CN113800864B - 一种高稳定性超轻泵送泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高稳定性超轻泵送泡沫混凝土及其制备方法，属于建筑节能材料技术领域，该高稳定性超轻泵送泡沫混凝土包括以下质量份的组分：硅酸盐水泥50～60份、矿物掺合料5～10份、特种快硬水泥5～10份、无机短纤维0.5～1份、水15～25份、减水剂0.5～1.5份、氧化石墨烯气凝胶0.1～0.3份、复合泡沫剂4～8份和聚苯颗粒12～18份。本发明提供的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土具有保温隔热、通体防水、质量轻、强度高、绿色环保的特点，尤其是在泵送施工时可满足泵送距离远、密度损失小等要求，特别适用于高层/超高层建筑屋面、地面、围护结构等部位泵送现浇施工。

Description

一种高稳定性超轻泵送泡沫混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑节能材料技术领域，具体涉及到一种高稳定性超轻泵送泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
泡沫混凝土是目前建筑节能领域中应用较为普遍的新型保温材料，与其他保温材料相比，泡沫混凝土的防火性好、阻燃性强、线性收缩系数小、抗老化能力强、性能稳定、材料在使用过程中的安全性高、生产成本低。
目前，泡沫混凝土在实际工程应用中通常采用现浇方式进行施工，在进行高层建筑屋面、地面、围护结构施工时一般采用泵送的方式将泡沫混凝土从地面运送至施工位置。但普通的泡沫混凝土由于其内部所含气泡较多，所以在泵送过程中泡沫相互挤压、摩擦，极易出现小泡变大泡、大泡易破裂、泌水等问题；而且由于气泡的破裂联通，当泵送至指定位置时，泡沫混凝土湿密度会显著增大，极大地提高了泡沫混凝土用量；而且导致泡沫混凝土浇筑时实际密度远大于设计密度，很大程度上会降低后期的保温隔热效果，增加结构自重，大大降低泡沫混凝土的轻质与保温优势。尤其密度≤300kg/m3的超轻泡沫混凝土，其在泵送过程中气泡破裂现象更为严重，导致实际密度远大于设计密度，密度损失最大可达60％。
目前国家极力倡导绿色低碳轻质保温建材的推广和应用，以上问题极大限制了超轻泡沫混凝土在建筑节能领域的应用及发展，故亟需开发一种超轻、强度高、低吸水率、低导热系数且适用于泵送施工的超轻泡沫混凝土。
发明内容
针对上述的不足，本发明的目的是提供一种高稳定性超轻泵送泡沫混凝土及其制备方法，可有效解决现有泡沫混凝土存在的密度等级高、导热系数大、吸水率大、泵送施工时气泡破损严重和密度损失率高的问题；同时本发明提供的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土具有保温隔热、通体防水、质量轻、强度高、绿色环保的特点，尤其是在泵送施工时可满足泵送距离远、密度损失小等要求，特别适用于高层/超高层建筑屋面、地面、围护结构等部位泵送现浇施工。
为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：
本发明提供一种高稳定性超轻泵送泡沫混凝土，包括以下质量份的组分：硅酸盐水泥50～60份、矿物掺合料5～10份、特种快硬水泥5～10份、无机短纤维0.5～1份、水15～25份、减水剂0.5～1.5份、氧化石墨烯气凝胶0.1～0.3份、复合泡沫剂4～8份和聚苯颗粒12～18份。
进一步地，上述高稳定性超轻泵送泡沫混凝土，包括以下质量份的组分：硅酸盐水泥55份、矿物掺合料8份、特种快硬水泥8份、无机短纤维1份、水15份、减水剂1份、氧化石墨烯气凝胶0.3份、复合泡沫剂8份和聚苯颗粒15份。
进一步地，硅酸盐水泥为52.5级硅酸盐水泥或62.5级硅酸盐水泥；优选为52.5级硅酸盐水泥。
进一步地，矿物掺合料为粉煤灰、硅灰、矿粉和石灰石粉中的至少一种；优选矿物掺合料为磨细I级粉煤灰4份和硅灰1份组成的混合物，其中硅灰比表面积≥25000m2/kg，粉煤灰比表面积≥500m2/kg。
进一步地，特种快硬水泥为硫铝酸盐水泥或铝酸盐水泥，优选为62.5级铝酸盐水泥。
进一步地，无机短纤维为玄武岩纤维或玻璃纤维，优选为长度2～5mm且长径比为10～20:1的玄武岩纤维。
进一步地，减水剂为早强型聚羧酸外加剂，其组分以质量比计，包括聚羧酸减水剂20～30份和无水硫酸钠4～6份。
进一步地，复合泡沫剂包括以下质量份的组分：动物蛋白发泡剂4～7份、甲基硅醇钠0.05～0.2份和甲基纤维素0.3～0.6份。
进一步地，聚苯颗粒为A2级防火硅质改性聚苯颗粒或B2石墨改性聚苯颗粒，其级配为粒径2～12mm的单一粒径，堆积密度12～18kg/m3。本发明中聚苯颗粒可直接采用市售产品。
进一步地，氧化石墨烯气凝胶由高质量片层＜2的氧化石墨烯材料组成，平均厚度<2nm，密度5-7mg/cm3，压缩率≥70％。本发明中氧化石墨烯气凝胶可直接采用市售产品。
本发明高稳定性超轻泵送泡沫混凝土中高稳定性是指泡沫混凝土在用于高层/超高层建筑屋面、地面、围护结构等部位泵送现浇施工时，密度损失率≤5％，超轻是指泡沫混凝土的密度≤120kg/m3；同时本发明高稳定性超轻泵送泡沫混凝土的组分若无特殊限定，可直接购买市售产品或根据本领域的常规方法制得，如动物蛋白发泡剂、A2硅质改性聚苯颗粒、B2石墨改性聚苯颗粒和氧化石墨烯气凝胶等均可直接采用市售产品。
本发明还提供上述高稳定性超轻泵送泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将硅酸盐水泥、矿物掺合料、特种快硬水泥和无机短纤维加入搅拌装置中搅拌均匀，得到预混体系；
步骤(2)：将氧化石墨烯气凝胶、减水剂和水混合后加入步骤(1)所得的预混体系中搅拌均匀，得到浆体；
步骤(3)：将复合发泡剂进行发泡，制得稳定而均匀的泡沫；
步骤(4)：将步骤(2)所得的浆体与步骤(3)所得的泡沫按照体积比为1:90～95进行搅拌混合，制得超轻泡沫混凝土浆体；
步骤(5)：在持续搅拌状态下，将聚苯颗粒加入步骤(4)所得的超轻泡沫混凝土浆体中，加料结束后继续搅拌混合，即可得到高稳定性超轻泵送泡沫混凝土。
进一步地，步骤(1)中搅拌的时长为3～5min。
进一步地，步骤(2)中搅拌的时长为5～10min。
进一步地，步骤(3)复合发泡剂进行发泡的具体过程为：将复合发泡剂与水按照质量比为1:10～19进行预混，然后使用发泡装置制得稳定而均匀的泡沫。
进一步地，步骤(4)中搅拌的时长为4～7min，优选为5min。
进一步地，步骤(5)中加料结束后继续搅拌的时长为10～15s。
需要说明的是，本发明高稳定性超轻泵送泡沫混凝土的组分中的水15～25份并未包括步骤(3)复合发泡剂进行发泡时加入的水。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明提供了一种高稳定性超轻泵送泡沫混凝土，其中所用聚羧酸外加剂剂为早强型，其包含的主要成分为聚羧酸外加剂和早强剂无水硫酸钠，该外加剂复合特种快硬水泥使用可以极大地促进水泥水化，有效抑制泡沫混凝土中泡沫数量衰减，解决了采用普通硅酸盐水泥时凝结时间长、易塌模、强度发展慢的问题。
2、本发明通过在高稳定性超轻泵送泡沫混凝土中引入了氧化石墨烯气凝胶，呈三维多孔泡沫材料，该气凝胶内部有微米尺寸的大孔和纳米尺寸的介孔形成丰富的复合型空隙结构。该产品孔隙率高、疏水性好，具有较好的弹性，压缩率≥70％，同时储能和隔热性能优异；其次，石墨烯气凝胶的增强作用可以很好地解决超轻泡沫混凝土体系中由于胶凝材料较少所导致的强度不足问题。
3、本发明所用复合泡沫剂包含了动物蛋白发泡剂、憎水组分甲基硅醇钠和增稠组分甲基纤维素，所发泡沫发泡倍数高、稳泡效果好，能有效降低泡沫混凝土在搅拌过程中气泡破裂、泌水等现象和后期泡沫混凝土吸水率。
4、本发明高稳定性超轻泵送泡沫混凝土中以A2级防火聚苯颗粒为骨料，聚苯颗粒粒径为单一粒径，通过调整掺量，可以实现聚苯颗粒面与面直接接触、相互嵌锁形成支撑骨架；超轻泡沫混凝土为胶结剂，其体积掺量相当于聚苯颗粒自然堆积时空隙率；由于聚苯颗粒支撑骨架将超轻泡沫混凝土分隔于彼此连通空隙中，极大地降低了其中的气泡数量及气泡直接承受的荷载作用，在泵送过程中可以有效避免气泡因压力和自身摩擦导致的破裂，降低泵送时密度损失。
5、本发明制备的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土具有早强快硬、保温隔热性能好、吸水率低、泵送距离远、泵送密度损失小等优点，可应用于高层及以上建筑屋面、地面、围护结构等具有较高保温隔热需求部位，且可泵送施工。
附图说明
图1是本发明中高稳定性超轻泵送泡沫混凝土泵送截面示意图；
其中，1为泵送管道，2为聚苯颗粒，3为超轻泡沫混凝土。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。
因此，以下对提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明提供的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土的实施例1-3及对比例1-3配方见下表1。其中，表1中实施例1、实施例2和实施例3所用聚苯颗粒均为B2石墨改性聚苯颗粒，其堆积密度分别为12kg/m3、15kg/m3和18kg/m3；对比例1所用减水剂为聚羧酸减水剂，其中无早强组分；对比例2所用泡沫剂为动物蛋白泡沫剂，其中无憎水组分和增稠组分；对比例3所用减水剂、泡沫剂与实施例1相同，但未加聚苯颗粒；对比例1和对比例2所用聚苯颗粒掺量及粒径与实施例2一致；4)空白组未掺加特种快硬水泥、氧化石墨烯和聚苯颗粒。
表1高稳定性超轻泵送泡沫混凝土的实施例及对比例配方(质量份)
Figure BDA0003279926600000061
上述实施例1提供的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按相应质量份数称取水泥、矿物掺合料、特种快硬水泥和无机短纤维，将上述组分加入搅拌机中搅拌4min预混均匀；
(2)按相应质量份数称取减水剂和水，将减水剂和水混合后倒入搅拌机内，搅拌8min形成浆体；
(3)将复合发泡剂与水按照1:15预混，使用发泡设备制得稳定而均匀的泡沫；
(4)按照1m3浆体使用95m3泡沫的量将泡沫引入到步骤(2)所得浆体中，匀速搅拌5min后得到超轻泡沫混凝土浆体；
(5)按相应组分称取聚苯颗粒并加入至步骤(4)所得超轻泡沫混凝土浆体中，边加边搅拌，加完后搅拌13s，即可得到高稳定性超轻泵送泡沫混凝土；
(6)将所制得的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土移入混凝土泵送设备，即可开始高稳定性超轻泵送泡沫混凝土浇注施工；其泵送截面示意图如图1所示。
实施例2-3和对比例1-2与实施例1中制备方法相同；对比例3与实施例1中制备方法的区别仅在于：制备方法中无步骤(5)，其余步骤及参数均相同；空白组与实施例1中制备方法的区别仅在于：无掺加特种快硬水泥、氧化石墨烯和聚苯颗粒过程，其余步骤及参数均相同。
实验例
本例对实施例1-3、对比例1-3和空白组所得泡沫混凝土分别进行性能检测，具体过程为：首先对所制备好得超轻泡沫混凝土测试其湿密度作为初始湿密度m1，之后将其通过螺旋泵送机泵送至100m高处，再次测试其湿密度作为泵送后湿密度m2，泵送后密度损失率按照[(m2-m1)/m1]计算得到；分别将泵送后的超轻泡沫混凝土浇筑成100×100×100mm的抗压强度测试试件测试其体积吸水率及标养2 8d后抗压强度，浇筑成30×300×300mm试件测试其导热系数。测试结果见表2。
表2性能测试结果
性能参数 空白组 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
初始湿密度kg/m<sup>3</sup> 150 97 101 103 135 144 167
泵送后湿密度kg/m<sup>3</sup> 426 100 106 107 180 206 231
密度损失率％ 184 3 5 4 33 43 38
体积吸水率％ 21.3 2.3 2.1 2.1 17.7 21.0 19.3
抗压强度MPa 0.08 0.42 0.44 0.45 0.13 0.17 0.11
导热系数W/mK 0.096 0.040 0.038 0.037 0.061 0.066 0.083
由表2中的测试数据可以看出，实施例1～3所制备的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土湿密度均小于对比例，泵送后密度损失率、导热系数远小于对比例，且抗压强度较对比例高2倍以上。以上各点均说明根据本专利提出的一种高稳定性超轻泵送泡沫混凝土及其制备方法能够制备出湿密度为≤120kg/m3，抗压强度≥0.40MPa，密度损失率≤5％，导热系数≤0.040W/mK的超轻泡沫混凝土，且其在泵送后密度损失率远低于普通超轻泡沫混凝土。
以上内容仅仅是对本发明内容所作的举例和说明，所属本领域的技术人员不经创造性劳动即对所描述的具体实施例做的修改或补充或采用类似的方式替代仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种高稳定性超轻泵送泡沫混凝土，其特征在于，包括以下质量份的组分：硅酸盐水泥50～60份、矿物掺合料5～10份、特种快硬水泥5～10份、无机短纤维0.5～1份、水15～25份、减水剂0.5～1.5份、氧化石墨烯气凝胶0.1～0.3份、复合泡沫剂4～8份和聚苯颗粒12～18份；所述硅酸盐水泥为52.5级硅酸盐水泥或62.5级硅酸盐水泥；所述特种快硬水泥为硫铝酸盐水泥或铝酸盐水泥；所述复合泡沫剂包括以下质量份的组分：动物蛋白发泡剂4～7份、甲基硅醇钠0.05～0.2份和甲基纤维素0.3～0.6份。
2.如权利要求1所述的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土，其特征在于，包括以下质量份的组分：硅酸盐水泥55份、矿物掺合料8份、特种快硬水泥8份、无机短纤维0.5～1份、水10份、减水剂1份、氧化石墨烯气凝胶0.1～0.3份、复合泡沫剂4～8份和聚苯颗粒15份。
3.如权利要求1或2所述的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土，其特征在于，所述矿物掺合料为粉煤灰、硅灰、矿粉和石灰石粉中的至少一种。
4.如权利要求1或2所述的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土，其特征在于，所述无机短纤维为玄武岩纤维或玻璃纤维。
5.如权利要求1或2所述的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土，其特征在于，所述减水剂为早强型聚羧酸外加剂，所述早强型聚羧酸外加剂包括以下质量份的组分：聚羧酸减水剂20～30份和无水硫酸钠4～6份。
6.如权利要求1或2所述的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土，其特征在于，所述聚苯颗粒为A2级防火硅质改性聚苯颗粒或B2石墨改性聚苯颗粒。
7.权利要求1-6任一项所述的高稳定性超轻泵送泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：将硅酸盐水泥、矿物掺合料、特种快硬水泥和无机短纤维加入搅拌装置中搅拌均匀，得到预混体系；
步骤(2)：将氧化石墨烯气凝胶、减水剂和水混合后加入步骤(1)所得的预混体系中搅拌均匀，得到浆体；
步骤(3)：将复合发泡剂进行发泡，制得稳定而均匀的泡沫；
步骤(4)：将步骤(2)所得的浆体与步骤(3)所得的泡沫按照体积比为1:90～95进行搅拌混合，制得超轻泡沫混凝土浆体；
步骤(5)：在持续搅拌状态下，将聚苯颗粒加入步骤(4)所得的超轻泡沫混凝土浆体中，加料结束后继续搅拌混合，即可得到高稳定性超轻泵送泡沫混凝土。
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