CN113800843A - 一种掺合石粉的泡沫混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种掺合石粉的泡沫混凝土，属于泡沫混凝土技术领域。一种掺合石粉的泡沫混凝土，包括如下质量百分比的成分组成：SiO₂：5~20%，CaO：35~55%，MgO：1.5~6%，Fe₂O₃：0.1~3%，Al₂O₃：2~6%。基于本发明以同时改善泡沫混凝土的收缩率高和吸水率大的缺陷。

Description

一种掺合石粉的泡沫混凝土

技术领域

本发明属于泡沫混凝土技术领域，具体涉及一种掺合石粉的泡沫混凝土。

背景技术

泡沫混凝土作为一种新型的环保、节能绿色建筑材料，而且性能优良，所以应用广泛，既可在工厂生产成各种尺寸的预制品，对于大体积的应用要求，又可现场浇筑，再加上泡沫混凝土与混凝土材料有相同的使用寿命，所以逐渐被用于建筑保温隔热施工中，如屋面保温、地暖保温、墙体保温等；用作防火材料、抗震材料、吸声材料、填充回填材料，还用在隧道、机场，具备普通混凝土不能胜任的特殊性能。但高气孔率、高胶凝材料含量和骨料缺乏等因素，泡沫混凝土也存在诸多问题，例如抗压强度低、脱模时间长、脱模强度低、干密度较低时成型困难等。还有吸水率偏大的问题，从而限制了其在节能建筑工程中的应用，尤其是一些要求严格的特殊工程。另外，泡沫混凝土在干燥环境中失水快，干缩大，并且高胶凝材料含量造成较大的化学收缩，促使泡沫混凝土表现出较大的自收缩，最后在宏观上表现出较大的体积变形。当变形受到约束而超过泡沫混凝土的抗拉强度时，就会导致开裂。开裂会使其热工、力学等性能劣化。

石粉作为一种矿物掺合料，在粉煤灰资源日益紧张的情况下，正得到越来越多的关注与应用，在我国，大量的石粉是在生产碎石和机制砂过程中产生的，如不合理利用，不仅降低资源的利用率，而且会造成环境污染、生态破坏。另外，泡沫混凝土作为一种新型建材，从节约能源角度来看，极具优势。但是目前泡沫混凝土也依旧面临着诸多问题，寻求合适的掺合料，改进泡沫混凝土性能，或者在保证其各性能良好的情况下，降低生产成本，扩大应用途径，也是目前亟待解决的问题。

根据国内外专家学者的研究，现阶段石粉在普通混凝土中的应用研究比较全面。研究表明，石粉不但可以发挥微细填料的作用，显著改善混凝土体系的微细颗粒体系的级配组成，而且石粉也具有一定的水化活性，改善了水泥的水化环境，对胶凝材料体系的早期水化具有促进作用。

但是对于石粉在泡沫混凝土中的应用以及对泡沫混凝土的性能影响的探索则不够深入与全面。泡沫混凝土作为一种新型建材，发展至今，一直备受关注。随着人们生活水平的不断提高，旧城改造，新城建设，高层，超高层建筑层出不穷，泡沫混凝土从减轻混凝土构件的重量和节约能源角度来看，极具优势。迄今为止，我国研究开发的泡沫混凝土大部分是水泥泡沫混凝土、水泥-砂系和水泥-粉煤灰-砂系泡沫混凝土，产品单一，性价比低。也有诸多问题，比如在大水料比的环境中，料浆的稳定性会变差，因此泡沫混凝土很容易发生成型困难等问题；泡沫混凝土收缩受到限制，则非常容易开裂，影响泡沫混凝土正常使用；另外，为保证泡沫混凝土的优良热工性能，在其制备时鲜有骨料的掺加，从而缺少骨料的支撑作用而表现出较高的收缩率；泡沫混凝土用水量大，导致孔隙率大，使其能够大量吸收外来水分，从而导致吸水率大、收缩率大等特点。所以，作为一种工业生产遗留的数量庞大的废弃料，寻求其在消耗量也相当大的新型建材中的应用是十分有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种掺合石粉的泡沫混凝土，以同时改善泡沫混凝土的收缩率高和吸水率大的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种掺合石粉的泡沫混凝土，包括如下质量百分比的成分组成：SiO₂：5~20%，CaO：35~55%，MgO：1~6%，Fe₂O₃：0.01~3%，Al₂O₃：2~6%。

其中，所述CaO的质量百分比与SiO₂的质量百分比的比值为2.0~7.0。

优选地，所述的一种掺合石粉的泡沫混凝土，包括如下质量百分比的成分组成：SiO₂：5.01~10%，CaO：40~50%，MgO：1.5~3.5%，Fe₂O₃：0.1~1.2%，Al₂O₃：2.01~4%。

优选地，所述的一种掺合石粉的泡沫混凝土，包括如下质量百分比的成分组成：SiO₂：9-15%，CaO：42~55%，MgO：2~5%，Fe₂O₃：0.5~2%，Al₂O₃：3~5%。

优选地，所述的一种掺合石粉的泡沫混凝土，包括如下质量百分比的成分组成：SiO₂：10~14%，CaO：43~48%，MgO：2.05~4.5%，Fe₂O₃：0.7~1.5%，Al₂O₃：3.01~4.5%。

优选地，所述的一种掺合石粉的泡沫混凝土，还包括如下质量百分比的成分组成：MnO：0.01~1%。

本发明还提供了一种掺合石粉的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1）精确称量水、胶凝材料、石粉和泡沫混凝土废料细粉，混合，制得浆料；

2）将发泡剂制成泡沫；

3）分别将步骤1）制备的浆料和步骤2）制备的泡沫均匀混合，制得混合浆料；

4）将所述混合浆料通过输送管道浇注成型，即得。

本发明还提供了另一种掺合石粉的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1）精确称量水、胶凝材料、石粉和泡沫混凝土废料细粉，混合，制得浆料；

2）将发泡剂与步骤1）制备的浆料混合，制得混合浆料；

3）将所述混合浆料通过输送管道浇注成型，即得。

其中，所述胶凝材料为水泥、石膏和石灰中的一种或两种以上；

所述发泡剂为复合发泡剂；

所述泡沫混凝土废料细粉的粒径为50μm以下。

目前，部分研究认为石粉是一种惰性掺合料，对水泥水化没有任何影响，只是在混凝土中起着微集料填充作用；然而，也有学者认为石粉参与了水泥的水化，从而对混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能都有一定程度的影响。可见石粉对泡沫混凝土性能的影响仍存在争议，也在不断的探索中，而且现有研究普遍认为影响混凝土干燥收缩的因素主要是，混凝土单位体积的用水量、水泥用量、集料数量、外加剂、配合比、试件的形状和尺寸、养护条件、龄期长短等。

申请人研究发现，当原料种类、配比或制备工艺变化时，泡沫混凝土的性能普遍表现出差异性。因此当预期获得高性能的泡沫混凝土时，不论是从原料种类、配比，或是制备工艺入手，都不一定能够获得预期的效果，需要多方面因素的调控、平衡与取舍。为此，本发明转变常规以原料视角探究掺合石粉泡沫混凝土的思路，从泡沫混凝土产品的化学组分入手。基于大量实验研究、统计与总结，发现掺合石粉泡沫混凝土组成的变化与其产品的特定性能之间有着密切的联系，由此可以指导掺合石粉泡沫混凝土在特定场合的规模化应用。

在本发明中，SiO₂和CaO为泡沫混凝土水热反应的形成物，是基础成分；MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和MnO均是泡沫混凝土强度的增强成分，适量的存在对维持泡沫混凝土的强度或泡孔结构的稳定性、均匀性等具有重要作用；同时铁及铝成分的存在还能够维持泡孔的稳定性，使泡壁坚韧，形状更均一，不容易在重力挤压过程中破灭或过度变形；在泡沫混凝土的形成过程中，铁及铝成分的存在，能够使液膜在浆体内长时间不易破裂，实现更远的输送距离；支持泡沫混凝土浆料终凝前保持气孔原态。

本发明泡沫混凝土中CaO/SiO₂的比值为2.0~7.0，同时MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和MnO配比适宜，使得泡沫混凝土的成型体系稳定，泡孔结构密实度高，闭孔率高达75%以上，泡孔中含有的水分不易大量散失，同时也不易吸收大量的水分，憎水性突出；同时泡沫混凝土的干燥收缩得到有效控制，干燥收缩值不大于2.0mm/m，泡沫混凝土的使用耐久性良好。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

一种掺合石粉的泡沫混凝土，由如下质量百分比的成分组成：SiO₂：5~20%，CaO：35~55%，MgO：1.5~6%，Fe₂O₃：0.1~3%，Al₂O₃：2~6%，MnO：0~1%，余量为不可避免的杂质及烧失量。

其中，所述CaO的质量百分比与SiO₂的质量百分比的比值为2.0~7.0。

实施例1~实施例12泡沫混凝土的化学组分的质量百分比（wt%），如下表所示：

泡沫混凝土的干密度和吸水率的测试方法参照JG/T266-2011泡沫混凝土标准。

泡沫混凝土的干燥收缩的测试方法参照行业标准JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》。在40mm×40mm×160mm的模具内成型，拆模后将其放置在标准养护室内养护三天后在试块长度方向两端的几何中心位置用AB胶粘上图钉，再把试件置于温度为20±2℃，相对湿度为60±5%的干燥收缩室养护并测定初始长度。由于泡沫混凝土的孔隙率大，线性收缩值也比较大，所以测定的时间间隔短，以移入时间作为龄期零点开始计算，按照1d、7d、14d、21d、28d、35d时间间隔来测量长度变化。每次测定长度的同时也要每次称量其质量。则其线性收缩率仍按以下公式计算：

，式中：

：收缩率（mm/m）；L₀：移入干燥收缩室后立即测定的长度（mm）；L_t：移入干燥收缩室t天时试件的相应长度（mm）。

实施例1~实施例12泡沫混凝土的性能如下表所示：

由上述数据可知，本发明泡沫混凝土的收缩率≤2.0mm·m^-1，耐久性良好；闭孔率大于75%，吸水率小于13%，憎水性能显著，可将其应用于对强度要求不高（通常小于1.0MPa）的屋面防水、回填填充等场合。

在本发明的一种具体实施方案中，泡沫混凝土的原料组成，以重量份计为：水120~300份、胶凝材料50~300份、泡沫混凝土废料细粉10-150份、石粉15~210份、发泡剂0.2~10份。

在本发明的一种具体实施方案中，胶凝材料为水泥、石膏和石灰中的一种或两种以上。其中的水泥、石膏和石灰可选用市售产品，不局限于特定型号。

在本发明的一种具体实施方案中，泡沫混凝土废料细粉是将泡沫混凝土废料经破碎、研磨、筛分后获得，粒径控制在50μm以下。

在本发明的一种具体实施方案中，发泡剂为复合型发泡剂，由如下重量份的原料制成：表面活性剂20~50份、稳泡剂10~30份、水30~60份、稀释剂1~10份、增强剂1~3份、保水剂0.5~2份；所述表面活性剂为α-烯基磺酸钠、脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基聚氧乙烯醚的组合物，三者的重量比为（1~4）：（0.75~3）：1；所述稳泡剂为改性硅树脂聚醚乳液或十二醇；所述稀释剂为乙醇、正丙醇和正丁醇的一种或两种以上；所述增强剂为氯化钠或氯化镁；所述保水剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基纤维素的一种或两种以上。

本发明发泡剂高压或水平泵送1500米以上不消泡、不塌落；易溶于水，泡沫丰富，泡径均匀；耐碱、抗硬水，可用池塘水或是湖泊水或者是井水等，就地取水方便实用。

实施例13

一种掺合石粉的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1）提供如下原料：水、水泥、泡沫混凝土废料细粉和石粉；

利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制，搅拌状态下分别加入水280重量份、水泥300重量份、泡沫混凝土废料细粉150重量份、石粉50重量份，同时控制加水、注料及搅拌速度，确保无水泥团，制得浆料；

2）利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制将复合发泡剂7重量份制成泡沫；

3）在自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制下，分别将步骤1）制备的浆料和步骤2）制备的泡沫均匀混合，制得混合浆料；

4）将所述混合浆料通过输送管道浇注成型，即得。

其中，复合发泡剂由如下重量份的原料制成：表面活性剂30份、稳泡剂15份、水52份、稀释剂1份、增强剂1份、保水剂0.5份；所述表面活性剂为α-烯基磺酸钠、脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基聚氧乙烯醚的组合，三者的重量比为1：0.75：1；所述稳泡剂为改性硅树脂聚醚乳液，所述稀释剂为乙醇；所述增强剂为氯化钠，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素。

实施例14

一种掺合石粉的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1）提供如下原料：水、水泥、泡沫混凝土废料细粉、石粉；

利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制，搅拌状态下分别加入水120重量份、水泥110重量份、泡沫混凝土废料细粉10重量份、石粉70重量份，同时控制加水、注料及搅拌速度，确保无水泥团，制得浆料；

2）利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制将复合发泡剂5重量份制成泡沫；

3）在自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制下，分别将步骤1）制备的浆料和步骤2）制备的泡沫均匀混合，制得混合浆料；

4）将所述混合浆料通过输送管道浇注成型，即得。

其中，复合发泡剂由如下重量份的原料制成：表面活性剂35份、稳泡剂15份、水42份、稀释剂3份、增强剂1.5份、保水剂0.8份；所述表面活性剂为α-烯基磺酸钠、脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基聚氧乙烯醚的组合，三者的重量比为3.2：2.5：1；所述稳泡剂为十二醇，所述稀释剂为乙醇；所述增强剂为氯化钠，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素。

实施例15

一种掺合石粉的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1）提供如下原料：水、水泥、泡沫混凝土废料细粉、石粉；

利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制，搅拌状态下分别加入水270重量份、水泥250重量份、泡沫混凝土废料细粉80重量份、石粉120重量份，同时控制加水、注料及搅拌速度，确保无水泥团，制得浆料；

2）利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制将复合发泡剂3重量份与步骤1）制备的浆料混合，制得混合浆料；

3）将所述混合浆料通过输送管道浇注成型，即得。

其中，复合发泡剂由如下重量份的原料制成：表面活性剂35份、稳泡剂15份、水42份、稀释剂5份、增强剂2份、保水剂1份；所述表面活性剂为α-烯基磺酸钠、脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基聚氧乙烯醚的组合，三者的重量比为4：3：1；所述稳泡剂为改性硅树脂聚醚乳液，所述稀释剂为正丁醇；所述增强剂为氯化钠，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素与羟乙基纤维素的组合物，所述羟丙基甲基纤维素与羟乙基纤维素的重量比为1：2。

实施例16

一种掺合石粉的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1）提供如下原料：水、水泥、泡沫混凝土废料细粉、石粉；

利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制，搅拌状态下分别加入水220重量份、水泥180重量份、泡沫混凝土废料细粉95重量份、石粉80重量份，同时控制加水、注料及搅拌速度，确保无水泥团，制得浆料；

2）利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制将复合发泡剂1重量份与步骤1）制备的浆料混合，制得混合浆料；

3）将所述混合浆料通过输送管道浇注成型，即得。

其中，复合发泡剂由如下重量份的原料制成：表面活性剂28份、稳泡剂17份、水44份、稀释剂7份、增强剂2.5份、保水剂1.5份；所述表面活性剂为α-烯基磺酸钠、脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基聚氧乙烯醚的组合，三者的重量比为1.5：1.2：1；所述稳泡剂为改性硅树脂聚醚乳液，所述稀释剂为乙醇；所述增强剂为氯化钠，所述保水剂为羟丙基纤维素。

实施例17

一种掺合石粉的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1）提供如下原料：水、水泥、泡沫混凝土废料细粉、石粉；

利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制，搅拌状态下分别加入水270重量份、水泥280重量份、泡沫混凝土废料细粉100重量份、石粉150重量份，同时控制加水、注料及搅拌速度，确保无水泥团，制得浆料；

2）利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制将复合发泡剂10重量份制成泡沫；

3）在自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制下，分别将步骤1）制备的浆料和步骤2）制备的泡沫均匀混合，制得混合浆料；

4）将所述混合浆料通过输送管道浇注成型，即得。

其中，复合发泡剂由如下重量份的原料制成：表面活性剂30份、稳泡剂18份、水39份、稀释剂8份、增强剂3份、保水剂2份；所述表面活性剂为α-烯基磺酸钠、脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基聚氧乙烯醚的组合，三者的重量比为2：1.6：1；所述稳泡剂为十二醇，所述稀释剂为乙醇；所述增强剂为氯化镁，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素与羟乙基纤维素的组合物，所述羟丙基甲基纤维素与羟乙基纤维素的重量比为1：1。

实施例18

一种掺合石粉的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1）提供如下原料：水、水泥、泡沫混凝土废料细粉、石粉；

利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制，搅拌状态下分别加入水240重量份、水泥200重量份、泡沫混凝土废料细粉60重量份、石粉180重量份，同时控制加水、注料及搅拌速度，确保无水泥团，制得浆料；

2）利用自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制将复合发泡剂6重量份制成泡沫；

3）在自动化泡沫混凝土设备主机控制系统控制下，分别将步骤1）制备的浆料和步骤2）制备的泡沫均匀混合，制得混合浆料；

4）将所述混合浆料通过输送管道浇注成型，即得。

其中，复合发泡剂由如下重量份的原料制成：表面活性剂35份、稳泡剂20份、水32份、稀释剂10份、增强剂2份、保水剂1份；所述表面活性剂为α-烯基磺酸钠、脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基聚氧乙烯醚的组合，三者的重量比为2.5：2：1；所述稳泡剂为改性硅树脂聚醚乳液，所述稀释剂为乙醇；所述增强剂为氯化钠，所述保水剂为羟丙基纤维素。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种掺合石粉的泡沫混凝土，其特征在于：包括如下质量百分比的成分组成：SiO₂：5~20%，CaO：35~55%，MgO：1~6%，Fe₂O₃：0.01~3%，Al₂O₃：2~6%。

2.如权利要求1所述的一种掺合石粉的泡沫混凝土，其特征在于：包括如下质量百分比的成分组成：SiO₂：5.01~10%，CaO：40~50%，MgO：1.5~3.5%，Fe₂O₃：0.1~1.2%，Al₂O₃：2.01~4%。

3.如权利要求1所述的一种掺合石粉的泡沫混凝土，其特征在于：包括如下质量百分比的成分组成：SiO₂：9-15%，CaO：42~55%，MgO：2~5%，Fe₂O₃：0.5~2%，Al₂O₃：3~5%。

4.如权利要求1所述的一种掺合石粉的泡沫混凝土，其特征在于：还包括如下质量百分比的成分组成：SiO₂：10~14%，CaO：43~48%，MgO：2.05~4.5%，Fe₂O₃：0.7~1.5%，Al₂O₃：3.01~4.5%。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种掺合石粉的泡沫混凝土，其特征在于：还包括如下质量百分比的成分组成：MnO：0.01~1%。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种掺合石粉的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）精确称量水、胶凝材料、石粉和泡沫混凝土废料细粉，混合，制得浆料；

2）将发泡剂制成泡沫；

3）分别将步骤1）制备的浆料和步骤2）制备的泡沫均匀混合，制得混合浆料；

4）将所述混合浆料通过输送管道浇注成型，即得。

7.如权利要求1-5任一项所述的一种掺合石粉的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）精确称量水、胶凝材料、石粉和泡沫混凝土废料细粉，混合，制得浆料；

2）将发泡剂与步骤1）制备的浆料混合，制得混合浆料；

3）将所述混合浆料通过输送管道浇注成型，即得。