重量1:1的亚硝酸盐和氯化钙，所用的膨胀剂为氧化钙类膨胀剂，所用的减水剂为高效聚羧酸减水剂。

以下实施例和对比例的抗冻融泡沫混凝土的制备方法为：先将水泥、细骨料、纤维、粉煤灰、硅微粉、陶粒混合均匀后按水料比0.3第一次加水搅拌均匀制得水泥砂浆；同时，将外加剂加第二次加水，发泡得到泡沫；第二次加水量为第一次加水量的1/3；最后将泡沫与水泥砂浆搅拌混合均匀，即得抗冻融泡沫混凝土浆料。

实施例1

本实施例提供的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其原料包括水泥35wt％、陶粒16wt％、细骨料22wt％、纤维8wt％、粉煤灰11wt％、硅微粉5wt％、外加剂3wt％；所用的纤维为钢纤维，单丝长度15-22mm，直径75-80μm；

陶粒的制备方法为：

S1、称取钢渣粉38wt％、再生建筑微粉12wt％、废弃植物纤维粉20wt％、钢纤维30wt％，加水造粒制成粒径3-5.5mm的生料球；所述钢纤维的单丝长度为4-6mm，直径45-60μm；所述再生建筑微粉是将建筑垃圾粉碎、球磨成粉状材料制成，平均粒径为40-60μm；所述废弃植物纤维粉是将稻草、稻壳粉碎后制成的粉末，平均粒径不超过0.2mm。

S2、将生料球在1200℃烧结30min，冷却后分别粉碎制成粒径1-2.5mm的陶粒成品。

实施例2

本实施例提供的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其原料包括水泥36.5wt％、陶粒13wt％、细骨料25wt％、纤维6wt％、粉煤灰12.5wt％、硅微粉4wt％、外加剂3wt％；所用的纤维为玄武岩纤维，单丝长度15-22mm，直径75-80μm。陶粒的制备方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例提供的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其原料包括水泥32wt％、陶粒19wt％、细骨料20wt％、纤维11wt％、粉煤灰7wt％、硅微粉8wt％、外加剂3wt％；所用的纤维为聚丙烯纤维，单丝长度15-22mm，直径75-80μm。陶粒的制备方法与实施例1相同。

实施例4

本实施例提供的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其原料配方与实施例1相同。不同之处在于，陶粒的制备方法中，所用的原料为钢渣粉40wt％、再生建筑微粉15wt％、废弃植物纤维粉14wt％、玄武岩纤维31wt％。玄武岩纤维的单丝长度为4-6mm，直径45-60μm。

实施例5

本实施例提供的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其原料配方与实施例1相同。不同之处在于，陶粒的制备方法中，所用的原料为钢渣粉34wt％、再生建筑微粉12wt％、废弃植物纤维粉23wt％、钢纤维31wt％。

对比例1

本对比例提供的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其原料包括水泥35wt％、陶粒10wt％、细骨料22wt％、纤维13wt％、粉煤灰15wt％、硅微粉2wt％、外加剂3wt％；所用的纤维为钢纤维，单丝长度15-22mm，直径75-80μm。陶粒的制备方法与实施例1相同。

对比例2

本对比例提供的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其原料包括水泥35wt％、陶粒22wt％、细骨料22wt％、纤维3wt％、粉煤灰3wt％、硅微粉12wt％、外加剂3wt％；所用的纤维为钢纤维，单丝长度15-22mm，直径75-80μm。陶粒的制备方法与实施例1相同。

对比例3

本对比例提供的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其原料不包含纤维，即原料为水泥43wt％、陶粒16wt％、细骨料22wt％、粉煤灰11wt％、硅微粉5wt％、外加剂3wt％。陶粒的制备方法与实施例1相同。

对比例4

本对比例提供的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其原料将陶粒替换成同等参数的碎石，即原料为水泥35wt％、碎石16wt％、细骨料22wt％、纤维8wt％、粉煤灰11wt％、硅微粉5wt％、外加剂3wt％；所用的纤维为钢纤维，单丝长度15-22mm，直径75-80μm。应用例：抗冻融泡沫混凝土性能测试

将实施例1-5，对比例1-4的抗冻融泡沫混凝土按既定方法制备成混凝土浆料，根据JG/T 266-2011《泡沫混凝土》的要求，养护成型制成混凝土试块，测试其常温状态下的导热系数、抗压强度和吸水率；按照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》的方法测试混凝土浆料在常温状态下的坍落度。具体测试结果如下表1所示。

表1抗冻融泡沫混凝土性能测试结果

另外再按照JG/T 266-2011《泡沫混凝土》的要求，养护成型制成若干混凝土试块，再按照GBT50082-2019《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，将相应试件进行快速冻融循环试验，测定冻融循环后的混凝土的质量损失和抗压强度损失，具体测试结果如下表2所示。

表2冻融循环和冰冻疲劳后的抗冻融泡沫混凝土性能测试结果

由上表1、2可以看出，采用实施例1-5的原料和方法制备的抗冻融泡沫混凝土，具有更好的和易性和工作性能，保温效果更好，抗压强度有显著提升；在冻融循环试验中，其质量损失和抗压强度损失量更少，具有更好的耐久性。

Claims (7)

1.用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其特征在于，其原料包括水泥32-38wt％、陶粒13-19wt％、细骨料20-26wt％、纤维6-11wt％、粉煤灰7-13wt％、硅微粉4-8wt％、外加剂3wt％；

所述陶粒的制备方法为：

S1、称取钢渣粉34-40wt％、再生建筑微粉10-15wt％、废弃植物纤维粉14-23wt％、钢纤维或玄武岩纤维27-34wt％，加水造粒制成粒径3-5.5mm的生料球；所述钢纤维、玄武岩纤维的单丝长度为4-6mm，直径45-60μm；

S2、将生料球在1000-1300℃烧结25-30min，冷却后分别粉碎制成粒径1-2.5mm的陶粒成品。

2.根据权利要求1所述的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其特征在于，所述陶粒的制备方法中，步骤S1的陶粒的原料为钢渣粉38wt％、再生建筑微粉12wt％、废弃植物纤维粉20wt％、钢纤维或玄武岩纤维30wt％。

3.根据权利要求1所述的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其特征在于，所述陶粒的制备方法中，步骤S1的所述废弃植物纤维粉是将稻壳、稻草、麦秸、玉米秸秆、棉花秆、木屑或竹屑粉碎后粉末制成。

4.根据权利要求1所述的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其特征在于，所述纤维的单丝长度15-22mm，直径75-80μm；为聚丙烯纤维、钢纤维、玄武岩纤维中至少一种。

5.根据权利要求1所述的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其特征在于，所述外加剂包括重量比为1:0.03:0.3:3:4的发泡剂、稳泡剂、防冻剂、膨胀剂、减水剂；所述发泡剂为松香树脂类发泡剂、人工合成类发泡剂、动植物蛋白类发泡剂；所述防冻剂为亚硝酸盐、氯化钙、乙二醇、尿素中的至少一种。

6.根据权利要求1-5任一项所述的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土，其特征在于，其原料包括水泥35wt％、陶粒16wt％、细骨料22wt％、纤维8wt％、粉煤灰11wt％、硅微粉5wt％、外加剂3wt％。

7.权利要求1所述的用于高寒高海拔地区的抗冻融泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，先将水泥、细骨料、纤维、粉煤灰、硅微粉、陶粒混合均匀后按水料比0.3第一次加水搅拌均匀制得水泥砂浆；同时，将外加剂第二次加水，发泡得到泡沫；第二次加水量为第一次加水量的1/3；最后将泡沫与水泥砂浆搅拌混合均匀，即得抗冻融泡沫混凝土浆料。